SOFAMesh 中的多协议通用解决方案 x-protocol 介绍（三）：TCP 协议扩展

2018年上半年，蚂蚁金服决定基于 Istio 订制自己的 ServiceMesh 解决方案，并在6月底正式对外公布了 SOFAMesh。

在 SOFAMesh 的开发过程中，针对遇到的实际问题，我们给出了一套名为 x-protocol 的解决方案， 本文将会对这个解决方案进行详细的讲解，本篇为最后一篇。

历史文章：

SOFAMesh中的多协议通用解决方案x-protocol介绍系列(1) ： DNS通用寻址方案

SOFAMesh中的多协议通用解决方案x-protocol介绍系列（2）：快速解码转发

    背景

在 Istio 和 Envoy 中，对通讯协议的支持，主要体现在 HTTP/1.1 和 HTTP/2 上，这两个是 Istio/Envoy 中的一等公民。而基于 HTTP/1.1 的 REST 和基于 HTTP/2 的gRPC，一个是目前社区最主流的通讯协议，一个是未来的主流，Google 的宠儿，CNCF 御用的 RPC 方案，这两个组成了目前 Istio 和 Envoy（乃至 CNCF 所有项目）的黄金组合。

而我们 SOFAMesh，在第一时间就遇到和 Istio/Envoy 不同的情况，我们需要支持REST 和 gRPC 之外的众多协议：

• SOFARPC：这是蚂蚁金服大量使用的 RPC 协议(已开源)

• HSF RPC：这是阿里集团内部大量使用的 RPC 协议(未开源)

• Dubbo RPC: 这是社区广泛使用的 RPC 协议(已开源)

• 其他私有协议：在过去几个月间，我们收到需求，期望在 SOFAMesh 上运行其他TCP 协议，部分是私有协议

为此，我们需要考虑在 SOFAMesh 和 SOFAMosn 中增加这些通讯协议的支持，尤其是要可以让我们的客户非常方便的扩展支持各种私有 TCP 协议：

    实现分析

我们来大体看一下，在 SOFAMesh/Istio 中要新增一个通讯协议需要有哪些工作：

1. protocol decoder：负责解析协议，读取协议字段

2. protocol encoder：负责生成请求报文，注意通常会有改动，比如修改某些header

3. 在pilot中需要为新协议生成 Virtual Host 等配置，有 inbound 和 outbound 两份，分别下发到Sidecar

4. 在Sidecar中，根据下发的 Virtual Host 等配置，进行请求匹配，以决定请求该转发到何处

备注：实际下发的配置不止 Virtual Host 配置，为了简单起见，我们仅以 Virtual Host 为例做讲解。

其中，protocol encoder 和 protocol decoder 是容易理解的，对于新的通讯协议肯定需要有协议编解码层面的工作必须要完成，这块有工作量是很自然的。

我们来看看第三块的工作量是什么，inbound 和 outbound 的Virtual Host配置示例如下：

outbound 配置中，注意 domains 字段是各种域名和ClusterIP，而 routes 中，match是通过prefix来匹配。我们结合HTTP/1.1，domains字段是用来和请求的Host header进行域名匹配的，比如  Host: istio-telemetry ，这决定了哪些请求是要转发到 istio-telemetry 这个服务的。routes的match用来进行路由匹配的，通过HTTP请求的path进行匹配。

inbound 配置类似，只是inbound更简单，domains 匹配 * 就可以。

从上面的例子中可以看到，Istio 和 Envoy 的设计有非常浓重的HTTP协议的味道，各种语义都是和 HTTP 直接相关。而当我们进行 TCP 协议的转发时，就需要将请求的协议字段进行映射，映射到 HTTP 的相应语义。

比如，最基本的 Destination，原始语义是请求的目的地，在前面的文章中我们指出过这是请求转发最关键的字段。在 HTTP 协议中，通常是通过 Host header 和 Path 表示，对于 REST 而言还有重要的 Method 字段。

下面的格式是其他各种协议对这个 Destination 原始语义的实际实现方式：

这些通讯协议在下发规则和进行请求匹配时，就需要进行协调：

• 定义好 Virtual Host 配置中的 domains 字段和 route 中的 match 用到的字段在当前通讯协议中的实际语义

• 在 protocol encoder 中读取请求的协议字段，和上面的字段对应

• 然后进行请求路由规则匹配（参照 HTTP/1.1中的 domain 和 route match 的匹配）

而这些都是需要以代码的方式进行实现，以满足新通讯协议的要求。正规的做法，是每次新增一个通讯协议就将上述的工作内容重复一遍。这会直接导致大量的高度类似的重复代码。

    x-protocol的实现

在上述需要在协议扩展时修改的四个内容中，有一块是特别的：生成 Virtual Host 配置的工作是在 Pilot 中实现的，而其他三个是在 Sidecar （ Envoy 或 MOSN ）中。考虑到 protocol encoder 和 protocol decoder 的工作是必不可少的，必然会修改Sidecar来增加实现代码，因此简化开发的第一个想法就是：能不能做到不修改Pilot？

基本思路就是固定好原始语义，避免每个通讯协议都映射一遍。从前面我们列出来的各个协议的映射情况看，对于RPC协议而言，一般目的地信息都是服务名(有些是接口名)+方法名居多，因此可以考虑直接将服务名和方法名固定下来：

• RPC协议在 Virtual Host 配置中就固定为服务名对应 domains 字段，方法名对应 route 中的 match 用到的字段，这样只要修改一次然后各个 RPC 协议公用此配置，以后就不用再重复修改 Pilot。

• protocol encoder 在解析通讯协议完成之后，就直接将协议中对应服务名和方法名的字段提取出来，后面的匹配处理过程就可以公用一套通用实现，这样路由匹配这块也可以不用在重复开发。

因此，在x-protocol中，如果需要引入一个新的通讯协议，需要的工作内容只有必不可少的 protocol encoder 和 protocol decoder，和实现以下几个接口：

    总结

X-protocol 在支持新通讯协议上的做法并无新奇之处，只是由于需求特殊有众多通讯协议需要支持，在开发时发现大量重复工作，因此我们选择了一条可以让后面更舒服一点的道路。

目前这个方案在 SOFAMesh 中采用，我们将进一步检验实际效果，也会和合作的小伙伴时验证，看他们在自行扩展新协议时是否足够理想。这个方案理论上应该可以同样适用于 Istio、Envoy 体系，随着社区对Istio的接受程度的提高，在 Istio 上支持各种TCP 通讯协议的需求会越来越多，有理由相信Istio后续可能也会出现类似的方案。毕竟，每次都改一大堆类似的东西，不是一个好做法。

相关链接：

SOFA 文档: http://www.sofastack.tech

SOFA: https://github.com/alipay

SOFAMosn:

https://github.com/alipay/sofa-mosn

SOFAMesh：

https://github.com/alipay/sofa-mesh

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