Egress 网关的 TLS 发起过程

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为 Egress 流量发起 TLS 连接 示例中演示了如何配置 Istio 以对外部服务流量实施 TLS origination。 配置 Egress Gateway 示例中演示了如何配置 Istio 来通过专门的 egress 网关服务引导 egress 流量。 本示例兼容以上两者，描述如何配置 egress 网关，为外部服务流量发起 TLS 连接。

开始之前

  • 遵照安装指南中的指令，安装 Istio。

  • 启动 sleep 样本应用，作为外部请求的测试源。

    若已开启自动 sidecar 注入，执行

    Zip
    $ kubectl apply -f @samples/sleep/sleep.yaml@

    否则，必须在部署 sleep 应用之前手动注入 sidecar：

    Zip
    $ kubectl apply -f <(istioctl kube-inject -f @samples/sleep/sleep.yaml@)

    注意每一个可以执行 exec 和 curl 操作的 pod，都需要注入。

  • 创建一个 shell 变量，来保存向外部服务发送请求的源 pod 的名称。 若使用 sleep 样例，运行：

    $ export SOURCE_POD=$(kubectl get pod -l app=sleep -o jsonpath={.items..metadata.name})

  • 对于 macOS 用户，确认您使用的是 openssl 版本 1.1 或更高版本：

    $ openssl version -a | grep OpenSSL
OpenSSL 1.1.1g  21 Apr 2020

    如果前面的命令输出的是版本 1.1 或更高版本，如图所示，则您的 openssl 命令应该正确执行此任务中的指示。否则，升级您的 openssl 或尝试 openssl 的不同实现，像在 Linux 机器上一样。

  • 部署 Istio egress 网关。

  • 开启 Envoy 的访问日志

通过 egress 网关发起 TLS 连接

本节描述如何使用 egress 网关发起与示例为 Egress 流量发起 TLS 连接中一样的 TLS。 注意，这种情况下，TLS 的发起过程由 egress 网关完成，而不是像之前示例演示的那样由 sidecar 完成。

  1. 为 edition.cnn.com 定义一个 ServiceEntry：

    $ kubectl apply -f - <<EOF
apiVersion: networking.istio.io/v1alpha3
kind: ServiceEntry
metadata:
  name: cnn
spec:
  hosts:
  - edition.cnn.com
  ports:
  - number: 80
    name: http
    protocol: HTTP
  - number: 443
    name: https
    protocol: HTTPS
  resolution: DNS
EOF

  2. 发送一个请求至 http://edition.cnn.com/politics，验证 ServiceEntry 已被正确应用。

    $ kubectl exec -it $SOURCE_POD -c sleep -- curl -sL -o /dev/null -D - http://edition.cnn.com/politics
HTTP/1.1 301 Moved Permanently
...
location: https://edition.cnn.com/politics
...

command terminated with exit code 35

    如果在输出中看到 _301 Moved Permanently_，说明 ServiceEntry 配置正确。

  3. 为 edition.cnn.com 创建一个 egress Gateway，端口 443，以及一个 sidecar 请求的目标规则，sidecar 请求被直接导向 egress 网关。

    $ kubectl apply -f - <<EOF
apiVersion: networking.istio.io/v1alpha3
kind: Gateway
metadata:
  name: istio-egressgateway
spec:
  selector:
    istio: egressgateway
  servers:
  - port:
      number: 80
      name: https-port-for-tls-origination
      protocol: HTTPS
    hosts:
    - edition.cnn.com
    tls:
      mode: ISTIO_MUTUAL
---
apiVersion: networking.istio.io/v1alpha3
kind: DestinationRule
metadata:
  name: egressgateway-for-cnn
spec:
  host: istio-egressgateway.istio-system.svc.cluster.local
  subsets:
  - name: cnn
    trafficPolicy:
      loadBalancer:
        simple: ROUND_ROBIN
      portLevelSettings:
      - port:
          number: 80
        tls:
          mode: ISTIO_MUTUAL
          sni: edition.cnn.com
EOF

  4. 定义一个 VirtualService 来引导流量流经 egress 网关，以及一个 DestinationRule 为访问 edition.cnn.com 的请求发起 TLS 连接：

    $ kubectl apply -f - <<EOF
apiVersion: networking.istio.io/v1alpha3
kind: VirtualService
metadata:
  name: direct-cnn-through-egress-gateway
spec:
  hosts:
  - edition.cnn.com
  gateways:
  - istio-egressgateway
  - mesh
  http:
  - match:
    - gateways:
      - mesh
      port: 80
    route:
    - destination:
        host: istio-egressgateway.istio-system.svc.cluster.local
        subset: cnn
        port:
          number: 80
      weight: 100
  - match:
    - gateways:
      - istio-egressgateway
      port: 80
    route:
    - destination:
        host: edition.cnn.com
        port:
          number: 443
      weight: 100
---
apiVersion: networking.istio.io/v1alpha3
kind: DestinationRule
metadata:
  name: originate-tls-for-edition-cnn-com
spec:
  host: edition.cnn.com
  trafficPolicy:
    loadBalancer:
      simple: ROUND_ROBIN
    portLevelSettings:
    - port:
        number: 443
      tls:
        mode: SIMPLE # initiates HTTPS for connections to edition.cnn.com
EOF

  5. 发送一个 HTTP 请求至 http://edition.cnn.com/politics。

    $ kubectl exec -it $SOURCE_POD -c sleep -- curl -sL -o /dev/null -D - http://edition.cnn.com/politics
HTTP/1.1 200 OK
...

    输出将与在示例为 Egress 流量发起 TLS 连接中显示的一样，发起 TLS 连接后，不再显示 301 Moved Permanently 消息。

  6. 检查 istio-egressgateway pod 的日志，将看到一行与请求相关的记录。 若 Istio 部署在 istio-system 命名空间中，打印日志的命令为：

    $ kubectl logs -l istio=egressgateway -c istio-proxy -n istio-system | tail

    将看到类似如下一行：

    [2020-06-30T16:17:56.763Z] "GET /politics HTTP/2" 200 - "-" "-" 0 1295938 529 89 "10.244.0.171" "curl/7.64.0" "cf76518d-3209-9ab7-a1d0-e6002728ef5b" "edition.cnn.com" "151.101.129.67:443" outbound|443||edition.cnn.com 10.244.0.170:54280 10.244.0.170:8080 10.244.0.171:35628 - -

清除 TLS 启动实例

删除创建的 Istio 配置项：

$ kubectl delete gateway istio-egressgateway
$ kubectl delete serviceentry cnn
$ kubectl delete virtualservice direct-cnn-through-egress-gateway
$ kubectl delete destinationrule originate-tls-for-edition-cnn-com
$ kubectl delete destinationrule egressgateway-for-cnn

通过 egress 网关发起双向 TLS 连接

与前一章节类似，本章节描述如何配置一个 egress 网关，为外部服务发起 TLS 连接，只是这次服务要求双向 TLS。

本示例要求更高的参与性，首先需要：

  1. 生成客户端和服务器证书
  2. 部署一个支持双向 TLS 的外部服务
  3. 使用所需的证书重新部署 egress 网关

然后才可以配置出口流量流经 egress 网关，egress 网关将发起 TLS 连接。

生成客户端和服务器的证书与密钥

对于此任务，您可以使用自己喜欢的工具来生成证书和密钥。以下命令使用openssl

  1. 为您的服务签名证书创建根证书和私钥：

    $ openssl req -x509 -sha256 -nodes -days 365 -newkey rsa:2048 -subj '/O=example Inc./CN=example.com' -keyout example.com.key -out example.com.crt

  2. 为 my-nginx.mesh-external.svc.cluster.local 创建证书和私钥：

    $ openssl req -out my-nginx.mesh-external.svc.cluster.local.csr -newkey rsa:2048 -nodes -keyout my-nginx.mesh-external.svc.cluster.local.key -subj "/CN=my-nginx.mesh-external.svc.cluster.local/O=some organization"
$ openssl x509 -req -sha256 -days 365 -CA example.com.crt -CAkey example.com.key -set_serial 0 -in my-nginx.mesh-external.svc.cluster.local.csr -out my-nginx.mesh-external.svc.cluster.local.crt

  3. 生成客户端证书和私钥：

    $ openssl req -out client.example.com.csr -newkey rsa:2048 -nodes -keyout client.example.com.key -subj "/CN=client.example.com/O=client organization"
$ openssl x509 -req -sha256 -days 365 -CA example.com.crt -CAkey example.com.key -set_serial 1 -in client.example.com.csr -out client.example.com.crt

部署一个双向 TLS 服务器

为了模拟一个真实的支持双向 TLS 协议的外部服务， 在 Kubernetes 集群中部署一个 NGINX 服务器，该服务器运行在 Istio 服务网格之外，譬如：运行在一个没有开启 Istio sidecar proxy 注入的命名空间中。

  1. 创建一个命名空间，表示 Istio 网格之外的服务，mesh-external。注意在这个命名空间中，sidecar 自动注入是没有开启的，不会在 pods 中自动注入 sidecar proxy。

    $ kubectl create namespace mesh-external

  2. 创建 Kubernetes Secrets ，保存服务器和 CA 的证书。

    $ kubectl create -n mesh-external secret tls nginx-server-certs --key my-nginx.mesh-external.svc.cluster.local.key --cert my-nginx.mesh-external.svc.cluster.local.crt
$ kubectl create -n mesh-external secret generic nginx-ca-certs --from-file=example.com.crt

  3. 生成 NGINX 服务器的配置文件：

    $ cat <<\EOF > ./nginx.conf
events {
}

http {
  log_format main '$remote_addr - $remote_user [$time_local]  $status '
  '"$request" $body_bytes_sent "$http_referer" '
  '"$http_user_agent" "$http_x_forwarded_for"';
  access_log /var/log/nginx/access.log main;
  error_log  /var/log/nginx/error.log;

  server {
    listen 443 ssl;

    root /usr/share/nginx/html;
    index index.html;

    server_name my-nginx.mesh-external.svc.cluster.local;
    ssl_certificate /etc/nginx-server-certs/tls.crt;
    ssl_certificate_key /etc/nginx-server-certs/tls.key;
    ssl_client_certificate /etc/nginx-ca-certs/example.com.crt;
    ssl_verify_client on;
  }
}
EOF

  4. 生成 Kubernetes ConfigMap 保存 NGINX 服务器的配置文件：

    $ kubectl create configmap nginx-configmap -n mesh-external --from-file=nginx.conf=./nginx.conf

  5. 部署 NGINX 服务器：

    $ kubectl apply -f - <<EOF
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-nginx
  namespace: mesh-external
  labels:
    run: my-nginx
spec:
  ports:
  - port: 443
    protocol: TCP
  selector:
    run: my-nginx
---
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: my-nginx
  namespace: mesh-external
spec:
  selector:
    matchLabels:
      run: my-nginx
  replicas: 1
  template:
    metadata:
      labels:
        run: my-nginx
    spec:
      containers:
      - name: my-nginx
        image: nginx
        ports:
        - containerPort: 443
        volumeMounts:
        - name: nginx-config
          mountPath: /etc/nginx
          readOnly: true
        - name: nginx-server-certs
          mountPath: /etc/nginx-server-certs
          readOnly: true
        - name: nginx-ca-certs
          mountPath: /etc/nginx-ca-certs
          readOnly: true
      volumes:
      - name: nginx-config
        configMap:
          name: nginx-configmap
      - name: nginx-server-certs
        secret:
          secretName: nginx-server-certs
      - name: nginx-ca-certs
        secret:
          secretName: nginx-ca-certs
EOF

  6. 为 nginx.example.com 定义一个 ServiceEntry 和一个 VirtualService，指示 Istio 引导目标为 nginx.example.com 的流量流向 NGINX 服务器：

    $ kubectl apply -f - <<EOF
apiVersion: networking.istio.io/v1alpha3
kind: ServiceEntry
metadata:
  name: nginx
spec:
  hosts:
  - nginx.example.com
  ports:
  - number: 80
    name: http
    protocol: HTTP
  - number: 443
    name: https
    protocol: HTTPS
  resolution: DNS
  endpoints:
  - address: my-nginx.mesh-external.svc.cluster.local
    ports:
      https: 443
---
apiVersion: networking.istio.io/v1alpha3
kind: VirtualService
metadata:
  name: nginx
spec:
  hosts:
  - nginx.example.com
  tls:
  - match:
    - port: 443
      sni_hosts:
      - nginx.example.com
    route:
    - destination:
        host: nginx.example.com
        port:
          number: 443
      weight: 100
EOF

使用客户端证书重新部署 egress 网关

  1. 生成 Kubernetes Secrets 保存客户端和 CA 的证书。

    $ kubectl create -n istio-system secret tls nginx-client-certs --key client.example.com.key --cert client.example.com.crt
$ kubectl create -n istio-system secret generic nginx-ca-certs --from-file=example.com.crt

  2. 部署 istio-egressgateway 挂载新生成的 Secrets 的 Volume。使用的参数选项与生成 istio.yaml 中的一致，创建下面的 gateway-patch.json 文件：

    $ cat > gateway-patch.json <<EOF
[{
  "op": "add",
  "path": "/spec/template/spec/containers/0/volumeMounts/0",
  "value": {
    "mountPath": "/etc/istio/nginx-client-certs",
    "name": "nginx-client-certs",
    "readOnly": true
  }
},
{
  "op": "add",
  "path": "/spec/template/spec/volumes/0",
  "value": {
  "name": "nginx-client-certs",
    "secret": {
      "secretName": "nginx-client-certs",
      "optional": true
    }
  }
},
{
  "op": "add",
  "path": "/spec/template/spec/containers/0/volumeMounts/1",
  "value": {
    "mountPath": "/etc/istio/nginx-ca-certs",
    "name": "nginx-ca-certs",
    "readOnly": true
  }
},
{
  "op": "add",
  "path": "/spec/template/spec/volumes/1",
  "value": {
  "name": "nginx-ca-certs",
    "secret": {
      "secretName": "nginx-ca-certs",
      "optional": true
    }
  }
}]
EOF

  3. 通过以下命令部署应用 istio-egressgateway：

    $ kubectl -n istio-system patch --type=json deploy istio-egressgateway -p "$(cat gateway-patch.json)"

  4. 验证密钥和证书被成功装载入 istio-egressgateway pod：

    $ kubectl exec -n istio-system "$(kubectl -n istio-system get pods -l istio=egressgateway -o jsonpath='{.items[0].metadata.name}')" -- ls -al /etc/istio/nginx-client-certs /etc/istio/nginx-ca-certs

    tls.crt 与 tls.key 在 /etc/istio/nginx-client-certs 中，而 ca-chain.cert.pem 在 /etc/istio/nginx-ca-certs 中。

为 egress 流量配置双向 TLS

  1. 为 my-nginx.mesh-external.svc.cluster.local 创建一个 egress Gateway 端口为 443，以及目标规则和虚拟服务来引导流量流经 egress 网关并从 egress 网关流向外部服务。

    $ kubectl apply -f - <<EOF
apiVersion: networking.istio.io/v1alpha3
kind: Gateway
metadata:
  name: istio-egressgateway
spec:
  selector:
    istio: egressgateway
  servers:
  - port:
      number: 443
      name: https
      protocol: HTTPS
    hosts:
    - my-nginx.mesh-external.svc.cluster.local
    tls:
      mode: ISTIO_MUTUAL
---
apiVersion: networking.istio.io/v1alpha3
kind: DestinationRule
metadata:
  name: egressgateway-for-nginx
spec:
  host: istio-egressgateway.istio-system.svc.cluster.local
  subsets:
  - name: nginx
    trafficPolicy:
      loadBalancer:
        simple: ROUND_ROBIN
      portLevelSettings:
      - port:
          number: 443
        tls:
          mode: ISTIO_MUTUAL
          sni: my-nginx.mesh-external.svc.cluster.local
EOF

  2. 定义一个 VirtualService 引导流量流经 egress 网关：

    $ kubectl apply -f - <<EOF
apiVersion: networking.istio.io/v1alpha3
kind: VirtualService
metadata:
  name: direct-nginx-through-egress-gateway
spec:
  hosts:
  - my-nginx.mesh-external.svc.cluster.local
  gateways:
  - istio-egressgateway
  - mesh
  http:
  - match:
    - gateways:
      - mesh
      port: 80
    route:
    - destination:
        host: istio-egressgateway.istio-system.svc.cluster.local
        subset: nginx
        port:
          number: 443
      weight: 100
  - match:
    - gateways:
      - istio-egressgateway
      port: 443
    route:
    - destination:
        host: my-nginx.mesh-external.svc.cluster.local
        port:
          number: 443
      weight: 100
EOF

  3. 添加 DestinationRule 执行双向 TLS

    $ kubectl apply -n istio-system -f - <<EOF
apiVersion: networking.istio.io/v1alpha3
kind: DestinationRule
metadata:
  name: originate-mtls-for-nginx
spec:
  host: my-nginx.mesh-external.svc.cluster.local
  trafficPolicy:
    loadBalancer:
      simple: ROUND_ROBIN
    portLevelSettings:
    - port:
        number: 443
      tls:
        mode: MUTUAL
        clientCertificate: /etc/istio/nginx-client-certs/tls.crt
        privateKey: /etc/istio/nginx-client-certs/tls.key
        caCertificates: /etc/istio/nginx-ca-certs/example.com.crt
        sni: my-nginx.mesh-external.svc.cluster.local
EOF

  4. 发送一个 HTTP 请求至 http://my-nginx.mesh-external.svc.cluster.local：

    $ kubectl exec "$(kubectl get pod -l app=sleep -o jsonpath={.items..metadata.name})" -c sleep -- curl -sS http://my-nginx.mesh-external.svc.cluster.local
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<title>Welcome to nginx!</title>
...

  5. 检查 istio-egressgateway pod 日志，有一行与请求相关的日志记录。 如果 Istio 部署在命名空间 istio-system 中，打印日志的命令为：

    $ kubectl logs -l istio=egressgateway -n istio-system | grep 'my-nginx.mesh-external.svc.cluster.local' | grep HTTP

    将显示类似如下的一行：

    [2018-08-19T18:20:40.096Z] "GET / HTTP/1.1" 200 - 0 612 7 5 "172.30.146.114" "curl/7.35.0" "b942b587-fac2-9756-8ec6-303561356204" "my-nginx.mesh-external.svc.cluster.local" "172.21.72.197:443"

清除双向 TLS 连接示例

  1. 删除创建的 Kubernetes 资源：

    $ kubectl delete secret nginx-server-certs nginx-ca-certs -n mesh-external
$ kubectl delete secret istio-egressgateway-certs istio-egressgateway-ca-certs nginx-client-certs nginx-ca-certs -n istio-system
$ kubectl delete configmap nginx-configmap -n mesh-external
$ kubectl delete service my-nginx -n mesh-external
$ kubectl delete deployment my-nginx -n mesh-external
$ kubectl delete namespace mesh-external
$ kubectl delete gateway istio-egressgateway
$ kubectl delete virtualservice direct-nginx-through-egress-gateway
$ kubectl delete destinationrule -n istio-system originate-mtls-for-nginx
$ kubectl delete destinationrule egressgateway-for-nginx

  2. 删除证书和私钥：

    $ rm example.com.crt example.com.key my-nginx.mesh-external.svc.cluster.local.crt my-nginx.mesh-external.svc.cluster.local.key my-nginx.mesh-external.svc.cluster.local.csr client.example.com.crt client.example.com.csr client.example.com.key

  3. 删除生成并应用于示例中的配置文件

    $ rm ./nginx.conf
$ rm ./gateway-patch.json

清除

删除 sleep 服务和部署：

$ kubectl delete service sleep
$ kubectl delete deployment sleep
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