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【K8S系列】深入解析DNS

2023-10-19 222
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简介： 【K8S系列】深入解析DNS

1 基础介绍

1.1 概念介绍

什么是DNS

我们先来了解一下什么是DNS:

DNS（Domain Name System）是互联网上用于域名解析的分布式数据库系统。

它将域名和 IP 地址之间建立了一种映射关系，使得用户可以使用易于记忆的域名来访问互联网上的各种资源，而不必记住它们的 IP 地址。

DNS工作原理

DNS（Domain Name System）的工作原理可以分为以下几个步骤：

  1. 域名解析请求：当用户在浏览器中输入一个域名时，浏览器会向本地 DNS 服务器发送一个域名解析请求。
  2. 本地 DNS 服务器查询：本地 DNS 服务器会首先查询自己的缓存，如果缓存中存在该域名的 IP 地址，则直接返回给浏览器。如果缓存中不存在，则本地 DNS 服务器会向根域名服务器发送一个查询请求。
  3. 根域名服务器响应：根域名服务器会返回给本地 DNS 服务器一个下一级域名服务器的 IP 地址。根域名服务器只负责返回下一级域名服务器的 IP 地址，不负责具体的域名解析工作。
  4. 顶级域名服务器查询：本地 DNS 服务器收到根域名服务器的响应后，会向下一级域名服务器发送一个查询请求，查询顶级域名服务器的 IP 地址。
  5. 顶级域名服务器响应：顶级域名服务器会返回给本地 DNS 服务器一个权威域名服务器的 IP 地址。
  6. 权威域名服务器查询：本地 DNS 服务器收到顶级域名服务器的响应后，会向权威域名服务器发送一个查询请求，查询该域名对应的 IP 地址。
  7. 权威域名服务器响应：权威域名服务器会返回给本地 DNS 服务器该域名对应的 IP 地址。
  8. 本地 DNS 服务器缓存：本地 DNS 服务器将该域名和 IP 地址的映射关系存储在缓存中，以便下一次查询时可以直接返回给浏览器。
  9. 浏览器访问：本地 DNS 服务器将该域名对应的 IP 地址返回给浏览器，浏览器通过该 IP 地址访问该域名对应的服务器。


DNS 的工作原理是一个分布式的系统，它可以支持海量的域名解析请求，并且具有高可用性和可靠性。在实际应用中，DNS 的性能和可靠性对于互联网服务的稳定运行具有非常重要的作用。

example.com域名解析示例：  

其他DNS的信息，专门还有一篇文章讲解，这里就不展开了，下面我们来看下k8s中，dns的k8s类型

2 k8s中的DNS

2.1 类型

在 Kubernetes 中，有两种常见的 DNS 服务器：

  • kube-dns  也是（Cluster DNS）
  • CoreDNS

这两个都是 Kubernetes 集群中的默认 DNS 服务器，用于为 Pod 和 Service 提供域名解析服务。

2.2 kube-dns

kube-dns 是 Kubernetes 集群中最早的 DNS 解决方案，它由三个组件组成：

  • kube-dns
  • etcd  
  • dnsmasq

kube-dns 组件负责接收 DNS 请求，并将请求转发到 etcd 中存储的 DNS 记录中；

nsmasq 是一个轻量级的 DNS 服务器，用于解析 DNS 请求并返回相应的 IP 地址。

kube-dns 的工作原理

kube-dns 的工作原理如下：

  • 当一个 Pod 或 Service 需要解析一个域名时，它会向 Kubernetes 集群中的 DNS 服务器发送 DNS 请求。
  • kube-dns 组件会接收到这个请求，并根据请求中的域名和命名空间信息来查找相应的 Pod 或 Service，并返回对应的 IP 地址。

kube-dns 的优点在于它已经被广泛使用，并且在一些旧版本的 Kubernetes 中仍然是默认的 DNS 解决方案。

但是 kube-dns 的可扩展性和灵活性比较有限，而且它的性能也不如 CoreDNS。

2.3 CoreDNS

CoreDNS 是一个开源的 DNS 服务器，它是 Kubernetes 集群中默认的 DNS 服务器。

与 kube-dns 不同，CoreDNS 可以支持更多的插件，并且具有更好的可扩展性和灵活性。

在 Kubernetes 中，CoreDNS 主要用于为 Pod 和 Service 提供域名解析服务。

当一个 Pod 或 Service 需要解析一个域名时，它会向 Kubernetes 集群中的 DNS 服务器发送 DNS 请求。

如果 CoreDNS 是 Kubernetes 集群中的默认 DNS 服务器，它就会接收到这个请求，并根据请求中的域名和命名空间信息来查找相应的 Pod 或 Service，并返回对应的 IP 地址。

CoreDNS 的工作原理

CoreDNS 的工作原理可以分为以下几个步骤：

  1. 监听：CoreDNS 监听 Kubernetes 集群中的 DNS 服务 IP 地址和端口，这个地址一般是 10.96.0.10:53。当一个 Pod 或 Service 需要解析一个域名时，它会向这个地址发送 DNS 请求。
  2. 转发：CoreDNS 接收到 DNS 请求后，会检查请求中的域名是否以 .cluster.local 结尾。如果是，则 CoreDNS 会将请求转发给 Kubernetes 集群内部的 Service 或 Pod。
  3. 判断：如果请求中的域名是一个 Service 的 DNS 名称，则 CoreDNS 会查找该 Service 的所有后端 Pod 的 IP 地址，并将其中一个返回给请求的 Pod 或 Service。
  4. pod判断：如果请求中的域名是一个 Pod 的 DNS 名称，则 CoreDNS 会直接返回该 Pod 的 IP 地址。
  5. 上游判断：如果请求的域名不是以 .cluster.local 结尾，则 CoreDNS 会将请求转发给上游 DNS 服务器进行解析。

CoreDNS 在 Kubernetes 中的工作原理与 kube-dns 类似，但它具有更好的可扩展性和灵活性。

CoreDNS 可以通过插件进行扩展，例如可以添加文件插件来支持从文件中读取 DNS 记录，也可以添加 forward 插件来支持将 DNS 请求转发给外部 DNS 服务器进行解析。通过这些插件，CoreDNS 可以满足不同的 DNS 解析需求。

需要注意的是，从 Kubernetes 1.13 版本开始，kube-dns 被 CoreDNS 替代成为了默认的 DNS 解决方案。因此，在新版本的 Kubernetes 中，建议使用 CoreDNS 作为 DNS 解决方案。

配置修改

在 Kubernetes 中，可以通过修改 kubelet 的启动参数来选择使用哪种类型的 DNS 服务。默认情况下，Kubernetes 使用 Cluster DNS。要使用 CoreDNS，需要在 kubelet 的启动参数中设置 --cluster-dns 选项。例如：

ini

Copy

--cluster-dns=10.96.0.10
--cluster-domain=cluster.local

这将使用 IP 地址为 10.96.0.10 的 CoreDNS 服务，并将集群域设置为 cluster.local。

3 DNS在k8s中的应用

DNS 在 Kubernetes 中有以下几种应用

  1. 服务发现：Kubernetes 中的 DNS 服务可以让容器和服务通过域名进行通信，而不用关心容器 IP 地址的变化。每个 Kubernetes Service 都会被分配一个 DNS 名称，可以通过该名称访问该服务中的所有容器。
  2. Pod 间通信：Kubernetes 中的每个 Pod 都会被分配一个唯一的 DNS 名称，可以通过该名称访问同一节点上的其他 Pod。
  3. 横向扩展：当一个 Kubernetes Deployment 水平扩展时，新创建的 Pod 也会被自动注册到 DNS 中，从而使得它们可以被其他 Pod 和服务发现。
  4. 集群内部域名解析：Kubernetes 集群中的 DNS 服务可以解析集群内部的域名，比如 Kubernetes API Server 的域名和 Service 的域名等。
  5. 集群外部域名解析：Kubernetes 集群中的 DNS 服务可以配置为解析集群外部的域名，从而使得容器和服务可以访问外部的服务和资源。

4 应用案例介绍

1 服务发现

在 Kubernetes 中，每个 Service 都会被分配一个唯一的 DNS 名称。这个 DNS 名称由 Service 名称和所在的命名空间组成。

形式为 servicename.namespace.svc.cluster.local。

这个 DNS 名称可以被 Kubernetes 集群中的任何容器和服务使用，通过该名称访问该服务中的所有容器。

这种服务发现机制使得容器和服务可以轻松地进行通信，而不用关心容器 IP 地址的变化。

下面是一个使用 Service 发现机制的示例代码。

假设我们有一个名为 my-service 的 Service，它将流量路由到名为 my-pod 的 Pod。可以在另一个 Pod 中使用 my-service 的 DNS 名称来访问该服务：

import requests
# 使用 Service 的 DNS 名称访问服务
response = requests.get("http://my-service.namespace.svc.cluster.local")
# 处理响应
if response.status_code == 200:
    print("Success!")
else:
    print("Error!")

2 Pod 间通信

在 Kubernetes 中，每个 Pod 都会被分配一个唯一的 DNS 名称。这个 DNS 名称由 Pod 名称和所在的命名空间组成。

形式为 podname.namespace.pod.cluster.local。这个 DNS 名称可以被同一节点上的其他 Pod 使用，通过该名称访问同一节点上的其他 Pod。


下面是一个使用 Pod 间通信的示例代码。假设有两个名为 pod1 和 pod2 的 Pod，它们都运行在同一个节点上。我们可以在 pod1 中使用 pod2 的 DNS 名称来访问 pod2：

import requests
# 使用 Pod 的 DNS 名称访问另一个 Pod
response = requests.get("http://pod2.namespace.pod.cluster.local")
# 处理响应
if response.status_code == 200:
    print("Success!")
else:
    print("Error!")

3 横向扩展

在 Kubernetes 中，当一个 Deployment 水平扩展时，新创建的 Pod 也会被自动注册到 DNS 中，从而使得它们可以被其他 Pod 和服务发现。

这意味着我们可以轻松地扩展我们的应用程序，并确保所有新创建的 Pod 都可以与其他 Pod 和服务进行通信

下面是一个使用横向扩展的示例代码。假设有一个名为 my-deployment 的 Deployment，它由一个名为 my-pod 的 Pod 组成。我们可以使用该 Deployment 的名称来访问 my-pod，并且可以轻松地扩展 Deployment，以便添加更多的 Pod：

import requests
# 使用 Deployment 的名称访问 Pod
response = requests.get("http://my-deployment.namespace.svc.cluster.local")
# 处理响应
if response.status_code == 200:
    print("Success!")
else:
    print("Error!")

4 集群内部域名解析

在 Kubernetes 中，集群内部的域名可以被自动解析。

例如，Kubernetes API Server 的域名为 kubernetes.default.svc.cluster.local，可以被 Kubernetes 集群中的任何容器和服务使用。


这个域名可以用于访问 Kubernetes API Server，以及其他需要访问 Kubernetes 集群内部资源的情况。

下面是一个使用集群内部域名解析的示例代码。假设我们需要访问 Kubernetes API Server，我们可以使用 kubernetes.default.svc.cluster.local 的 DNS 名称来访问它：

import requests
# 使用 Kubernetes API Server 的 DNS 名称访问它
response= requests.get("https://kubernetes.default.svc.cluster.local/api/v1/namespaces")
# 处理响应
if response.status_code == 200:
    print("Success!")
else:
    print("Error!")

5 集群外部域名解析

Kubernetes 集群中的 DNS 服务可以配置为解析集群外部的域名，从而使得容器和服务可以访问外部的服务和资源。

这个功能可以通过在 Kubernetes 中配置外部 DNS 服务器来实现。


下面是一个使用集群外部域名解析的示例代码。假设我们需要访问 Google 的网站，我们可以使用 Google 的域名来访问它：

import requests
# 使用 Google 的域名访问它
response = requests.get("https://www.google.com")
# 处理响应
if response.status_code == 200:
    print("Success!")
else:
    print("Error!")

需要注意的是，这个示例代码并没有直接使用 Kubernetes 集群中的 DNS 服务来解析 Google 的域名。

为了使用 Kubernetes 集群中的 DNS 服务解析外部域名，需要在 Kubernetes 中配置外部 DNS 服务器。

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