云原生小课堂 | Envoy 请求流程源码解析（一）：流量劫持

作者：York

2022 年 2 月 24 日
本文字数：3224 字
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前言

Envoy 是一款面向 Service Mesh 的高性能网络代理服务。它与应用程序并行运行，通过以平台无关的方式提供通用功能来抽象网络。当基础架构中的所有服务流量都通过 Envoy 网格时，通过一致的可观测性，很容易地查看问题区域，调整整体性能。

Envoy 也是 istio 的核心组件之一，以 sidecar 的方式与服务运行在一起，对服务的流量进行拦截转发，具有路由，流量控制等等强大特性。本系列文章，我们将不局限于 istio，envoy 的官方文档，从源码级别切入，分享 Envoy 启动、流量劫持、http 请求处理流程的进阶应用实例，深度分析 Envoy 架构。

本篇将是 Envoy 请求流程源码解析的第一篇,主要分享 Envoy 的流量劫持。

边车模式

在 Istio 当中, envoy 运行有两种模式，分别为边车模式和代理模式。

其中边车模式为通过 iptable 进行流量劫持

拦截模式

Istio 支持两种拦截模式：

REDIRECT：使用 iptables 的 REDIRECT 目标来拦截入站请求，转给 Envoy，从 Linux2.6.15 的内核版本后，iptables 开始支持状态跟踪(conntrack)，该功能依赖于 netfilter 的内核模块 nf_conntrack。此后，iptables 可以根据包的状态进行二次的过滤拦截和状态跟踪。它也是 state/ctstate 和 nat 的主要依赖模块。
TPROXY：使用 iptables 的 TPROXY 目标来拦截入站请求，tproxy 可以用于 inbound 流量的重定向，且无需改变报文中的目的 IP/端口，不需要执行连接跟踪，不会出现 conntrack 模块创建大量连接的问题。受限于内核版本，tproxy 应用于 outbound 存在一定缺陷。目前 Istio 支持通过 tproxy 处理 inbound 流量。

可以全局的设置默认拦截模式，也可以通过 sidecar.istio.io/interceptionMode(http://sidecar.istio.io/interceptionMode): TPROXY 给某个工作负载单独设置。

无论采用哪种透明劫持方案，均需要解决获取真实目的 IP / 端口的问题，使用 iptables 方案通过 getsockopt 方式获取，tproxy 可以直接读取目的地址。

关于 trpoxy

https://github.com/istio/istio/issues/5679

关于 netfilter 和 conntrack

https://serverfault.com/questions/1030236/when-does-iptables-conntrack-module-track-states-of-packets

关于为什么 istio 考虑 inbound 支持 tproxy 模式

如果我们是服务端，那么 SYN 包到达的时候，在 POSTROUTING 链的 NAT 表执行过之后（可能做 DNAT 或者 REDIRECT），路由表将决定是 FORWARD 还是 INPUT ：

如果 INPUT ，那么 conntrack 记录就此生成，当回包的时候会首先根据 conntrack 作地址复原，并且是不会经过 OUTPUT/POSTROUTING 链 NAT 表的。
如果 FORWARD ，那么 conntrack 记录不会立即生成，需要经过 POSTROUTING 之后才知道是否做了 SNAT/MASQUERADE ，此时才会生成 conntrack 记录。当收到上游回包的时候，不会过 PREROUTING 的 NAT 表，而是直接根据 conntrack 复原为原始 IP 地址，然后直接 FORWARD->POSTROUTING（不会过 NAT 表）送回原始客户端。

目前 Istio 使用 iptables 实现透明劫持，由于需要借助于 conntrack 模块实现连接跟踪，在连接数较多的情况下，会造成较大的消耗，同时可能会造成 track 表满的情况，为了避免这个问题，业内有 ebpf 的加速方案，报文可以不过内核协议栈进行加速穿越

关于 track 表的限制的资料

https://www.cyberciti.biz/faq/ip_conntrack-table-ful-dropping-packet-error/

默认模式简介

进入 sidecar 的网络空间，这里介绍的是 iptables redirect 模式

可见出口都 redirect 到 15001 当中，入口流量都被劫持到 15006 端口

# Generated by iptables-save v1.6.1 on Mon Dec  6 11:33:15 2021*nat:PREROUTING ACCEPT [3402:234907]:INPUT ACCEPT [3167:190128]:OUTPUT ACCEPT [529:49526]:POSTROUTING ACCEPT [529:49526]:ISTIO_INBOUND - [0:0]:ISTIO_IN_REDIRECT - [0:0]:ISTIO_OUTPUT - [0:0]:ISTIO_REDIRECT - [0:0]-A PREROUTING -p tcp -j ISTIO_INBOUND-A OUTPUT -p tcp -j ISTIO_OUTPUT-A OUTPUT -p udp -m udp --dport 53 -m owner --uid-owner 1337 -j RETURN-A OUTPUT -p udp -m udp --dport 53 -m owner --gid-owner 1337 -j RETURN-A OUTPUT -d 10.96.0.10/32 -p udp -m udp --dport 53 -j REDIRECT --to-ports 15053-A ISTIO_INBOUND -p tcp -m tcp --dport 15008 -j RETURN-A ISTIO_INBOUND -p tcp -m tcp --dport 22 -j RETURN-A ISTIO_INBOUND -p tcp -m tcp --dport 15090 -j RETURN-A ISTIO_INBOUND -p tcp -m tcp --dport 15021 -j RETURN-A ISTIO_INBOUND -p tcp -m tcp --dport 15020 -j RETURN-A ISTIO_INBOUND -p tcp -j ISTIO_IN_REDIRECT-A ISTIO_IN_REDIRECT -p tcp -j REDIRECT --to-ports 15006-A ISTIO_OUTPUT -s 127.0.0.6/32 -o lo -j RETURN-A ISTIO_OUTPUT ! -d 127.0.0.1/32 -o lo -p tcp -m tcp ! --dport 53 -m owner --uid-owner 1337 -j ISTIO_IN_REDIRECT-A ISTIO_OUTPUT -o lo -p tcp -m tcp ! --dport 53 -m owner ! --uid-owner 1337 -j RETURN-A ISTIO_OUTPUT -m owner --uid-owner 1337 -j RETURN-A ISTIO_OUTPUT ! -d 127.0.0.1/32 -o lo -m owner --gid-owner 1337 -j ISTIO_IN_REDIRECT-A ISTIO_OUTPUT -o lo -p tcp -m tcp ! --dport 53 -m owner ! --gid-owner 1337 -j RETURN-A ISTIO_OUTPUT -m owner --gid-owner 1337 -j RETURN-A ISTIO_OUTPUT -d 10.96.0.10/32 -p tcp -m tcp --dport 53 -j REDIRECT --to-ports 15053-A ISTIO_OUTPUT -d 127.0.0.1/32 -j RETURN-A ISTIO_OUTPUT -j ISTIO_REDIRECT-A ISTIO_REDIRECT -p tcp -j REDIRECT --to-ports 15001COMMIT# Completed on Mon Dec  6 11:33:15 2021