2021年了，看看網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的流行架構(gòu)，包括WAF，安全網(wǎng)關(guān)，負(fù)載均衡等。

系統(tǒng)的質(zhì)量屬性要滿足客戶需求，所以架構(gòu)的第一出發(fā)點(diǎn)也是需求。

有偏好的需求構(gòu)成場(chǎng)景，架構(gòu)的取舍就是基于應(yīng)用場(chǎng)景的偏好。

網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在管道的位置，大致分為兩類：

傻快型

內(nèi)容無感知，以交換和路由為主。如各種交換機(jī)，路由器等設(shè)備，主要靠硬件。

純軟件實(shí)現(xiàn)上的需求主要是犧牲一些硬件的高性能，換取管理和維護(hù)的方便和統(tǒng)一，如SDN，NFV。

目前為了融合硬件與軟件，一般都采用x86的架構(gòu)配合高速可編程的NIC和轉(zhuǎn)發(fā)芯片(如支持P4)。

以獲得性能與管理的雙重優(yōu)勢(shì)。

但本質(zhì)還是矛盾，硬件的特殊化就會(huì)帶來管理的特殊化，具體問題需要具體討論解決，不展開。

智慧型

內(nèi)容感知，以業(yè)務(wù)驅(qū)動(dòng)的負(fù)載均衡和網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)為主。如負(fù)載均衡，API網(wǎng)關(guān)等，主要靠軟件。

今天重點(diǎn)說一下2021年軟件上的流行架構(gòu)。

因?yàn)閮煞N類型沒有明顯分界，但內(nèi)容感知程度是有的，業(yè)務(wù)驅(qū)動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)需求很大。

所以網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)軟件化不僅僅是管理統(tǒng)一的問題，還有具體業(yè)務(wù)的問題很難在通用設(shè)備上完美解決。

軟件實(shí)現(xiàn)雖然性能不行，但其靈活性和對(duì)硬件的解偶帶來的收益是大于性能收益的，其橫向擴(kuò)展能力也彌補(bǔ)了全局性能。收益主要體現(xiàn)在迭代迅速(需求滿足的速度)，硬件統(tǒng)一，部署靈活，運(yùn)維簡(jiǎn)單。所以暫時(shí)將引入硬件解決單點(diǎn)性能問題作為第二考慮的因素。

我們一層一層來說。

eBPF - Passthrough

2021年eBPF打底應(yīng)該沒有爭(zhēng)議吧，對(duì)比以eBPF實(shí)現(xiàn)的XDP與DPDK，結(jié)合我們剛說過的問題。DPDK還是有Intel，DPDK網(wǎng)卡的硬件約束。而eBPF系統(tǒng)約束更小，Kernel > 4.8即可。雖然性能稍微弱一些，但可以在純Linux運(yùn)行，可以靈活在用戶態(tài)和內(nèi)核態(tài)對(duì)接，需求迭代速度也遠(yuǎn)高與DPDK。所以軟件上做傻快型可以選DPDK，但智慧型XDP更適合。

以此為基礎(chǔ)的項(xiàng)目有k8s網(wǎng)絡(luò)組件Cilium，F(xiàn)acebook的業(yè)務(wù)負(fù)載均衡Katran。

Cilium - Network

迭代和硬件說完了，我們看下部署，部署上：盒子，私有系統(tǒng)，各種云。對(duì)應(yīng)也就是Metal，VM，容器等。因?yàn)橛辛薳BPF的約束，沒有操作系統(tǒng)的Rare Metal就不在討論范圍內(nèi)，它更適合傻快的方案。

各種部署下都能運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)就是用戶態(tài)網(wǎng)絡(luò)。XDP只要是內(nèi)核滿足的Linux，Cilium已經(jīng)證明了和容器結(jié)合，DPDK更費(fèi)勁。所以還是eBPF更有優(yōu)勢(shì)。以此為基礎(chǔ)的軟件系統(tǒng)，可以安裝在任意Linux，VM，Docker上，實(shí)現(xiàn)各種環(huán)境的架構(gòu)統(tǒng)一。

未來網(wǎng)絡(luò)層應(yīng)該還會(huì)有其他XDP的用戶協(xié)議棧方案，如果不需要路由交換的網(wǎng)絡(luò)功能，可直接與應(yīng)用結(jié)合，如Katran。

Envoy - Gateway

Cilium解決網(wǎng)絡(luò)的問題，路由交換，簡(jiǎn)單策略。但業(yè)務(wù)感知還需要靈活的網(wǎng)關(guān)，關(guān)于網(wǎng)關(guān)的選擇我之前也研究過。

https://donge.org/posts/envoy-vs-traefik/

這里網(wǎng)絡(luò)如果選擇了Cilium(主要是容器場(chǎng)景)，那么結(jié)合最好的還是Envoy，Evony在四層進(jìn)行業(yè)務(wù)感知，進(jìn)行業(yè)務(wù)層面的路由和網(wǎng)關(guān)，有強(qiáng)大的策略配置驅(qū)動(dòng)和插件機(jī)制，也是快速迭代的優(yōu)選。

這里雖然拿了一個(gè)K8S中CNI的圖，但Cilium也可以僅作為有網(wǎng)絡(luò)路由功能的用戶態(tài)協(xié)議棧使用，也可以省略。

Golang - Plugins

采用通用網(wǎng)關(guān)驅(qū)動(dòng)特定業(yè)務(wù)，插件或二次開發(fā)是繞不過的，平衡性能與迭代速度，Golang比C++，Lua，JavaScript，Rust都稍微占一些優(yōu)勢(shì)。因?yàn)殚_發(fā)效率和不俗的性能。Envoy是C++，有開發(fā)門檻，但插件系統(tǒng)較為完善，Cilium是Golang。

WASM插件也是強(qiáng)有力的方案，只是今年來看還優(yōu)點(diǎn)早，得不償失。而且和Golang也不沖突，Envoy同時(shí)也支持WASM和LUA。

但只要不是天天變化的邏輯，Golang中庸的綜合實(shí)例還是略勝一點(diǎn)。

未來Rust with WASM很有想象力。

全家福

為什么叫2021流行架構(gòu)，因?yàn)檫^幾年也許還有更好的選擇，就如同XDP對(duì)比DPDK的優(yōu)勢(shì)，順應(yīng)了一些DPDK出生時(shí)沒有的潮流，比如容器化。

最后祭出這張?jiān)瓌?chuàng)全家福，歡迎抄襲。

以此為基礎(chǔ)，可以快速滿足大部分的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，包括業(yè)務(wù)路由(負(fù)載均衡)，WAF，API網(wǎng)關(guān)，單點(diǎn)認(rèn)證，日志，QoS，跟蹤系統(tǒng)等。并可部署與單機(jī)，私有化，混合云環(huán)境等無硬件依賴環(huán)境。

性能雖然在第二梯隊(duì)，但XDP，Golang這樣的選擇也是第二梯隊(duì)的王者。而網(wǎng)絡(luò)性能的熱點(diǎn)更可能會(huì)在IO，并發(fā)(鎖)，加解密/壓縮反壓縮(計(jì)算)，而他們的解決方案從來不是哪種語(yǔ)言，有機(jī)會(huì)再探討。

P.S. K3S是輕量級(jí)K8S，適用于小系統(tǒng)部署。

參考文檔：

• http://arthurchiao.art/blog/transparent-chaos-testing-with-envoy-cilium-ebpf-zh/
• https://gitlab.com/gitlab-org/gitlab/-/issues/205129
• https://github.com/zoidbergwill/awesome-ebpf