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Go语言联合作者Rob Pike专访:Go确实已成为云基础架构的语言

尽管看到Docker,Kubernetes和用Go编写的云计算的许多其他组件令人欣喜和重要,但也许并不奇怪。Go确实已经成为云基础架构的语言。- Rob Pike,Go编程语言的联合作者

本文翻译自《Rob Pike interview: “Go has indeed become the language of cloud infrastructure”》

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简介

我们与Go编程语言之父Rob Pike(以下称Rob)谈谈跨越整整40年的职业生涯、过去10年来Go语言的变化,以及未来Go语言的演化方向。

专访

Evrone:您与今天的许多开发人员不同,您数十年前就在Bell Labs开始了您的职业生涯。以您的阅历和认知,您认为我们开发软件时最大变化是什么?

Rob:今天的软件规模(scale)更大。不仅是计算机和网络,还有程序本身。所有Unix版本6(大约1975年)的程序都可以顺利地安装在单个RK05磁盘包上,该磁盘包的存储量刚刚超过2MB,还为用户软件留出了很大的空间。那是一个很好的计算环境,或者至少在当时看起来是一个。当然,尽管我可以解释其中的大部分增长,但令人惊讶的是,也许并不是所有的增长都是合理的。

Evrone:鉴于“变革的阻力”和“兼容性的承诺”,您如何看待Go编程语言及其生态系统在未来十年的发展?您认为的该技术的最佳未来是什么呢?

Rob:尽管还不确定,但经过十多年的努力,一个看起来更像是针对参数多态性的设计即我们俗称泛型(具有误导性)的东西将在未来一两年内问世。找到一个可以在现有语言中运行并且感觉好像属于它的设计是一个非常困难的问题,但是伊恩·泰勒(Ian Taylor)在该问题中投入了巨大的精力,看来现在已经找到了答案。我也非常渴望看到该设计会如何影响库、生态系统和社区的。

Evrone:随着“渐进类型”引入“动态类型”语言以及“类型推断”引入“静态类型”,两者之间的界限现在变得越来越模糊。您对现代编程语言的类型系统有何看法?

Rob:我非常喜欢静态类型,因为它带来了稳定性和安全性。

我也非常喜欢动态打类型,因为它带来的乐趣和轻巧的感觉。

我不喜欢类型驱动的编程、类型层次结构、类以及继承。尽管已经通过这些方式构建了许多非常成功的项目,但我认为这种方法将重要的决策过早地推到了设计阶段,而经验并没有影响到它。换句话说,我更喜欢组合而不是继承。

但是,我对那些喜欢使用继承来构造程序的人说:不必在意我的观点,请继续使用对你们有用的东西。

Evrone:有时候人们以奇怪的方式使用技术。例如,要从高级PythonRuby代码生成高效的Go代码(是的,我们已经看到了!)多年来,您看到过最奇怪,最有创意或有趣的Go用法了吗?最让您惊讶的是什么?

Rob:最大的惊喜是当我们得知Go被用于编写恶意软件时(译注:手动允悲)。您无法控制谁将使用您的作品或他们将如何使用它。

Evrone:您设计和实现了许多文本编辑器。您如何看待Visual Studio Code?通过LSP之类的技术,“文本编辑器”和IDE之间的界限现在变得模糊了。您是否认为软件开发人员需要功能强大的IDE(如GoLand)或使用VSCode很好?

Rob:我来自IDE之前的时代。但是在项目的早期,有人谈到Go是否需要IDE才能成功。但是,团队中没有人拥有这方面的技能,因此我们没有尝试去创建一个(Go专属IDE)。但是,我们确实创建了用于解析和打印Go代码的核心库,这为各种编辑器和IDE快速创建了高质量的插件提供了极大的便利,这也算是一个偶然的成功。

最近,我们一直在努力为Go开发LSP服务器,该服务器称为gopls,支持该协议的任何编辑器或IDE均可使用该服务器,以改善使用该语言的体验。

也许是因为我们对使用简单的编辑器形式感到满意,所以我们确保大家无需背负沉重的编程环境搭建负担即可轻松地使用Go工作。但是,IDE当然可以提供帮助:我今天看到的大多数使用Go IDE或至少使用具有自定义Go支持的编辑器的开发人员都能从中获得很多价值。

使用哪种编辑器风格的问题取决于您的口味,并随您所用语言的文化而变化。

Evrone:软件开发人员倾向于给事物打标签,例如Dart是一种“前端语言”,而C是一种“系统底层语言”,等等。就目前的Go语言的功能集和用法,您现在如何称呼它?

Rob: Go是一种通用编程语言。编写您想要的任何内容,不必担心将语言或与此相关的任何其他技术固定到单个问题域。

Evrone:您个人还喜欢哪些其他现代编程语言?

Rob:Go的经验告诉我,人们喜欢对语言发表意见,这可能比我们领域中的几乎任何其他要素都要多。我当然也是这样做的。但是我对经常导致的消极情绪感到厌倦,所以现在我尽量避免评判那些事情。

在很少有新的语言问世并获得成功的一段时间之后,在过去的十多年中,语言设计才有了真正的复兴。很高兴看到这一点及其带来的创新。

Evrone:成为Google员工是如何帮助您开发和引导Go语言的?能够在Twitter上问“告诉我们您如何使用我们的语言”并获得全球最大公司的回应有多重要?它只是语言开发的一个不错的补充还是必不可少的一部分?Google如何为您提供帮助的?

Rob: Google非常支持Go项目,对此我深表感谢。当然,创建该语言是因为我们认为Google需要它。所谓的“云计算”需要一种具有对并发性和易于部署等方面良好支持的语言。但是Google并没有以任何重要方式指导该项目。它支持我们,让我们做我们认为最好的事情。

对于其他公司和其他用户,社区的投入对于理解项目的进展至关重要,我的意思是语言,编译器,工具,运行时,库,环境(所有这些)的发展。

Evrone:经过10年的Go开发以及对其使用方式的观察,您能说出该语言最大的设计成功和最大的失败是什么?分别是最强点和最弱点?

Rob:我要说两件事,一是技术问题,一是政治问题。

技术上是对并发计算的原生(first-class)支持。Go仅仅存在了十年左右,但是当它被开发时,“线程”和并发在编程社区中并未得到广泛认可。实际上,创建Go的主要原因是当时很难用C++进行并发计算。并发支持在发布后不久就很明显成为了该语言的一个主要吸引力,可以弥补一些人认为该语言其他部分的缺点。并发动了大家的神经。一旦人们开始使用并发功能,他们便开始探索有关该语言的其他内容,并发现那里(Go语言中)存在的东西超出了他们最初的想象。支持并发是(进入Go语言世界)的网关。

正如CloudflareJohn Graham-Cumming所说:“我为实现简单的并发而来,而为实现简单的组合而留下来”

Go改变了有关如何对多核计算机进行编程的讨论。

Go语言在政治上的成功是坚定的执行了关于Go1兼容性的承诺。曾经我们和社区一旦使用Go几年,我们就有了很长的清单需要修复,但是变化是破坏性的。因此,我们仔细设计了更新程序,并使用了“go fix”命令来推动社区发展。完成这些后,我们不仅停了下来,而且还承诺会保持这种“停止”状态。这种稳定性 – 2012年编写的Go程序今天仍可以编译并完美运行 – 是促进增长的巨大推动力。公司可以放心使用我们,因为我们不会破坏其软件。在Go 1.0版本及其兼容性承诺出现之后,Go的采用率急剧上升。而且,从那以后,尽管我们有许多我们想改变的东西,但是我们不能破坏现有的程序,对此,我们感觉很好。

Evrone:您的工作与生活平衡如何?现在有很多关于“倦怠”的话题,这种流行病根本没有帮助。以你40年的阅历,您对新一代开发者有何提醒?

Rob:避免倦怠的最佳方法是在支持您的环境中做自己真正喜欢的事情。在整个职业生涯中,我一直很幸运,但是我意识到并不是每个人都如此幸运。如果您因工作而感到压力,则应随时休息或改变方向,尤其是在当前情况下。

Evrone:事后看来,许多技术的普及归功于使它们流行的所谓“杀手级应用”。您能为Go编程语言列举出这样的“杀手级应用程序”吗?您整体上对这种“杀手级应用程序”想法有何看法?

Rob:几年前,Danny Berkholz将Go称为“云基础架构的新兴语言”,这绝非偶然。Go是由Google的工作人员设计的,目的是使编写与Google相关的软件(特别是驻留在网络中的服务器)更容易。就是今天我们所说的“云”。(该设计的某些动机是在我2012年的Splash主题演讲: Go at Google: 软件工程服务中的语言设计

因此,尽管看到用Go语言编写的DockerKubernetes和云计算的许多其他组件很令人高兴且很重要,但也许并不奇怪。Go确实已经成为云基础架构的语言

Evrone:您觉得Go语言的竞争对手是谁?在哪个领域竞争?您对Rust的“无垃圾收集”构想和编译时保证有何看法?

Rob: Rust是一种有趣的语言,我很感兴趣地看着它的发展。除此之外,正如我上面所说,我没有意见。

Evrone:Go在GitHub上已达到7万颗星!您如何看待GitHub,Reddit,Twitter,离线和在线会议,网络研讨会等不同的社交活动对语言的影响?它们对语言的成功重要还是仅仅反映了语言的成功?

Rob:我们通过会议和社交媒体结识的人们一直是Go及其所有元素发展的关键部分。许多许多贡献者以积极的方式影响了开发,包括将Go移植到Windows和许多非x86架构上,工具和库的开发,对技术建议的深入讨论等等。

反过来,Go团队也与社区进行联系并积极讨论,提出问题并寻求帮助和指导。

我认为重要的一件事是,以一种声音与社区互动,以团队而非个人的身份说话。一致的消息更容易理解。

Evrone:成为一种流行的编程语言的作者如何改变了您的生活?

Rob:一个更正:我是合著者,而不是作者。肯·汤普森(Ken Thompson)和罗伯特·格里塞梅尔(Robert Griesemer)与我一起开始了这个项目,其他许多人也做出了巨大贡献。因此,请不要单把我列为“作者”。

为了回答您的问题,Go无疑提高了我的公众形象,并向我介绍了一个新的充满活力的社区,但是除此之外,它并没有太大的作用。我有很长的职业生涯,并取得了其他的成功(以及无数的失败)。

Evrone:想象一下,如果您有机会时光倒流并且给年轻时候的你提出一个建议(只有一个),如果是回到大约在您开始设计Go语言规范时,您会给您自己和您的同事提出什么建议?

Rob:很简单:忽略仇恨者(haters)。只倾听那些能理解和分享您目标的声音;他们是在乎Go的人。并非每个人都认同您在做的事情,这没关系。但是,那些致力于推进您想要做的事情的人可能会成为想法,能量和灵感的绝佳来源。

我们将永远感谢我们充满热情的社区。


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Hello,WireGuard

2020年1月28日,Linux之父Linus Torvalds正式将WireGuard merge到Linux 5.6版本内核主线

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图:WireGuard被加入linux kernel 5.6主线的commit log

这意味着在Linux 5.6内核发布时,linux在内核层面将原生支持一个新的VPN协议栈:WireGuard

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图:WireGuard Logo

一. VPN与WireGuard的创新

VPN,全称Virtual Private Network(虚拟专用网络)。提起VPN,大陆的朋友想到的第一件事就是fan qiang。其实fan qiang只是VPN的一个“小众”应用罢了^_^,企业网络才是VPN真正施展才能的地方。VPN支持在不安全的公网上建立一条加密的、安全的到企业内部网络的通道(隧道tunnel),这就好比专门架设了一个专用网络那样。在WireGuard出现之前,VPN的隧道协议主要有PPTPL2TPIPSec等,其中PPTP和L2TP协议工作在OSI模型的第二层,又称为二层隧道协议;IPSec是第三层隧道协议。

既然已经有了这么多的VPN协议,那么Why WireGuard?

WireGuard的作者Jason A. DonenfeldWireGuard官网给出了很明确地理由:

  • 简单、易用、无连接、无状态:号称目前最易用和最简单的VPN解决方案

WireGuard可以像SSH一样易于配置和部署。只需交换非常简单的公钥就可以建立VPN连接,就像交换SSH密钥一样,其余所有由WireGuard透明处理。并且WireGuard建立的VPN连接是基于UDP的,无需建立和管理连接,无需关心和管理状态的。

  • 先进加密协议

WireGuard充分利用安全领域和密码学在这些年的最新成果,使用noise frameworkCurve25519ChaCha20Poly1305BLAKE2SipHash24等构建WireGuard的安全方案。

  • 最小的攻击面(最少代码实现)

WireGuard的内核模块c代码仅不足5k行,便于代码安全评审。也使得WireGuard的实现更不容易被攻击(代码量少,理论上漏洞相对于庞大的代码集合而言也会少许多)。

  • 高性能

密码学最新成果带来的高速机密原语和WireGuard的内核驻留机制,使其相较于之前的VPN方案更具性能优势。

以上这些理由,同时也是WireGuard这个协议栈的特性。

这么说依然很抽象,我们来实操一下,体验一下WireGuard的简洁、易用、安全、高效。

二. WireGuard安装和使用

WireGuard将在linux 5.6内核中提供原生支持,也就是说在那之前,我们还无法直接使用WireGuard,安装还是不可避免的。在我的实验环境中有两台Linux VPS主机,都是ubuntu 18.04,内核都是4.15.0。因此我们需要首先添加WireGuard的ppa仓库:

sudo add-apt-repository ppa:wireguard/wireguard

更新源后,即可通过下面命令安装WireGuard:

sudo apt-get update

sudo apt-get install wireguard

安装的WireGuard分为两部分:

  • WireGuard内核模块(wireguard.ko),这部分通过动态内核模块技术DKMS安装到ubuntu的内核模块文件目录下:
$ ls /lib/modules/4.15.0-29-generic/updates/dkms/
wireguard.ko

  • 用户层的命令行工具

类似于内核netfilter和命令行工具iptables之间关系,wireguard.ko对应的用户层命令行工具wireguard-tools:wg、wg-quick被安装到/usr/bin下面了:

$ ls -t /usr/bin|grep wg|head -n 2
wg
wg-quick

1. peer to peer vpn

在两个linux Vps上都安装完WireGuard后,我们就可以在两个节点(peer)建立虚拟专用网络(VPN)了。我们分为称两个linux节点为peer1和peer2:

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图:点对点wireguard通信图

就像上图那样,我们只分别需要在peer1和peer2建立/etc/wireguard/wg0.conf

peer1的/etc/wireguard/wg0.conf

[Interface]
PrivateKey = {peer1's privatekey}
Address = 10.0.0.1
ListenPort = 51820

[Peer]
PublicKey = {peer2's publickey}
EndPoint = {peer2's ip}:51820
AllowedIPs = 10.0.0.2/32

peer2的/etc/wireguard/wg0.conf

[Interface]
PrivateKey = {peer2's privatekey}
Address = 10.0.0.2
ListenPort = 51820

[Peer]
PublicKey = {peer1's publickey}
EndPoint = {peer1's ip}:51820
AllowedIPs = 10.0.0.1/32

我们看到每个peer上WireGuard所需的配置文件wg0.conf包含两大部分:

  • [Interface]部分

    • PrivateKey – peer自身的privatekey

    • Address – peer的wg0接口在vpn网络中绑定的路由ip范围,在上述例子中仅绑定了一个ip地址

    • ListenPort – wg网络协议栈监听UDP端口

  • [Peer]部分(描述vpn网中其他peer信息,一个wg0配置文件中显然可以配置多个Peer部分)

    • PublicKey – 该peer的publickey

    • EndPoint – 该peer的wg网路协议栈地址(ip+port)

    • AllowedIPs – 允许该peer发送过来的wireguard载荷中的源地址范围。同时本机而言,这个字段也会作为本机路由表中wg0绑定的ip范围。

每个Peer自身的privatekey和publickey可以通过WireGuard提供的命令行工具生成:

$ wg genkey | tee privatekey | wg pubkey > publickey
$ ls
privatekey  publickey

注:这两个文件可以生成在任意路径下,我们要的是两个文件中内容。

在两个peer上配置完/etc/wireguard/wg0.conf配置文件后,我们就可以使用下面命令在peer1和peer2之间建立一条双向加密VPN隧道了:

peer1:

$ sudo wg-quick up wg0
[#] ip link add wg0 type wireguard
[#] wg setconf wg0 /dev/fd/63
[#] ip -4 address add 10.0.0.1 dev wg0
[#] ip link set mtu 1420 up dev wg0
[#] ip -4 route add 10.0.0.2/32 dev wg0

peer2:

$ sudo wg-quick up wg0
[#] ip link add wg0 type wireguard
[#] wg setconf wg0 /dev/fd/63
[#] ip -4 address add 10.0.0.2 dev wg0
[#] ip link set mtu 1420 up dev wg0
[#] ip -4 route add 10.0.0.1/32 dev wg0

执行上述命令,每个peer会增加一个network interface dev: wg0,并在系统路由表中增加一条路由,以peer1为例:

$ ip a

... ...

4: wg0: <POINTOPOINT,NOARP,UP,LOWER_UP> mtu 1420 qdisc noqueue state UNKNOWN group default qlen 1000
    link/none
    inet 10.0.0.1/32 scope global wg0
       valid_lft forever preferred_lft forever

$ ip route
default via 172.21.0.1 dev eth0 proto dhcp metric 100
10.0.0.2 dev wg0 scope link
... ...

现在我们来测试两个Peer之间的连通性。WireGuard的peer之间是对等的,谁发起的请求谁就是client端。我们在peer1上ping peer2,在peer2上我们用tcpdump抓wg0设备的包:

Peer1:

$ ping -c 3 10.0.0.2
PING 10.0.0.2 (10.0.0.2) 56(84) bytes of data.
64 bytes from 10.0.0.2: icmp_seq=1 ttl=64 time=34.9 ms
64 bytes from 10.0.0.2: icmp_seq=2 ttl=64 time=34.7 ms
64 bytes from 10.0.0.2: icmp_seq=3 ttl=64 time=34.6 ms

--- 10.0.0.2 ping statistics ---
3 packets transmitted, 3 received, 0% packet loss, time 2002ms
rtt min/avg/max/mdev = 34.621/34.781/34.982/0.262 ms

Peer2:

# tcpdump -i wg0
tcpdump: verbose output suppressed, use -v or -vv for full protocol decode
listening on wg0, link-type RAW (Raw IP), capture size 262144 bytes
13:29:52.659550 IP 10.0.0.1 > instance-cspzrq3u: ICMP echo request, id 20580, seq 1, length 64
13:29:52.659603 IP instance-cspzrq3u > 10.0.0.1: ICMP echo reply, id 20580, seq 1, length 64
13:29:53.660463 IP 10.0.0.1 > instance-cspzrq3u: ICMP echo request, id 20580, seq 2, length 64
13:29:53.660495 IP instance-cspzrq3u > 10.0.0.1: ICMP echo reply, id 20580, seq 2, length 64
13:29:54.662201 IP 10.0.0.1 > instance-cspzrq3u: ICMP echo request, id 20580, seq 3, length 64
13:29:54.662234 IP instance-cspzrq3u > 10.0.0.1: ICMP echo reply, id 20580, seq 3, length 64

我们看到peer1和peer2经由WireGuard建立的vpn实现了连通:在peer2上ping peer1(10.0.0.1)亦得到相同结果。

这时如果我们如果在peer2(vpn ip: 10.0.0.2)上启动一个http server(监听0.0.0.0:9090):

//httpserver.go
package main

import "net/http"

func index(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    w.Write([]byte("hello, wireguard\n"))
}

func main() {
    http.Handle("/", http.HandlerFunc(index))
    http.ListenAndServe(":9090", nil)
}

那么我们在peer1(vpn ip:10.0.0.1)去访问这个server:

$ curl http://10.0.0.2:9090
hello, wireguard

在peer2(instance-cspzrq3u)上的tcpdump显示(tcp握手+数据通信+tcp拆除):

14:15:05.233794 IP 10.0.0.1.43922 > instance-cspzrq3u.9090: Flags [S], seq 1116349511, win 27600, options [mss 1380,sackOK,TS val 3539789774 ecr 0,nop,wscale 7], length 0
14:15:05.233854 IP instance-cspzrq3u.9090 > 10.0.0.1.43922: Flags [S.], seq 3504538202, ack 1116349512, win 27360, options [mss 1380,sackOK,TS val 2842719516 ecr 3539789774,nop,wscale 7], length 0
14:15:05.268792 IP 10.0.0.1.43922 > instance-cspzrq3u.9090: Flags [.], ack 1, win 216, options [nop,nop,TS val 3539789809 ecr 2842719516], length 0
14:15:05.268882 IP 10.0.0.1.43922 > instance-cspzrq3u.9090: Flags [P.], seq 1:78, ack 1, win 216, options [nop,nop,TS val 3539789809 ecr 2842719516], length 77
14:15:05.268907 IP instance-cspzrq3u.9090 > 10.0.0.1.43922: Flags [.], ack 78, win 214, options [nop,nop,TS val 2842719551 ecr 3539789809], length 0
14:15:05.269514 IP instance-cspzrq3u.9090 > 10.0.0.1.43922: Flags [P.], seq 1:134, ack 78, win 214, options [nop,nop,TS val 2842719552 ecr 3539789809], length 133
14:15:05.304147 IP 10.0.0.1.43922 > instance-cspzrq3u.9090: Flags [.], ack 134, win 224, options [nop,nop,TS val 3539789845 ecr 2842719552], length 0
14:15:05.304194 IP 10.0.0.1.43922 > instance-cspzrq3u.9090: Flags [F.], seq 78, ack 134, win 224, options [nop,nop,TS val 3539789845 ecr 2842719552], length 0
14:15:05.304317 IP instance-cspzrq3u.9090 > 10.0.0.1.43922: Flags [F.], seq 134, ack 79, win 214, options [nop,nop,TS val 2842719586 ecr 3539789845], length 0
14:15:05.339035 IP 10.0.0.1.43922 > instance-cspzrq3u.9090: Flags [.], ack 135, win 224, options [nop,nop,TS val 3539789880 ecr 2842719586], length 0

如果要拆除这个vpn,只需在每个peer上分别执行如下命令:

$ sudo wg-quick down wg0
[#] ip link delete dev wg0

2. peer to the local network of other peer

上面两个peer虽然实现了点对点的连通,但是如果我们想从peer1访问peer2所在的局域网中的另外一台机器(这显然是vpn最常用的应用场景),如下面示意图:

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图:从一个peer到另外一个peer所在局域网的节点的通信图

基于目前的配置是否能实现呢?我们来试试。首先我们在peer1上要将192.168.1.0/24网段的路由指到wg0上,这样我们在peer1上ping或curl 192.168.1.123:9090,数据才能被交给wg0处理并通过vpn网络送出,修改peer1上的wg0.conf:

// peer1's /etc/wireguard/wg0.conf

... ...
[Peer]
PublicKey = {peer2's publickey}
EndPoint = peer2's ip:51820
AllowedIPs = 10.0.0.2/32,192.168.1.0/24

重启peer1上的wg0使上述配置生效。然后我们尝试在peer1上ping 192.168.1.123:

$ ping -c 3 192.168.1.123
PING 192.168.1.123 (192.168.1.123) 56(84) bytes of data.

--- 192.168.1.123 ping statistics ---
3 packets transmitted, 0 received, 100% packet loss, time 2038ms

我们在peer2上的tcpdump显示:

# tcpdump -i wg0
tcpdump: verbose output suppressed, use -v or -vv for full protocol decode
listening on wg0, link-type RAW (Raw IP), capture size 262144 bytes
14:33:38.393520 IP 10.0.0.1 > 192.168.1.123: ICMP echo request, id 30426, seq 1, length 64
14:33:39.408083 IP 10.0.0.1 > 192.168.1.123: ICMP echo request, id 30426, seq 2, length 64
14:33:40.432079 IP 10.0.0.1 > 192.168.1.123: ICMP echo request, id 30426, seq 3, length 64

我们看到peer2收到来自10.0.0.1的到192.168.1.123的ping包都没有对应的回包,通信失败。Why?我们分析一下。

peer2在51820端口收到WireGuard包后,去除wireguard包的包裹,露出真实数据包。真实数据包的目的ip地址为192.168.1.123,该地址并非peer2自身地址(其自身局域网地址为192.168.1.10)。既然不是自身地址,就不能送到上层协议栈(tcp)处理,那么另外一条路是forward(转发)出去。但是是否允许转发么?显然从结果来看,从wg0收到的消息无权转发,于是消息丢弃,这就是没有回包和通信失败的原因。

为了支持转发(这是vpn常用场景的功能哦),我们需要为peer2的wg0.conf增加些转发配置:

// peer2's  wg0.conf

[Interface]

... ...
PostUp   = iptables -A FORWARD -i %i -j ACCEPT; iptables -A FORWARD -o %i -j ACCEPT; iptables -t nat -A POSTROUT  ING -o eth0 -j MASQUERADE
PostDown = iptables -D FORWARD -i %i -j ACCEPT; iptables -D FORWARD -o %i -j ACCEPT; iptables -t nat -D POSTROUT  ING -o eth0 -j MASQUERADE

... ...

重启peer2的wg0。在peer2的内核层我们也要开启转发开关:

// /etc/sysctl.conf

net.ipv4.ip_forward=1

net.ipv6.conf.all.forwarding=1

执行下面命令临时生效:

# sysctl -p
net.ipv4.ip_forward = 1
net.ipv6.conf.all.forwarding = 1

接下来,我们再来测试一下连通性。我们在peer1上再次尝试ping 192.168.1.123

$ ping -c 3 192.168.1.123
PING 192.168.1.123 (192.168.1.123) 56(84) bytes of data.
64 bytes from 192.168.1.123: icmp_seq=1 ttl=46 time=200 ms
64 bytes from 192.168.1.123: icmp_seq=2 ttl=46 time=200 ms
64 bytes from 192.168.1.123: icmp_seq=3 ttl=46 time=200 ms

--- 192.168.1.123 ping statistics ---
3 packets transmitted, 3 received, 0% packet loss, time 2002ms
rtt min/avg/max/mdev = 200.095/200.239/200.396/0.531 ms

这回通了!peer2上的Tcpdump输出中也看到了回包:

14:49:58.808467 IP 10.0.0.1 > 192.168.1.123: ICMP echo request, id 402, seq 1, length 64
14:49:58.974035 IP 192.168.1.123 > 10.0.0.1: ICMP echo reply, id 402, seq 1, length 64
14:49:59.809747 IP 10.0.0.1 > 192.168.1.123: ICMP echo request, id 402, seq 2, length 64
14:49:59.975240 IP 192.168.1.123 > 10.0.0.1: ICMP echo reply, id 402, seq 2, length 64
14:50:00.810802 IP 10.0.0.1 > 192.168.1.123: ICMP echo request, id 402, seq 3, length 64
14:50:00.976202 IP 192.168.1.123 > 10.0.0.1: ICMP echo reply, id 402, seq 3, length 64

我们在192.168.1.123上运行上面的那个httpserver程序,再在peer1上用curl访问这个程序:

$ curl 192.168.1.123:9090
hello, wireguard

我们看到httpserver的应答成功返回。peer2上的tcpdump也抓到了整个通信过程:

14:50:36.437259 IP 10.0.0.1.47918 > 192.168.1.123.9090: Flags [S], seq 3235649864, win 27600, options [mss 1380,sackOK,TS val 101915019 ecr 0,nop,wscale 7], length 0
14:50:36.593554 IP 192.168.1.123.9090 > 10.0.0.1.47918: Flags [S.], seq 2420552016, ack 3235649865, win 28960, options [mss 1460,sackOK,TS val 2323314775 ecr 101915019,nop,wscale 7], length 0
14:50:36.628315 IP 10.0.0.1.47918 > 192.168.1.123.9090: Flags [.], ack 1, win 216, options [nop,nop,TS val 101915210 ecr 2323314775], length 0
14:50:36.628379 IP 10.0.0.1.47918 > 192.168.1.123.9090: Flags [P.], seq 1:84, ack 1, win 216, options [nop,nop,TS val 101915210 ecr 2323314775], length 83
14:50:36.784550 IP 192.168.1.123.9090 > 10.0.0.1.47918: Flags [.], ack 84, win 227, options [nop,nop,TS val 2323314822 ecr 101915210], length 0
14:50:36.784710 IP 192.168.1.123.9090 > 10.0.0.1.47918: Flags [P.], seq 1:134, ack 84, win 227, options [nop,nop,TS val 2323314822 ecr 101915210], length 133
14:50:36.820339 IP 10.0.0.1.47918 > 192.168.1.123.9090: Flags [.], ack 134, win 224, options [nop,nop,TS val 101915401 ecr 2323314822], length 0
14:50:36.820383 IP 10.0.0.1.47918 > 192.168.1.123.9090: Flags [F.], seq 84, ack 134, win 224, options [nop,nop,TS val 101915401 ecr 2323314822], length 0
14:50:36.977226 IP 192.168.1.123.9090 > 10.0.0.1.47918: Flags [F.], seq 134, ack 85, win 227, options [nop,nop,TS val 2323314870 ecr 101915401], length 0
14:50:37.011927 IP 10.0.0.1.47918 > 192.168.1.123.9090: Flags [.], ack 135, win 224, options [nop,nop,TS val 101915594 ecr 2323314870], length 0

3. WireGuard的用户层实现

在linux上,我们务必使用WireGuard的内核模式,这显然是最高效的。在macOS、Windows上,WireGuard无法以内核模块驻留模式运行,但WireGuard项目提供了WireGuard的用户层实现。其作者Jason A. Donenfeld亲自实现了Go语言版本的wireguard-go。macOS上使用的就是wireguard的Go实现。我们可以使用brew在macOS上按照WireGuard:

$brew install wireguard-tools

配置好/etc/wireguard/wg0.conf后(和linux上的配置方式一致),同样可以通过wg-quick命令启动wireguard:

$sudo wg-quick up wg0

wg-quick实际上会通过wireguard-go来实现linux wireguard在内核中完成的功能:

$ps -ef|grep wireguard

    0 57783     1   0  3:18下午 ttys002    0:00.01 wireguard-go utun

三. WireGuard性能如何

关于WireGuard性能如何,官方给出了一个性能基准测试的对比数据(相较于其他vpn网络栈):

img{512x368}

图:WireGuard性能与其他vpn网络栈的对比(来自官方截图)

我们看到和IPSec、OpenVPN相比,无论从吞吐还是延迟,WireGuard都领先不少。

我们这里用microsoft开源的带宽测试工具ethr来直观看一下走物理网络和走WireGuard VPN的带宽差别。

在peer2上运行:

$ ethr -s

然后在peer1上分别通过物理网络和VPN网络向peer2发起请求:

  • peer1 -> peer2 (物理网络)
$ ethr -c  peer2's ip
Connecting to host [peer2 ip], port 9999
[  6] local 172.21.0.5 port 46108 connected to  peer2 ip port 9999
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
[ ID]   Protocol    Interval      Bits/s
[  6]     TCP      000-001 sec     1.54M
[  6]     TCP      001-002 sec     1.54M
[  6]     TCP      002-003 sec     1.54M
[  6]     TCP      003-004 sec     1.54M
[  6]     TCP      004-005 sec     1.54M

.... ...

  • peer1 -> peer2 (vpn网络)
$ ethr -c 10.0.0.2
Connecting to host [10.0.0.2], port 9999
[  6] local 10.0.0.1 port 36010 connected to 10.0.0.2 port 9999
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
[ ID]   Protocol    Interval      Bits/s
[  6]     TCP      000-001 sec     1.79M
[  6]     TCP      001-002 sec      640K
[  6]     TCP      002-003 sec     1.15M
[  6]     TCP      003-004 sec      512K
[  6]     TCP      004-005 sec     1.02M
[  6]     TCP      005-006 sec     1.02M
[  6]     TCP      006-007 sec     1.02M

我们看到走vpn的带宽相当于走物理网络的66%(1.02/1.54)左右。这里peer1(腾讯云)、peer2(百度云)之间走的是互联网,而在局域网测试的效果可能更好(留给大家^_^)。

四. 小结

经过上面的实验,我们看到了WireGuard的配置的确十分简单,这也是我目前使用过的配置过程最为简单的vpn。随着linux kernel 5.6内置对WireGuard的原生支持,WireGuard在vpn领域势必会有更为广泛的应用。

在容器网络方面,目前WireGuard已经给出了跨容器的网络通信方案,基于wireguard的k8s cni网络插件wormhole可以让pod之间通过wireguard实现的overlay网络通信。

国外的tailscale公司正在实现一种基于Wireguard的mesh vpn网络,该网络以WireGuard为数据平面的承载体,该公司主要实现控制平面。该公司目前聚集了一些Go核心开发人员,这里就包括著名的go核心开发团队成员、net/http包的最初作者和当前维护者的Brad Fitzpatrick。

五. 参考资料


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