Bendrojo pobūdžio paslaugų tinklas (Service Mesh): ryšio infrastruktūros tipo saugos užtikrinimas

Sparčiai besivystančiame paskirstytų sistemų, ypač mikroservisų architektūrų, pasaulyje, tarpusavio ryšio patikimumo ir saugumo užtikrinimas yra itin svarbus. Paslaugų tinklas (service mesh) tapo kritiniu infrastruktūros lygmeniu, skirtu šiems iššūkiams spręsti. Nors tradiciniai paslaugų tinklai dažnai sutelkiami į konkrečius protokolus ir sistemas, bendrojo pobūdžio paslaugų tinklas pasirenka platesnį požiūrį, teikdamas pirmenybę prisitaikomumui ir tipo saugai įvairiuose ryšio scenarijuose. Šis tinklaraščio įrašas nagrinėja bendrojo pobūdžio paslaugų tinklo koncepciją, jo privalumus užtikrinant ryšio infrastruktūros tipo saugą ir jo reikšmę šiuolaikinei programinės įrangos kūrimui.

Kas yra paslaugų tinklas (Service Mesh)?

Iš esmės paslaugų tinklas yra dedikuotas infrastruktūros lygmuo, tvarkantis paslaugų tarpusavio ryšį. Jis teikia tokias funkcijas kaip:

• Srauto valdymas: Maršrutizavimas, apkrovos balansavimas ir grandinės nutraukimas.
• Saugumas: Abipusis TLS (mTLS), autentifikavimas ir autorizavimas.
• Stebėjimas: Metrikos rinkimas, sekimas ir žurnalavimas.
• Politikos vykdymas: Spartos ribojimas, prieigos kontrolė ir kvotų valdymas.

Atitraukdami šias problemas nuo programos kodo, paslaugų tinklai supaprastina kūrimą, pagerina veiklos efektyvumą ir padidina bendrą paskirstytų sistemų atsparumą. Populiarūs diegimai apima Istio, Linkerd ir Envoy.

Bendrojo pobūdžio požiūrio poreikis

Nors esami paslaugų tinklai yra galingi įrankiai, jie dažnai turi trūkumų dirbant su nevienalytėmis aplinkomis ar nestandartiniais ryšio modeliais. Tradiciniai paslaugų tinklai dažnai yra glaudžiai susieti su konkrečiais protokolais, tokiais kaip HTTP/2 ar gRPC. Bendrojo pobūdžio paslaugų tinklas siekia įveikti šiuos apribojimus, suteikdamas lankstesnę ir išplečiamą sistemą. Šis bendras požiūris suteikia keletą privalumų:

• Protokolų agnostizmas: Palaiko platų protokolų spektrą, įskaitant pasirinktinius ar senesnius protokolus.
• Sistemų nepriklausomybė: Sklandžiai veikia su įvairiomis programavimo kalbomis ir sistemomis.
• Išplečiamumas: Leidžia kūrėjams pridėti pasirinktinių funkcijų ir integracijų.
• Pagerintas sąveikumas: Palengvina ryšį tarp paslaugų, sukurtų naudojant skirtingas technologijas.

Ryšio infrastruktūros tipo sauga

Tipo sauga yra programavimo koncepcija, kurios tikslas – užkirsti kelią klaidoms užtikrinant, kad duomenų tipai būtų naudojami nuosekliai ir teisingai. Paslaugų tinklo kontekste ryšio infrastruktūros tipo sauga reiškia tinklo gebėjimą užtikrinti ir patvirtinti tarp paslaugų keičiamų pranešimų struktūrą ir turinį. Tai apima duomenų formatų tikrinimą, schemų patvirtinimo vykdymą ir atitikties iš anksto apibrėžtoms ryšio sutartims užtikrinimą. Tai yra labai svarbu, siekiant išvengti netikėtų gedimų ir pagerinti visos sistemos patikimumą.

Įsivaizduokite scenarijų, kai paslauga Japonijoje siunčia duomenis su datomis, suformatuotomis kaip YYYY-MM-DD, o kita paslauga Jungtinėse Valstijose tikisi MM-DD-YYYY. Be tipo saugos, šis neatitikimas gali sukelti duomenų apdorojimo klaidų ir programos gedimų. Bendrojo pobūdžio paslaugų tinklas gali padėti sušvelninti šią problemą, užtikrindamas standartizuotą datos formatą visuose ryšio kanaluose.

Tipo saugos užtikrinimo privalumai

Ryšio infrastruktūros tipo saugos užtikrinimas bendrojo pobūdžio paslaugų tinkle suteikia daug privalumų:

• Sumažintos klaidos: Tipo tikrinimas ryšio lygmenyje padeda anksti aptikti klaidas, neleidžiant joms plisti sistemoje.
• Pagerintas patikimumas: Duomenų nuoseklumo ir galiojimo užtikrinimas padidina bendrą programos patikimumą.
• Padidintas saugumas: Tipo sauga gali padėti išvengti saugumo pažeidžiamumų, tokių kaip įterpimo atakos, patvirtinant įvesties duomenis.
• Supaprastintas derinimas: Įvykus klaidoms, tipo informacija gali padėti greičiau nustatyti pagrindinę priežastį.
• Padidintas palaikomumas: Gerai apibrėžtos ryšio sutartys ir tipo apribojimai palengvina sistemos vystymą ir palaikymą laikui bėgant.

Tipo saugos diegimas bendrojo pobūdžio paslaugų tinkle

Tipo saugos diegimas bendrojo pobūdžio paslaugų tinkle reikalauja kelių metodų derinio, įskaitant:

1. Schemos patvirtinimas: Schemos apibrėžimo kalbų, tokių kaip JSON Schema arba Protocol Buffers (protobuf), naudojimas pranešimų struktūrai ir duomenų tipams apibrėžti. Paslaugų tinklas tada gali patvirtinti pranešimus pagal šias schemas prieš juos persiunčiant.

   Pavyzdys: Įsivaizduokite du mikroservisus, bendraujančius naudojant JSON. JSON Schema gali apibrėžti numatomą JSON duomenų struktūrą, įskaitant duomenų tipus ir privalomus laukus. Paslaugų tinklas gali perimti ir patvirtinti JSON pagal šią schemą, atmesdamas pranešimus, kurie neatitinka.

2. Duomenų transformavimas: Pranešimų transformacijų taikymas, siekiant užtikrinti, kad jie atitiktų numatomą formatą. Tai gali apimti duomenų tipų konvertavimą, datų performatavimą ar laukų susiejimą.

   Pavyzdys: Jei paslauga siunčia laiko žymę milisekundėmis nuo epochos pradžios, o priimanti paslauga tikisi ISO 8601 formato datos eilutės, paslaugų tinklas gali atlikti reikiamą konvertavimą.

3. Sutarčių testavimas: Ryšio sutarčių tarp paslaugų apibrėžimas ir automatinis šių sutarčių testavimas, siekiant užtikrinti suderinamumą. Tam gali būti naudojami tokie įrankiai kaip Pact arba Spring Cloud Contract.

   Pavyzdys: Sutartis tarp kliento ir serverio gali nurodyti numatomus užklausos ir atsako formatus konkrečiam API galiniam taškui. Sutarčių testavimas patvirtina, kad tiek klientas, tiek serveris laikosi šios sutarties.

4. Pasirinktiniai priedai (Plugins): Pasirinktinių priedų kūrimas paslaugų tinklui, siekiant patenkinti specifinius tipo saugos reikalavimus. Tai leidžia kūrėjams pritaikyti tinklą prie savo unikalių poreikių.

   Pavyzdys: Įmonei gali prireikti integruotis su sena sistema, kuri naudoja nuosavybinį duomenų formatą. Jie galėtų sukurti pasirinktinį priedą, kuris verčia pranešimus tarp šio formato ir standartinio formato, pvz., JSON arba protobuf.

Technologijos pasirinkimai diegimui

Keliomis technologijomis galima pasinaudoti diegiant tipo saugą bendrojo pobūdžio paslaugų tinkle:

• Envoy: Didelio našumo tarpinis serveris (proxy), kurį galima išplėsti pasirinktiniais filtrais, kad būtų įdiegta schemos patvirtinimas ir duomenų transformavimas. „Envoy“ išplečiamumas daro jį idealiu komponentu kuriant bendrojo pobūdžio paslaugų tinklą.
• WebAssembly (Wasm): Nešiojamas baitkodo formatas, leidžiantis kūrėjams rašyti pasirinktinę logiką paslaugų tinklui įvairiomis programavimo kalbomis. Tai naudinga kuriant pasirinktinius priedus, kurie užtikrina tipo saugą. „Wasm“ smėlio dėžės vykdymo aplinka padidina saugumą.
• Lua: Lengva scenarijų kalba, kurią galima naudoti paprastoms duomenų transformacijoms ir patvirtinimams įdiegti paslaugų tinkle. Lua dažnai naudojama užduotims, kurioms nereikia kompiliuotų kalbų našumo.
• gRPC ir Protocol Buffers: Nors pats gRPC gali būti nelaikomas visiškai bendrojo pobūdžio, Protocol Buffers suteikia tvirtą mechanizmą duomenų struktūroms apibrėžti ir kodui generuoti įvairioms kalboms. Tai gali būti naudojama kartu su kitomis technologijomis, siekiant užtikrinti tipo saugą.

Realaus pasaulio pavyzdžiai

Panagrinėkime keletą realaus pasaulio scenarijų, kuriuose bendrojo pobūdžio paslaugų tinklas su tipo sauga gali būti naudingas:

• Pasaulinė e. prekybos platforma: E. prekybos platforma, kurios paslaugos paskirstytos keliuose regionuose (pvz., Šiaurės Amerika, Europa, Azija), turi tvarkyti skirtingus valiutų formatus ir mokesčių reguliavimus. Bendrojo pobūdžio paslaugų tinklas gali užtikrinti standartizuotą valiutos formatą (pvz., ISO 4217) ir taikyti regioninius mokesčių skaičiavimus, atsižvelgiant į vartotojo vietą.
• Finansinių paslaugų programa: Finansinė programa, apdorojanti operacijas iš įvairių šaltinių, turi patvirtinti finansinių duomenų vientisumą ir tikslumą. Bendrojo pobūdžio paslaugų tinklas gali įvesti griežtas duomenų patvirtinimo taisykles, pvz., tikrinti galiojančius sąskaitos numerius, operacijų sumas ir valiutos kodus, kad būtų išvengta sukčiavimo ir klaidų. Pavyzdžiui, ISO 20022 standartų įgyvendinimas finansiniams pranešimams.
• Sveikatos priežiūros sistema: Sveikatos priežiūros sistema, integruojanti duomenis iš skirtingų ligoninių ir klinikų, turi užtikrinti pacientų informacijos privatumą ir saugumą. Bendrojo pobūdžio paslaugų tinklas gali įgyvendinti duomenų anonimizavimo ir šifravimo politikas, kad atitiktų tokius reglamentus kaip HIPAA (Health Insurance Portability and Accountability Act) ir GDPR (Bendrasis duomenų apsaugos reglamentas).
• Daiktų interneto (IoT) platforma: Daiktų interneto platforma, renkanti duomenis iš milijonų įrenginių, turi tvarkyti įvairius duomenų formatus ir protokolus. Bendrojo pobūdžio paslaugų tinklas gali normalizuoti duomenis į bendrą formatą ir taikyti duomenų kokybės patikrinimus, siekiant užtikrinti tikslumą ir patikimumą. Jis galėtų, pavyzdžiui, versti duomenis iš įvairių jutiklių protokolų į standartizuotą JSON formatą.

Iššūkiai ir svarstymai

Nors bendrojo pobūdžio paslaugų tinklas su tipo sauga suteikia didelių privalumų, taip pat yra iššūkių ir aplinkybių, kurias reikia turėti omenyje:

• Našumo sąnaudos: Schemos patvirtinimo ir duomenų transformavimo logikos pridėjimas prie paslaugų tinklo gali sukelti našumo sąnaudų. Svarbu atidžiai optimizuoti šias operacijas, siekiant sumažinti vėlavimą.
• Sudėtingumas: Bendrojo pobūdžio paslaugų tinklo diegimas ir valdymas gali būti sudėtingas, reikalaujantis žinių apie tinklų kūrimą, saugumą ir paskirstytas sistemas.
• Suderinamumas: Suderinamumo užtikrinimas su esamomis paslaugomis ir infrastruktūra gali būti sudėtingas, ypač dirbant su senomis sistemomis.
• Valdymas: Aiškių valdymo politikos ir standartų, skirtų ryšio infrastruktūros tipo saugai, nustatymas yra labai svarbus siekiant užtikrinti nuoseklumą ir atitiktį visoje organizacijoje.

Geriausios praktikos

Siekiant efektyviai pasinaudoti bendrojo pobūdžio paslaugų tinklu ryšio infrastruktūros tipo saugai užtikrinti, atsižvelkite į šias geriausias praktikas:

• Apibrėžkite aiškias ryšio sutartis: Nustatykite aiškiai apibrėžtas ryšio sutartis tarp paslaugų, nurodydami numatomus duomenų formatus, protokolus ir klaidų tvarkymo procedūras.
• Automatizuokite schemų patvirtinimą: Integruokite schemų patvirtinimą į CI/CD konvejerį, kad užtikrintumėte, jog paslaugos atitinka apibrėžtas sutartis.
• Stebėkite našumą: Nuolat stebėkite paslaugų tinklo našumą, kad nustatytumėte ir pašalintumėte bet kokius kliūtis.
• Įdiekite tvirtą klaidų tvarkymą: Įdiekite tvirtus klaidų tvarkymo mechanizmus, kad būtų galima tinkamai valdyti ryšio gedimus ir išvengti kaskadinių klaidų.
• Mokykite kūrėjus: Suteikite kūrėjams mokymus ir išteklius, kad jie suprastų tipo saugos svarbą ir kaip efektyviai naudoti paslaugų tinklą.

Paslaugų tinklų ir tipo saugos ateitis

Ateityje paslaugų tinkluose tikriausiai padidės bendrojo pobūdžio požiūrių diegimas ir didesnis dėmesys tipo saugai. Mikroservisų architektūroms tampant sudėtingesnėms ir nevienalytėms, lankstaus ir išplečiamo ryšio infrastruktūros poreikis tik didės. Technologijų, tokių kaip WebAssembly ir eBPF (išplėstinis Berkeley paketų filtras), pažanga leis dar labiau patobulinti ir efektyviau įdiegti tipo saugą paslaugų tinkle.

Be to, galime tikėtis glaudesnės paslaugų tinklų ir API vartų integracijos, kuri suteiks vieningą platformą įeinančio ir tarpusavio paslaugų srauto valdymui. Ši integracija palengvins tipo saugą nuo pradžios iki galo, nuo pirminės kliento užklausos iki galutinio atsakymo.

Išvada

Bendrojo pobūdžio paslaugų tinklas suteikia galingą ir lanksčią platformą paslaugų tarpusavio ryšio valdymui šiuolaikinėse paskirstytose sistemose. Užtikrinant ryšio infrastruktūros tipo saugą, jis gali žymiai pagerinti programų patikimumą, saugumą ir palaikomumą. Nors bendrojo pobūdžio paslaugų tinklo diegimas reikalauja kruopštaus planavimo ir vykdymo, jo teikiami privalumai atperka pastangas, ypač sudėtingose ir nevienalytėse aplinkose. Mikroservisų aplinkai toliau vystantis, bendrojo pobūdžio paslaugų tinklas su stipria tipo sauga taps vis svarbesniu šiuolaikinių programinės įrangos architektūrų komponentu.