使用 Envoy 启用速率限制

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此任务向您展示如何使用 Envoy 的本地速率限制来动态地将流量限制到 Istio 服务。 在本任务中，您将通过允许的入口网关为 productpage 服务应用全局速率限制在服务的所有实例中， 每分钟 1 次请求。此外，您将为每个项目应用一个本地速率限制，允许 productpage 实例每分钟处理 4 个请求。 通过这种方式，您将确保 productpage 服务通过入口网关每分钟最多处理一个请求，但是每个 productpage 实例可以处理每分钟最多 4 个请求，允许任何网格内通信。

开始之前

  1. 参照安装指南，在 Kubernetes 集群中安装 Istio。

  2. 部署 Bookinfo 示例应用程序。

速率限制

Envoy 支持两种速率限制：全局和本地。全局速率使用全局 gRPC 速率限制服务为整个网格提供速率限制。 本地速率限制用于限制每个服务实例的请求速率。本地速率限制可以与全局速率限制一起使用， 以减少负载全局速率限制服务。

在本任务中，您将使用全局速率限制和本地速率限制来配置 Envoy，以对特定路径的服务流量进行速率限制。

全局速率限制

Envoy 可以为您的网格设置全局速率限制。 Envoy 中的全局速率限制使用 gRPC API 向速率限制服务请求配额。 下文使用的参考实现后端，是用 Go 语言编写并使用 Redis 作为缓存。

  1. 参考下面的 ConfigMap 配置限流规则， 将 /productpage 的限制速率为每分钟 1 次，用于后续高级示例的 api 值， 并将其他所有请求的速率限制为每分钟 100 次。

    $ kubectl apply -f - <<EOF
apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  name: ratelimit-config
data:
  config.yaml: |
    domain: ratelimit
    descriptors:
      - key: PATH
        value: "/productpage"
        rate_limit:
          unit: minute
          requests_per_unit: 1
      - key: PATH
        value: "api"
        rate_limit:
          unit: minute
          requests_per_unit: 2
      - key: PATH
        rate_limit:
          unit: minute
          requests_per_unit: 100
EOF

  2. 创建一个全局速率限制服务，它实现 Envoy 的速率限制服务协议。 作为参考，可以在这里找到一个演示配置， 它是基于 Envoy 提供的参考实现。

    Zip
    $ kubectl apply -f @samples/ratelimit/rate-limit-service.yaml@

  3. 对 ingressgateway 应用 EnvoyFilter，以使用 Envoy 的全局速率限制过滤器来启用全局速率限制。

    此 patch 将 envoy.filters.http.ratelimit Envoy 全局限流过滤器插入到 HTTP_FILTER 链中。rate_limit_service 字段指定外部速率限制服务，在本例中为 outbound|8081||ratelimit.default.svc.cluster.local。

    $ kubectl apply -f - <<EOF
apiVersion: networking.istio.io/v1alpha3
kind: EnvoyFilter
metadata:
  name: filter-ratelimit
  namespace: istio-system
spec:
  workloadSelector:
    # 同一个命名空间内通过 label 匹配
    labels:
      istio: ingressgateway
  configPatches:
    # 您要修改的 Envoy 配置
    - applyTo: HTTP_FILTER
      match:
        context: GATEWAY
        listener:
          filterChain:
            filter:
              name: "envoy.filters.network.http_connection_manager"
              subFilter:
                name: "envoy.filters.http.router"
      patch:
        operation: INSERT_BEFORE
        # 在 HTTP 过滤器链中添加 Envoy 速率限制过滤器。
        value:
          name: envoy.filters.http.ratelimit
          typed_config:
            "@type": type.googleapis.com/envoy.extensions.filters.http.ratelimit.v3.RateLimit
            # 域名可以是任何东西！将其与 ratelitter 服务配置相匹配
            domain: ratelimit
            failure_mode_deny: true
            timeout: 10s
            rate_limit_service:
              grpc_service:
                envoy_grpc:
                  cluster_name: outbound|8081||ratelimit.default.svc.cluster.local
                  authority: ratelimit.default.svc.cluster.local
              transport_api_version: V3
EOF

  4. 对定义限速路由配置的 ingressgateway 应用另一个 EnvoyFilter。 对于来自名为 bookinfo.com:80 的虚拟主机的任何路由，这增加了 速率限制动作。

    $ kubectl apply -f - <<EOF
apiVersion: networking.istio.io/v1alpha3
kind: EnvoyFilter
metadata:
  name: filter-ratelimit-svc
  namespace: istio-system
spec:
  workloadSelector:
    labels:
      istio: ingressgateway
  configPatches:
    - applyTo: VIRTUAL_HOST
      match:
        context: GATEWAY
        routeConfiguration:
          vhost:
            name: ""
            route:
              action: ANY
      patch:
        operation: MERGE
        # 应用速率限制规则。
        value:
          rate_limits:
            - actions: # 此处的任何操作
              - request_headers:
                  header_name: ":path"
                  descriptor_key: "PATH"
EOF

全局速率限制高级示例

此示例使用正则表达式来匹配 /api/* uri 并使用 VirtualService http 名称来定义在路由级别插入的速率限制操作。 前面示例中插入的 PATH 值 api 开始发挥作用。

  1. 更改 VirtualService，前缀 /api/v1/products 被移动到名为 api 的路由中：

    $ kubectl apply -f - <<EOF
apiVersion: networking.istio.io/v1
kind: VirtualService
metadata:
  name: bookinfo
spec:
  gateways:
  - bookinfo-gateway
  hosts:
  - '*'
  http:
  - match:
    - uri:
        exact: /productpage
    - uri:
        prefix: /static
    - uri:
        exact: /login
    - uri:
        exact: /logout
    route:
    - destination:
        host: productpage
        port:
          number: 9080
  - match:
    - uri:
        prefix: /api/v1/products
    route:
    - destination:
        host: productpage
        port:
          number: 9080
    name: api
EOF

  2. 应用 EnvoyFilter 在结果为 1 到 99 的任一路由级别添加速率限制操作：

    $ kubectl apply -f - <<EOF
apiVersion: networking.istio.io/v1alpha3
kind: EnvoyFilter
metadata:
  name: filter-ratelimit-svc-api
  namespace: istio-system
spec:
  workloadSelector:
    labels:
      istio: ingressgateway
  configPatches:
    - applyTo: HTTP_ROUTE
      match:
        context: GATEWAY
        routeConfiguration:
          vhost:
            name: "*:8080"
            route:
              name: "api"
      patch:
        operation: MERGE
        value:
          route:
            rate_limits:
            - actions:
              - header_value_match:
                  descriptor_key: "PATH"
                  descriptor_value: "api"
                  headers:
                    - name: ":path"
                      safe_regex_match:
                        google_re2: {}
                        regex: "/api/v1/products/[1-9]{1,2}"
EOF

本地速率限制

Envoy 支持 L4 连接和 HTTP 请求的 本地速率限制。

这允许您在代理本身的实例级应用速率限制，而无需调用任何其他服务。

下面的 EnvoyFilter 为通过 productpage 服务的任何流量启用了本地速率限制。 HTTP_FILTER patch 会插入 envoy.filters.http.local_ratelimit 本地 Envoy 过滤器 到 HTTP 连接管理器过滤器链中。本地速率限制过滤器的令牌桶 被配置为允许每分钟 4 个请求。该过滤器还配置为添加 x-local-rate-limit 响应头到被阻塞的请求。

$ kubectl apply -f - <<EOF
apiVersion: networking.istio.io/v1alpha3
kind: EnvoyFilter
metadata:
  name: filter-local-ratelimit-svc
  namespace: istio-system
spec:
  workloadSelector:
    labels:
      app: productpage
  configPatches:
    - applyTo: HTTP_FILTER
      match:
        context: SIDECAR_INBOUND
        listener:
          filterChain:
            filter:
              name: "envoy.filters.network.http_connection_manager"
      patch:
        operation: INSERT_BEFORE
        value:
          name: envoy.filters.http.local_ratelimit
          typed_config:
            "@type": type.googleapis.com/udpa.type.v1.TypedStruct
            type_url: type.googleapis.com/envoy.extensions.filters.http.local_ratelimit.v3.LocalRateLimit
            value:
              stat_prefix: http_local_rate_limiter
              token_bucket:
                max_tokens: 4
                tokens_per_fill: 4
                fill_interval: 60s
              filter_enabled:
                runtime_key: local_rate_limit_enabled
                default_value:
                  numerator: 100
                  denominator: HUNDRED
              filter_enforced:
                runtime_key: local_rate_limit_enforced
                default_value:
                  numerator: 100
                  denominator: HUNDRED
              response_headers_to_add:
                - append: false
                  header:
                    key: x-local-rate-limit
                    value: 'true'
EOF

上述配置对所有 vhosts/routes 都进行本地速率限制。或者，您可以将其限制为特定的路由。

下面的 EnvoyFilter 为 productpage 服务的 9080 端口的任何流量启用了本地速率限制。 与前面的配置不同，HTTP_FILTER patch 中不包含 token_bucket。token_bucket 被定义在第二个（HTTP_ROUTE）patch 中，其中包含 envoy.filters.http.local_ratelimit 本地 Envoy 过滤器所用的 typed_per_filter_config，用于路由到虚拟主机 inbound|http|9080。

$ kubectl apply -f - <<EOF
apiVersion: networking.istio.io/v1alpha3
kind: EnvoyFilter
metadata:
  name: filter-local-ratelimit-svc
  namespace: istio-system
spec:
  workloadSelector:
    labels:
      app: productpage
  configPatches:
    - applyTo: HTTP_FILTER
      match:
        context: SIDECAR_INBOUND
        listener:
          filterChain:
            filter:
              name: "envoy.filters.network.http_connection_manager"
      patch:
        operation: INSERT_BEFORE
        value:
          name: envoy.filters.http.local_ratelimit
          typed_config:
            "@type": type.googleapis.com/udpa.type.v1.TypedStruct
            type_url: type.googleapis.com/envoy.extensions.filters.http.local_ratelimit.v3.LocalRateLimit
            value:
              stat_prefix: http_local_rate_limiter
    - applyTo: HTTP_ROUTE
      match:
        context: SIDECAR_INBOUND
        routeConfiguration:
          vhost:
            name: "inbound|http|9080"
            route:
              action: ANY
      patch:
        operation: MERGE
        value:
          typed_per_filter_config:
            envoy.filters.http.local_ratelimit:
              "@type": type.googleapis.com/udpa.type.v1.TypedStruct
              type_url: type.googleapis.com/envoy.extensions.filters.http.local_ratelimit.v3.LocalRateLimit
              value:
                stat_prefix: http_local_rate_limiter
                token_bucket:
                  max_tokens: 4
                  tokens_per_fill: 4
                  fill_interval: 60s
                filter_enabled:
                  runtime_key: local_rate_limit_enabled
                  default_value:
                    numerator: 100
                    denominator: HUNDRED
                filter_enforced:
                  runtime_key: local_rate_limit_enforced
                  default_value:
                    numerator: 100
                    denominator: HUNDRED
                response_headers_to_add:
                  - append: false
                    header:
                      key: x-local-rate-limit
                      value: 'true'
EOF

验证结果

验证全局速率限制

向 Bookinfo 示例发送通信流。在您的浏览器访问 http://$GATEWAY_URL/productpage 网站或使用以下命令：

$ for i in {1..2}; do curl -s "http://$GATEWAY_URL/productpage" -o /dev/null -w "%{http_code}\n"; sleep 3; done
200
429

$ for i in {1..3}; do curl -s "http://$GATEWAY_URL/api/v1/products/${i}" -o /dev/null -w "%{http_code}\n"; sleep 3; done
200
200
429

对于 /productpage，您将看到第一个请求通过，但随后的每个请求都将在一分钟内得到 429 响应。 而对于 /api/v1/products/*，您需要触发两次 1 到 99 之间的任意数字，直到在一分钟内收到 429 响应。

验证本地速率限制

虽然入口网关的全局速率限制将对 productpage 服务的请求限制在每分钟 1 个请求，但 productpage 实例的本地速率限制允许每分钟 4 个请求。

为了确认这一点，使用下面的 curl 命令从 ratings Pod 发送内部 productpage 请求：

$ kubectl exec "$(kubectl get pod -l app=ratings -o jsonpath='{.items[0].metadata.name}')" -c ratings -- bash -c 'for i in {1..5}; do curl -s productpage:9080/productpage -o /dev/null -w "%{http_code}\n"; sleep 1; done'

200
200
200
200
429

您应该看到每个 productpage 实例的请求次数每分钟不超过 4 个。

清理

Zip
$ kubectl delete envoyfilter filter-ratelimit -nistio-system
$ kubectl delete envoyfilter filter-ratelimit-svc -nistio-system
$ kubectl delete envoyfilter filter-ratelimit-svc-api -nistio-system
$ kubectl delete envoyfilter filter-local-ratelimit-svc -nistio-system
$ kubectl delete cm ratelimit-config
$ kubectl delete -f @samples/ratelimit/rate-limit-service.yaml@
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