Kubernetes 集群 DNS 服务发现原理

2022-03-29 01:31:26

本文介绍 Kubernetes 集群中 DNS 服务发现原理。

前提需要

拥有一个 Kubernetes 集群（可以通过 ACK 创建一个 Kubernetes 集群）
能通过 kubectl 连接 Kubernetes 集群

集群 DNS 服务

Kubernetes 集群中部署了一套 DNS 服务，通过 kube-dns 的服务名暴露 DNS 服务。您可执行以下命令查看 kube-dns 的服务详情。

kubectl get svc kube-dns -n kube-system

输出：

NAME       TYPE        CLUSTER-IP    EXTERNAL-IP   PORT(S)                  AGE
kube-dns   ClusterIP   172.24.0.10   <none>        53/UDP,53/TCP,9153/TCP   27d

服务后端是两个名为 coredns（下文会介绍 CoreDNS 解析原理）的 Pod。您可执行以下命令查看 coredns 的 Pod 详情。

kubectl get deployment coredns -n kube-system

输出：

NAME      READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
coredns   2/2     2            2           27d

集群内域名解析原理

Kubernetes 集群节点上 kubelet 有--cluster-dns=${dns-service-ip} 和 --cluster-domain=${default-local-domain} 两个 dns 相关参数，分别被用来设置集群DNS服务器的IP地址和主域名后缀。

查看集群 default 命名空间下 dnsPolicy:ClusterFirst （下文会介绍 dnsPolicy）模式的 Pod 内的 DNS 域名解析配置文件 /etc/resolv.conf 内容：

nameserver 172.24.0.10
search default.svc.cluster.local svc.cluster.local cluster.local
options ndots:5

各参数描述如下：

nameserver: 定义 DNS 服务器的 IP 地址。
search: 设置域名的查找后缀规则，查找配置越多，说明域名解析查找匹配次数越多。集群匹配有 default.svc.cluster.local、svc.cluster.local、cluster.local 3个后缀，最多进行8次查询 (IPV4和IPV6查询各四次) 才能得到正确解析结果。
option: 定义域名解析配置文件选项，支持多个KV值。例如该参数设置成ndots:5，说明如果访问的域名字符串内的点字符数量超过ndots值，则认为是完整域名，并被直接解析；如果不足ndots值，则追加search段后缀再进行查询。

根据上述文件配置，在 Pod 内尝试解析：

同命名空间下服务，如 kubernetes：添加一次 search 域，发送kubernetes.default.svc.cluster.local. 一次 ipv4 域名解析请求到 172.24.0.10 进行解析即可。
跨命名空间下的服务，如 kube-dns.kue-system：添加两次 search 域，发送 kube-dns.kue-system.default.svc.cluster.local. 和 kube-dns.kue-system.svc.cluster.local. 两次 ipv4 域名解析请求到 172.24.0.10 才能解析出正确结果。
集群外服务，如 aliyun.com：添加三次 search 域，发送 aliyun.com.default.svc.cluster.local.、aliyun.com.svc.cluster.local.、aliyun.com.cluster.local. 和 aliyun.com 四次 ipv4 域名解析请求到 172.24.0.10 才能解析出正确结果。

Pod dnsPolicy

Kubernetes 集群中支持通过 dnsPolicy 字段为每个 Pod 配置不同的 DNS 策略。目前支持四种策略：

ClusterFirst：通过集群 DNS 服务来做域名解析，Pod 内 /etc/resolv.conf 配置的 DNS 服务地址是集群 DNS 服务的 kube-dns 地址。该策略是集群工作负载的默认策略。
None：忽略集群 DNS 策略，需要您提供 dnsConfig 字段来指定 DNS 配置信息。
Default：Pod 直接继承集群节点的域名解析配置。即在集群直接使用节点的 /etc/resolv.conf 文件。
ClusterFirstWithHostNetwork：强制在 hostNetWork 网络模式下使用 ClusterFirst 策略（默认使用 Default 策略）。

CoreDNS

CoreDNS 目前是 Kubernetes 标准的服务发现组件，dnsPolicy: ClusterFirst 模式的 Pod 会使用 CoreDNS 来解析集群内外部域名。

在命名空间 kube-system 下，集群有一个名为 coredns 的 configmap。其 Corefile 字段的文件配置内容如下（CoreDNS 功能都是通过 Corefile 内的插件提供）。

  Corefile: |
    .:53 {
        errors
        health {
           lameduck 5s
        }
        ready
        kubernetes cluster.local in-addr.arpa ip6.arpa {
          pods insecure
          upstream
          fallthrough in-addr.arpa ip6.arpa
          ttl 30
        }
        prometheus :9153
        forward . /etc/resolv.conf
        cache 30
        loop
        reload
        loadbalance
    }

其中，各插件说明：

errors：错误信息到标准输出。
health：CoreDNS自身健康状态报告，默认监听端口8080，一般用来做健康检查。您可以通过http://localhost:8080/health获取健康状态。
ready：CoreDNS插件状态报告，默认监听端口8181，一般用来做可读性检查。可以通过http://localhost:8181/ready获取可读状态。当所有插件都运行后，ready状态为200。
kubernetes：CoreDNS kubernetes插件，提供集群内服务解析能力。
prometheus：CoreDNS自身metrics数据接口。可以通过http://localhost:9153/metrics获取prometheus格式的监控数据。
forward（或proxy）：将域名查询请求转到预定义的DNS服务器。默认配置中，当域名不在kubernetes域时，将请求转发到预定义的解析器（/etc/resolv.conf）中。默认使用宿主机的/etc/resolv.conf配置。
cache：DNS缓存。
loop：环路检测，如果检测到环路，则停止CoreDNS。
reload：允许自动重新加载已更改的Corefile。编辑ConfigMap配置后，请等待两分钟以使更改生效。
loadbalance：循环DNS负载均衡器，可以在答案中随机A、AAAA、MX记录的顺序。

码农公寓

前提需要

集群 DNS 服务

集群内域名解析原理

Pod dnsPolicy

CoreDNS

相关文章