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理解 Kubernetes 集群中的 DNS 服务查找机制

最编程 2024-07-23 12:12:21
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本文介绍 Kubernetes 集群中 DNS 服务发现原理。

前提需要

  1. 拥有一个 Kubernetes 集群(可以通过 ACK 创建一个 Kubernetes 集群
  2. 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=dnsserviceipclusterdomain={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:

  1. nameserver: 定义 DNS 服务器的 IP 地址。
  2. 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。
  3. 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:

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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:

  1. errors:错误信息到标准输出。
  2. 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。
  3. 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。
  4. kubernetes:CoreDNS kubernetes插件,提供集群内服务解析能力。
  5. 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。
  6. 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。
  7. cache:DNS缓存。
  8. loop:环路检测,如果检测到环路,则停止CoreDNS。
  9. 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。
  10. 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。

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