K8S中域名解析全流程：机制、配置与优化实践

一、K8S域名解析体系概述

Kubernetes（K8S）通过分层域名解析机制实现服务发现，其核心由集群内部DNS服务（CoreDNS）和服务抽象对象（Service/Ingress）构成。与传统DNS不同，K8S的域名解析具有动态性、集群内优先和层级化的特点。

1.1 域名空间层级

K8S域名遵循三级结构：

<service-name>.<namespace>.svc.cluster.local

• service-name：Service对象的名称
• namespace：命名空间标识
• svc.cluster.local：K8S集群默认域

例如，nginx服务在default命名空间的完整域名为：nginx.default.svc.cluster.local。

1.2 解析优先级

K8S域名解析遵循以下顺序：

1. 集群本地DNS缓存（kubelet内置）
2. CoreDNS服务（默认部署在kube-system命名空间）
3. 节点本地hosts文件
4. 上游DNS服务器（通过/etc/resolv.conf配置）

二、CoreDNS工作机制详解

CoreDNS作为K8S默认DNS服务器，通过插件化架构实现灵活配置。其核心流程如下：

2.1 部署架构

# CoreDNS ConfigMap示例
apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  name: coredns
  namespace: kube-system
data:
  Corefile: |
    .:53 {
        errors
        health {
            lameduck 5s
        }
        ready
        kubernetes cluster.local in-addr.arpa ip6.arpa {
            pods insecure
            fallthrough in-addr.arpa ip6.arpa
        }
        prometheus :9153
        forward . 8.8.8.8 8.8.4.4
        cache 30
        loop
        reload
        loadbalance
    }

2.2 关键插件解析

• kubernetes插件：监听API Server事件，动态更新DNS记录
  • pods insecure：允许Pod IP直接解析（需配合hostNetwork使用）
  • fallthrough：未匹配记录时转交后续插件处理
• forward插件：将非集群域名请求转发至上游DNS
• cache插件：缓存解析结果，默认TTL 30秒

2.3 动态更新机制

当Service/Endpoint对象变更时，CoreDNS通过以下方式同步：

1. API Server的Watch机制通知变更
2. CoreDNS内存中的DNS记录实时更新
3. 客户端查询时立即返回最新结果（无需等待TTL过期）

三、Service域名解析实现

Service通过两种方式实现域名解析：

3.1 ClusterIP Service

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: web-service
spec:
  selector:
    app: web
  ports:
  - protocol: TCP
    port: 80
    targetPort: 8080

• DNS记录：web-service.default.svc.cluster.local → ClusterIP（虚拟IP）
• 解析过程：
  1. 客户端发起DNS查询
  2. CoreDNS返回Service的ClusterIP
  3. kube-proxy通过iptables/IPVS将请求转发至后端Pod

3.2 Headless Service

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: stateful-service
spec:
  clusterIP: None  # 关键配置
  selector:
    app: stateful

• DNS记录：
  • 服务域名：stateful-service.default.svc.cluster.local → 无IP返回
  • Pod域名：stateful-service-0.stateful-service.default.svc.cluster.local → Pod IP
• 典型场景：StatefulSet的有状态服务发现

四、Ingress域名路由解析

Ingress通过域名实现外部访问，其解析流程如下：

4.1 Ingress配置示例

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  name: example-ingress
spec:
  rules:
  - host: "example.com"
    http:
      paths:
      - path: "/"
        pathType: Prefix
        backend:
          service:
            name: web-service
            port:
              number: 80

4.2 解析流程

1. 外部请求：用户访问http://example.com
2. Ingress Controller：
   • Nginx/Traefik等控制器接收请求
   • 根据Host头匹配Ingress规则
3. 服务路由：将请求转发至web-service的ClusterIP
4. 最终处理：kube-proxy将请求负载均衡至后端Pod

4.3 证书管理

通过Secret实现HTTPS：

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  name: tls-ingress
spec:
  tls:
  - hosts:
    - secure.example.com
    secretName: example-tls-secret
  rules:
  - host: "secure.example.com"
    http: ...

五、常见问题与优化策略

5.1 解析延迟问题

现象：首次DNS查询耗时超过1秒
原因：CoreDNS冷启动或上游DNS超时
解决方案：

• 调整/etc/resolv.conf的options ndots:5为ndots:2
• 增加CoreDNS副本数：

  kubectl scale deployment coredns -n kube-system --replicas=3

5.2 跨命名空间访问

场景：namespace-a的Pod访问namespace-b的Service
配置：直接使用完整域名：

curl http://service-b.namespace-b.svc.cluster.local

5.3 自定义域名解析

需求：将myapp.internal解析到集群内Service
实现：通过hosts插件或forward插件：

# Corefile补充配置
.:53 {
    hosts {
        myapp.internal 10.96.0.10  # Service的ClusterIP
        fallthrough
    }
    forward . 8.8.8.8
}

5.4 监控与调优

指标收集：

• CoreDNS自带Prometheus端点（:9153）
• 关键指标：
  • coredns_dns_request_count_total：请求总量
  • coredns_cache_size：缓存命中率
  • coredns_forward_requests_total：上游请求量

优化建议：

• 对高频查询Service启用ready插件健康检查
• 调整cache插件的TTL值（默认30秒）
• 启用loadbalance插件实现请求轮询

六、最佳实践总结

1. 命名规范：Service名称使用小写字母和连字符，避免特殊字符
2. 短域名使用：在集群内部优先使用短域名（如web-service而非完整域名）
3. DNS策略配置：对需要直接访问节点网络的Pod设置dnsPolicy: ClusterFirstWithHostNet
4. Stub域配置：通过upstream插件指定内部DNS服务器处理私有域名
5. 安全加固：限制CoreDNS的loop和reload插件访问权限

通过深入理解K8S域名解析机制，开发者可以更高效地设计服务发现架构，快速定位网络问题，并构建高可用的分布式系统。实际部署中建议结合集群规模（Node数量、Service数量）动态调整CoreDNS资源配置，并通过监控数据持续优化解析性能。