Kubernetes 集群内 DNS

DNS 简介

在互联网早期，随着连接设备数量的增加，IP 地址的管理与记忆变得越来越复杂。为了简化网络资源的访问，DNS（Domain Name System）应运而生。DNS 的核心作用是将用户可读的域名（如 www.example.com）解析为对应的 IP 地址（如 93.184.215.34），从而使用户无需记忆复杂的数字串，便能轻松访问全球各地的网络资源。

DNS 是一种应用层协议，与 HTTP(S) 等协议同属 OSI 网络模型中的最高层。它依赖于 client-server 模型进行工作，客户端向 DNS 服务器发出查询请求，服务器返回对应的 IP 地址。传统的 DNS 通过 UDP 或 TCP 传输，随着互联网安全需求的提升，DNS over TLS、DNS over HTTPS (DoH)、DNS over QUIC 等新协议也相继推出，以增强数据隐私和安全性。

要实现 DNS 查询，客户端需要知道 DNS 服务器地址，而这些信息通常配置在客户端的 /etc/resolv.conf 文件中。这个文件记录了 DNS 服务器的 IP 地址以及查询时的附加选项。接下来我们会详细探讨 Kubernetes 集群内的 /etc/resolv.conf 文件和相关的 kubelet 配置。

K8S DNS 配置详解

在 Kubernetes 中，每个 Pod 都拥有一个由 kubelet 自动生成的 /etc/resolv.conf 文件，文件内容一般如下：

nameserver 10.96.0.10
search default.svc.cluster.local svc.cluster.local cluster.local
options ndots:5

其中：

• nameserver：指定了 DNS server 的集群内 IP 地址，DNS server 早期使用的是 kube-dns，现在则基本是 CoreDNS。如果 nameserver 设置了多个地址，则表示前一个地址无响应时依次向下一个地址发起 DNS 查询。
• search：定义了 DNS 查询时的域名后缀补全顺序。
• options ndots:5：这个选项规定域名中至少有 5 个 . 才会被认为是 FQDN 完全限定域名。如果查询的域名中点的数量不足，则会根据 search 补全后缀。例如，查询 mysvc 时，其会被补全为 mysvc.default.svc.cluster.local.，最后真正请求的是补全后的域名。

/etc/resolv.conf 文件是由 kubelet 在 Pod 启动时为每个 Pod 自动生成的。Kubelet 的配置（早期通过命令行参数的形式，后面则调整为了配置文件）决定了 Pod 中 /etc/resolv.conf 的具体内容，具体关联如下：

• --cluster-dns 或 clusterDNS：指定集群内 DNS 服务器的 IP 地址，映射到 /etc/resolv.conf 中的 nameserver。
• --cluster-domain 或 clusterDomain：用于配置集群的默认域名后缀（如 cluster.local），映射到 /etc/resolv.conf 中的 search。
• options ndots:5 这一项则在 kubelet 代码中写死了，参考 kubelet 源码。

补充说明：search default.svc.cluster.local ... 是 kubelet 的默认规则，对应 <namespace>.svc.<clusterDomain>，namespace 是 pod 所在的命名空间名称。

此外，Pod 的 DNS 行为也受 dnsPolicy 和 dnsConfig 这两个配置的影响。

dnsPolicy 决定 Pod 使用哪种 DNS 策略。有以下四种取值：

• Default：虽然名字叫 default 但并不是默认选型，此时 pod 的 /etc/resolv.conf 使用所在 node 节点的配置，而该配置又通过 kubelet 的配置项 resolvConf 指定。
• ClusterFirst：默认选项，使用集群内的 DNS server 进行域名解析。
• ClusterFirstWithHostNet：当 pod 使用 hostNetwork 时应该设置此项。
• None：忽略此前 DNS 设置，具体配置完全由 dnsConfig 决定。

dnsConfig 自定义 pod 的 /etc/resolv.conf，例如：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  namespace: default
  name: dns-example
spec:
  containers:
    - name: test
      image: nginx
  dnsPolicy: "None"
  dnsConfig: # 自定义 pod 的 /etc/resolv.conf
    nameservers:
      - 192.0.2.1
    searches:
      - ns1.svc.cluster-domain.example
      - my.dns.search.suffix
    options:
      - name: ndots
        value: "2"

总结

DNS 是 client-server 请求-响应模型，日常所说的公网的 DNS 被称为 global DNS，而像 kubernetes 集群内的 DNS 则是 private DNS。在 Kubernetes 集群中，Pod 的 DNS 设置由 kubelet 管理，所有的 DNS 查询首先由集群内的 DNS 服务器（通常是 CoreDNS）处理。Pod 的 /etc/resolv.conf 文件内容则由 kubelet 的配置以及 Pod 的 dnsPolicy 和 dnsConfig 设置决定。掌握这些配置项的含义与用法，对于在 Kubernetes 集群中进行 DNS 问题排查和优化至关重要。

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参考资料：

• https://kubernetes.io/docs/concepts/services-networking/dns-p...
• https://kubernetes.io/docs/reference/command-line-tools-refer...
• https://www.man7.org/linux/man-pages/man5/resolv.conf.5.html
• https://www.rfc-editor.org/rfc/rfc9499.html
• https://www.rfc-editor.org/rfc/rfc1034.txt
• https://www.rfc-editor.org/rfc/rfc1035.txt