那 Cilium 是如何处理 L7 流量的呢？今天就让我们一探究竟。
注，这篇的内容是基于目前最新的 Cilium 1.13.3 和 proxy 1.23.9，不同版本间会有差异。
在开始之前先搭建先前的“星球大战”环境，或者你也可以直接跳到 Debug 阶段[3]。
环境搭建
集群
export INSTALL_K3S_VERSION=v1.27.1+k3s1
curl -sfL https://get.k3s.io | sh -s - --disable traefik --disable local-storage --disable metrics-server --disable servicelb --flannel-backend=none --write-kubeconfig-mode 644 --write-kubeconfig ~/.kube/config安装 Cilium
CILIUM_CLI_VERSION=$(curl -s https://raw.githubusercontent.com/cilium/cilium-cli/master/stable.txt)
CLI_ARCH=amd64
if [ "$(uname -m)" = "aarch64" ]; then CLI_ARCH=arm64; fi
curl -L --fail --remote-name-all https://github.com/cilium/cilium-cli/releases/download/${CILIUM_CLI_VERSION}/cilium-linux-${CLI_ARCH}.tar.gz{,.sha256sum}
sha256sum --check cilium-linux-${CLI_ARCH}.tar.gz.sha256sum
sudo tar xzvfC cilium-linux-${CLI_ARCH}.tar.gz /usr/local/bin
rm cilium-linux-${CLI_ARCH}.tar.gz{,.sha256sum}cilium install安装示例应用
kubectl apply -n default -f - <设置策略
kubectl apply -n default -f - <测试
kubectl exec tiefighter -- curl -s -XPUT deathstar.default.svc.cluster.local/v1/exhaust-port
#Access denied
kubectl exec tiefighter -- curl -s -XPOST deathstar.default.svc.cluster.local/v1/request-landing
#Ship landed查看 pod 信息。
kubectl get po -o wide -n default
NAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE NOMINATED NODE READINESS GATES
deathstar-7848d6c4d5-58jc8 1/1 Running 0 6h57m 10.0.0.111 ubuntu-dev3
xwing 1/1 Running 0 6h57m 10.0.0.209 ubuntu-dev3
tiefighter 1/1 Running 0 6h57m 10.0.0.123 ubuntu-dev3 后面 debug 的操作我们会直接在 cilium 的 agent pod 进行。
agent=$(kubectl get po -l app.kubernetes.io/name=cilium-agent -n kube-system -o jsonpath='{.items[0].metadata.name}')Debug
先贴上总结的图。
怎么下手呢？
在 深入探索 Cilium 的工作机制[4] 时，我们对 Cilium 的网络策略处理机制一笔带过：
Cilium Agent 中运行着大量的 watcher，其中一个就是 CiliumNetworkPolicy watcher。当策略创建或者更新时，Agent 会对策略进行转换并将规则存储到 BPF Map 中。在网络通信时，BPF 程序会对网络流量进行检查并决定应当允许或者拒绝访问。
实际上这里的处理比较复杂，我们从 watcher 的初始化入手。
- #enableK8sWatchers[5] 开启一些列的 watcher
- #ciliumNetworkPoliciesInit[6] 开启 CiliumNetworkPolicy watcher
- #PolicyAdd[8] 将规则写入 Daemon[9] 的策略仓库中，实际发 PolicyAddEvent 到 repository-change-queue 队列中。
- #policyAdd[10] 对规则进行预处理，并收集与规则相关的 endpoint（需要重新生成 endpoint 的数据，如加载 BPF 程序、更新 map 等），推送 PolicyReactionEvent 事件
- EndpointRegenerationEvent#Handle[12] 事件的处理过程
- Endpoint.regenerateBPF[14] 重新加载 datapath BPF 程序，刷新 Map。
- Endpoint.regenerate[13]
- PolicyReactionEvent.Handle[11] 事件处理的过程，依次处理所有策略相关的 endpoint，最后有发出 EndpointRegenerationEvent 事件
- #addCiliumNetworkPolicyV2[7] 添加 CiliumNetworkPolicy 的处理
至此我们 apply 的网络策略被写入到 map 中。
接下来看下 ebpf 程序有任何使用该策略。
eBPF
还记得在 Kubernetes 网络学习之 Cilium 与 eBPF[15] 中我们分析容器发出的数据包，被 LXC BPF Ingress程序处理。这里不再赘述，处理流程可以看那篇文章。
我们先查看死星的 endpoint id 和 identity 分别为 863 和 2033。
kubectl get ciliumendpoint -n default
NAME ENDPOINT ID IDENTITY ID INGRESS ENFORCEMENT EGRESS ENFORCEMENT VISIBILITY POLICY ENDPOINT STATE IPV4 IPV6
tiefighter 2216 29439 ready 10.0.0.123
deathstar-7848d6c4d5-58jc8 863 2033 ready 10.0.0.111
xwing 775 5513 ready 10.0.0.209 使用 endpoint id 通过通过命令查看为死星配置的网络策略，可以看到其中的两条 ingress 的策略，其代理端口 19313，这个端口就是 Cilium 中 L7 代理的监听端口。
kubectl exec $agent -n kube-system -c cilium-agent -- cilium bpf policy get 863
POLICY DIRECTION LABELS (source:key[=value]) PORT/PROTO PROXY PORT BYTES PACKETS
Allow Ingress reserved:host ANY NONE 0 0
reserved:kube-apiserver
Allow Ingress k8s:app.kubernetes.io/name=deathstar 80/TCP 19313 0 0
k8s:class=deathstar
k8s:io.cilium.k8s.namespace.labels.kubernetes.io/metadata.name=default
k8s:io.cilium.k8s.policy.cluster=default
k8s:io.cilium.k8s.policy.serviceaccount=default
k8s:io.kubernetes.pod.namespace=default
k8s:org=empire
Allow Ingress k8s:app.kubernetes.io/name=tiefighter 80/TCP 19313 0 0
k8s:class=tiefighter
k8s:io.cilium.k8s.namespace.labels.kubernetes.io/metadata.name=default
k8s:io.cilium.k8s.policy.cluster=default
k8s:io.cilium.k8s.policy.serviceaccount=default
k8s:io.kubernetes.pod.namespace=default
k8s:org=empire
Allow Egress reserved:unknown ANY NONE 0 0BPF 程序处理流量在检查策略时 bpf_lxc.c#L1842[16]，检查配置的策略带有代理端口执行 POLICY_ACT_PROXY_REDIRECT 将流量重定向给代理（端口 19313，地址为主机地址）。
Cilium Proxy
Cilium agent 提供了 xds server 实现，通过 Unix Domain Socket /var/run/cilium/xds.sock 与 proxy 进行通信，下发配置。
我们参考 cilium-bugtool 的 dump 源码[17]，dump 代理的配置。
kubectl exec $agent -n kube-system -c cilium-agent -- curl -s --unix-socket /var/run/cilium/envoy-admin.sock http://admin/config_dump?include_eds从配置 config.json 中可以看到 Cilium 在 envoy proxy 中实现了如下三个不同类型的过滤器（Filter）：
- listener filter
- filter
- http filter
监听器过滤器
监听器过滤器（Listener Filter）`cilium.BpfMetadata`[18] 会从几个数据源中准备元数据：策略、监听器设置、请求方的标识等。数据源包括 xds 配置、BPF map cilium_ipcache、cilium_ct4_global（ct：connection tracking。当然还包括 ct6 相关的 map）。
从数据源中获取的数据保存在 socket option 中（proxy 源码 bpf_metadata.cc#L364[19]），作为上下文元数据的在其他的过滤器中使用。
元数据数据源
xds filter 配置，这里提供了 bpf map 的根目录 /sys/fs/bpf，以及 is_ingress: true 表示当前 filter 是在入口监听器上（ingress listener）：
{
"name": "cilium.bpf_metadata",
"typed_config": {
"@type": "type.googleapis.com/cilium.BpfMetadata",
"bpf_root": "/sys/fs/bpf",
"is_ingress": true
}xds network policy 配置（截取了 proxy 的部分配置），从配置中可以找到 endpoint 的 IP 和 id，以及前面我们设置的 规则[20]：
{
"@type": "type.googleapis.com/cilium.NetworkPoliciesConfigDump",
"networkpolicies": [
{
"endpoint_ips": [
"10.0.0.111"
],
"endpoint_id": "863",
"ingress_per_port_policies": [
{
"port": 80,
"rules": [
{
"http_rules": {
"http_rules": [
{
"headers": [
{
"name": ":method",
"safe_regex_match": {
"google_re2": {},
"regex": "POST"
}
},
{
"name": ":path",
"safe_regex_match": {
"google_re2": {},
"regex": "/v1/request-landing"
}
}
]
}
]
}
}
]
}
],
"egress_per_port_policies": [
{}
],
"conntrack_map_name": "global"
},
...
}Map cilium_ipcache，可以通过连接信息中的 IP 地址获取身份标识，如死星的 `identity`[21] 为 2033（见 proxy 源码 bpf_metadata.cc#L165[22]）：
kubectl exec $agent -n kube-system -c cilium-agent -- cilium bpf ipcache list
IP PREFIX/ADDRESS IDENTITY
10.0.0.67/32 identity=1 encryptkey=0 tunnelendpoint=0.0.0.0 nodeid=0
10.0.0.111/32 identity=2033 encryptkey=0 tunnelendpoint=0.0.0.0 nodeid=0
10.0.0.123/32 identity=29439 encryptkey=0 tunnelendpoint=0.0.0.0 nodeid=0
10.0.0.243/32 identity=4 encryptkey=0 tunnelendpoint=0.0.0.0 nodeid=0
10.0.0.160/32 identity=19608 encryptkey=0 tunnelendpoint=0.0.0.0 nodeid=0
10.0.0.209/32 identity=5513 encryptkey=0 tunnelendpoint=0.0.0.0 nodeid=0
192.168.1.13/32 identity=1 encryptkey=0 tunnelendpoint=0.0.0.0 nodeid=0
0.0.0.0/0 identity=2 encryptkey=0 tunnelendpoint=0.0.0.0 nodeid=0Map cilium_ct4_global，从连接跟踪（connection tracking）中获取请求方的 identity（SourceSecurityID 29439，钛战机的标识）：
cilium bpf ct list global
TCP OUT 10.0.0.123:48954 -> 10.0.0.111:80 expires=58774 RxPackets=4 RxBytes=435 RxFlagsSeen=0x1b LastRxReport=58764 TxPackets=6 TxBytes=522 TxFlagsSeen=0x1b LastTxReport=58764 Flags=0x0013 [ RxClosing TxClosing SeenNonSyn ] RevNAT=4 SourceSecurityID=29439 IfIndex=0
TCP IN 10.0.0.67:33988 -> 10.0.0.111:80 expires=58776 RxPackets=6 RxBytes=659 RxFlagsSeen=0x1b LastRxReport=58766 TxPackets=4 TxBytes=386 TxFlagsSeen=0x1b LastTxReport=58766 Flags=0x0013 [ RxClosing TxClosing SeenNonSyn ] RevNAT=0 SourceSecurityID=29439 IfIndex=0
TCP IN 10.0.0.123:48954 -> 10.0.0.111:80 expires=80364 RxPackets=6 RxBytes=522 RxFlagsSeen=0x1b LastRxReport=58764 TxPackets=0 TxBytes=0 TxFlagsSeen=0x00 LastTxReport=0 Flags=0x0051 [ RxClosing SeenNonSyn ProxyRedirect ] RevNAT=0 SourceSecurityID=29439 IfIndex=0过滤器
过滤器（Filter）`cilium.NetworkFilter`[23] 工作在 L4，用于处理已建立的链接，应用端口级的策略，即 L4 策略。
从上下文元数据中保存的 endpoint 相关的策略中查找与目标端口相关的策略，检查请求方证书中的 sni 和请求方的身份标识 identity 是否在白名单中，见 proxy 源码 network_filter.cc#L169[24]。
假如策略上设置了 L7 的协议，会使用 Golang 编写的解析器对 L7 的数据进行解析。
在本示例中并未使用 L4 的策略。
HTTP 过滤器
HTTP 过滤器（HTTP Filter）`cilium.L7Policy`[25] 是本文的重点，但相对其他两个过滤器来说逻辑就简单多了。
"http_filters": [
{
"name": "cilium.l7policy",
"typed_config": {
"@type": "type.googleapis.com/cilium.L7Policy",
"access_log_path": "/var/run/cilium/access_log.sock"
}
}在过滤器对 HTTP 请求头进行解码时（见 proxy 源码 l7policy.cc#L97[26]），依然是从上下文元数据中获取策略等内容。拿到策略后，与请求方（对于这里 ingress 的场景检查请求方，如果是 egress 的场景，检查上游的标识）的标识、请求头的信息进行比对，决定放行还是拒绝请求。
总结
整篇看下来，Cilium 在处理 L7 流量上的实现还是比较复杂的，牵扯多个组件协同。eBPF 在 L3/L4 流量处理上有着优异的性能优势，但是对 L7 流量处理仍然无法脱离 sidecar 代理（不论 sidecar 是 per pod 还是 per node）。而 L7 流量处理也恰恰有着非常多的使用场景，不仅仅是 HTTP 协议。
参考资料
[1] 使用 Cilium 增强 Kubernetes 网络安全: https://atbug.com/enhance-kubernetes-network-security-with-cilium/
[2] Envoy Proxy: https://github.com/cilium/proxy
[3] Debug 阶段: #debug
[4] 深入探索 Cilium 的工作机制: https://atbug.com/deep-dive-into-cilium/#网络策略
[5] #enableK8sWatchers: https://github.com/cilium/cilium/blob/f9bdd00c4910bfe3bac3b208fdfbb9452487e776/pkg/k8s/watchers/watcher.go#L525
[6] #ciliumNetworkPoliciesInit: https://github.com/cilium/cilium/blob/f9bdd00c4910bfe3bac3b208fdfbb9452487e776/pkg/k8s/watchers/cilium_network_policy.go#L85
[7] #addCiliumNetworkPolicyV2: https://github.com/cilium/cilium/blob/f9bdd00c4910bfe3bac3b208fdfbb9452487e776/pkg/k8s/watchers/cilium_network_policy.go#L159
[8] #PolicyAdd: https://github.com/cilium/cilium/blob/f9bdd00c4910bfe3bac3b208fdfbb9452487e776/daemon/cmd/policy.go#L224
[9] Daemon: https://atbug.com/deep-dive-into-cilium/#agent
[10] #policyAdd: https://github.com/cilium/cilium/blob/f9bdd00c4910bfe3bac3b208fdfbb9452487e776/daemon/cmd/policy.go#L249
[11] PolicyReactionEvent.Handle: https://github.com/cilium/cilium/blob/f9bdd00c4910bfe3bac3b208fdfbb9452487e776/daemon/cmd/policy.go#L454
[12] EndpointRegenerationEvent#Handle: https://github.com/cilium/cilium/blob/f9bdd00c4910bfe3bac3b208fdfbb9452487e776/pkg/endpoint/events.go#L27
[13] Endpoint.regenerate: https://github.com/cilium/cilium/blob/f9bdd00c4910bfe3bac3b208fdfbb9452487e776/pkg/endpoint/policy.go#L286
[14] Endpoint.regenerateBPF: https://github.com/cilium/cilium/blob/f9bdd00c4910bfe3bac3b208fdfbb9452487e776/pkg/endpoint/bpf.go#L584
[15] Kubernetes 网络学习之 Cilium 与 eBPF: https://atbug.com/learn-cilium-and-ebpf/#第-2-步pod1-lxc-bpf-ingress
[16] bpf_lxc.c#L1842: https://github.com/cilium/cilium/blob/f9bdd00c4910bfe3bac3b208fdfbb9452487e776/bpf/bpf_lxc.c#L1842
[17] dump 源码: https://github.com/cilium/cilium/blob/f9bdd00c4910bfe3bac3b208fdfbb9452487e776/bugtool/cmd/root.go#L505
[18] cilium.BpfMetadata: https://github.com/cilium/proxy/blob/v1.23/cilium/bpf_metadata.cc
[19] bpf_metadata.cc#L364: https://github.com/cilium/proxy/blob/v1.23/cilium/bpf_metadata.cc#L364
[20] 规则: #设置策略
[21] identity: https://atbug.com/deep-dive-into-cilium/#端点-endpoint
[22] bpf_metadata.cc#L165: https://github.com/cilium/proxy/blob/v1.23/cilium/bpf_metadata.cc#L165
[23] cilium.NetworkFilter: https://github.com/cilium/proxy/blob/v1.23/cilium/network_filter.cc
[24] network_filter.cc#L169: https://github.com/cilium/proxy/blob/v1.23/cilium/network_filter.cc#L169
[25] cilium.L7Policy: https://github.com/cilium/proxy/blob/v1.23/cilium/l7policy.cc
[26] l7policy.cc#L97: https://github.com/cilium/proxy/blob/v1.23/cilium/l7policy.cc#L97
