K8S中域名的解析过程

一、K8S域名解析体系概述

在Kubernetes集群中，域名解析是服务发现的核心机制，其架构设计融合了DNS协议与集群特有的网络模型。不同于传统DNS服务，K8S通过CoreDNS组件构建了动态、弹性的域名解析系统，该系统需处理三类关键域名的解析：

1. 集群内部服务域名（如service-name.namespace.svc.cluster.local）
2. 集群外部服务域名（通过Ingress暴露的域名）
3. 自定义域名（通过Hosts文件或ExternalDNS注入）

K8S域名解析具有两个显著特征：其一，解析结果动态响应Pod/Service的增删；其二，支持跨命名空间的服务发现。这种设计使得服务间通信无需依赖固定IP，极大提升了集群的弹性和可维护性。

二、CoreDNS解析机制详解

作为K8S默认的DNS服务，CoreDNS通过插件化架构实现域名解析。其核心工作流程如下：

1. 插件链配置解析

典型CoreDNS配置（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
        cache 30
        loop
        reload
        loadbalance
    }

关键插件作用：

• kubernetes：监听K8S API，动态更新DNS记录
• forward：处理非集群域名的递归查询
• cache：缓存解析结果提升性能
• loop：防止DNS查询循环

2. 动态更新机制

当Service创建时，CoreDNS通过以下流程更新记录：

1. EndpointController检测到Service变化
2. 通过Lease机制通知CoreDNS
3. CoreDNS的kubernetes插件更新内存中的DNS记录
4. 记录同步至所有CoreDNS实例（通过K8S Endpoints对象）

这种设计使得DNS记录更新延迟通常控制在5秒内，满足大多数场景需求。

三、Service域名解析流程

Service域名的完整解析过程包含四个阶段：

1. 域名格式规范

标准Service域名格式：

<service-name>.<namespace>.svc.<zone>

示例：nginx.default.svc.cluster.local

2. 解析路径

1. 客户端查询：Pod内的应用发起DNS查询
2. 节点缓存：首先检查节点上的/etc/resolv.conf（通常指向kube-dns Service）
3. CoreDNS处理：
   • 匹配kubernetes插件的域模式
   • 查询Service对应的ClusterIP
   • 返回A记录（IPv4）或AAAA记录（IPv6）
4. 服务发现：客户端通过ClusterIP访问Service后端Pod

3. 特殊场景处理

• Headless Service：返回Pod的IP列表而非ClusterIP
• ExternalName Service：返回CNAME记录指向外部域名
• 多集群服务：通过ServiceExport/Import实现跨集群解析

四、Ingress域名解析机制

Ingress控制器通过以下方式实现外部域名解析：

1. 域名绑定流程

1. 创建Ingress资源指定域名：

   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

2. Ingress控制器（如Nginx）监听配置变更
3. 动态生成配置文件，将域名映射到后端Service

2. TLS证书处理

对于HTTPS域名，需配置Secret：

spec:
  tls:
  - hosts:
    - example.com
    secretName: example-com-tls

证书自动挂载至Ingress控制器，实现SSL终止或传递。

五、常见问题与优化方案

1. 解析延迟问题

现象：首次DNS查询耗时超过1秒
原因：CoreDNS未命中缓存
解决方案：

• 调整cache插件参数（如cache 30改为cache 60）
• 增加CoreDNS副本数（replicas: 3）
• 使用NodeLocal DNSCache减少网络跳数

2. 跨命名空间解析失败

现象：service.other-ns.svc无法解析
原因：未正确配置search域
检查步骤：

1. 查看Pod的/etc/resolv.conf：

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

2. 确保查询格式包含完整命名空间

3. 外部域名解析失败

现象：无法解析google.com
解决方案：

• 检查forward插件配置
• 验证上游DNS服务器可达性
• 考虑使用stubDomains配置特定域名的解析

六、最佳实践建议

1. 监控指标配置：

   • 部署Prometheus监控CoreDNS
   • 关注指标：coredns_dns_request_count_total、coredns_cache_size

2. 性能优化组合：

   .:53 {
       errors
       kubernetes {
           pods insecure
           fallthrough in-addr.arpa ip6.arpa
       }
       prometheus :9153
       forward . 10.0.0.2 10.0.0.3 {
           force_tcp
       }
       cache 300 {
           success 9984 3600
           denial 256 5
       }
       reload
       loadbalance
   }

3. 安全加固措施：

   • 限制kubernetes插件的域范围
   • 启用tls插件保护管理接口
   • 定期更新CoreDNS版本

七、进阶应用场景

1. 自定义域名解析

通过hosts插件实现：

.:53 {
    hosts {
        10.0.0.1 custom.domain.com
        fallthrough
    }
    ...
}

2. 多集群DNS同步

使用federation插件或ExternalDNS项目实现：

federation cluster.local {
    origin example.com
}

3. 服务网格集成

在Istio环境中，可通过Sidecar注入修改DNS配置，实现更细粒度的流量控制。

总结

K8S域名解析体系通过CoreDNS的动态更新机制和分层域名结构，构建了高效、弹性的服务发现基础设施。理解其工作原理不仅有助于故障排查，更能指导架构设计。建议开发者重点关注：CoreDNS插件配置、Service域名规范、Ingress控制器行为这三个核心环节，结合实际业务场景进行优化调整。