Kubernetes中如何使用ClusterDNS進行服務發現？

原創半夏透心涼 [雲原生技術愛好者社區](javascript:void(0)😉 2019-12-26

“本文主要介紹了kubernetes網絡結構、pod和service之間域名通信”

常見使用場景

在常見集羣中經常會出現服務之間彼此通過http或者tcp、RPC的形式進行訪問，在kubernetes集羣中，pod和pod、service之間的網絡是互通的，但是service的ip地址是存儲在etcd中，如果創建完成之後，一直使用apply，那麼ip不會變化，如果不小心執行了kubectl delete -f yaml，那麼service的ip將發生變化，如果此ip被很多服務使用，將會帶來災難性的修改，這時我們可以藉助kube-dns解決問題。

kubernetes網絡模型

一個完整的Kubernetes集羣應該包含三層網絡，首先第一層是mater和node節點之間的網絡，這個網絡需要在部署kubernetes集羣之前配置完成，
第二層網絡是pod的網絡通過kubenet或者cni插件實現，用於pod之間或者內部的通信，集羣中的所有pod均處在同一個網絡平面空間內，可以直接通信，
第三層網絡是Service資源的網絡，是一個虛擬網絡，用於爲Kubernetes集羣配置IP地址，但此地址並不配置於任何主機或者容器的網絡接口之上，而是通過kubeproxy配置爲iptables規則，將發往該地址的所有流量調度至後端的pod之上。

Kubernetes網絡中常見四種通信方式
1 同一個pod的內部通信；
2 各個pod彼此通信；
3 pod和service的通信；
4 集羣外部流向service的通信。

看到上面這些你就不難理解爲什麼在yaml中存在port，targetPort，nodePort？

containerPort：一個信息性數據，他只是爲集羣提供一個可以快速瞭解相關pod可以訪問端口的途徑，而且顯式指定容器端口，無論你是否指定都不影響其他節點上的客戶端pod對其進行訪問。

port：服務提供端口，用於kubernetes集羣內部服務訪問。

targetPort：pod目標端口，如果不設置使用默認port端口，port和nodePort的數據通過這個端口進入到Pod內部，Pod裏面的containers的端口映射到這個端口，提供服務。

nodePort：外部用戶訪問端口

kubernetes中如何發現服務？

通過如下yaml創建兩個nginx服務

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  template:
    metadata:
     labels:
      app: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: docker.hub.com/ops/openresty:1.15
        ports:
        - containerPort: 80

通過進入服務內部進行訪問nginx服務

kubectl exec nginx-deployment-74fd67c98d-26j9r -it /bin/bash

[root@nginx-deployment-74fd67c98d-26j9r /]# curl 10.244.1.49:80  
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<title>Welcome to OpenResty!</title>
<style>
    body {
        width: 35em;
        margin: 0 auto;
        font-family: Tahoma, Verdana, Arial, sans-serif;
    }
</style>
</head>
<body>
<h1>Welcome to OpenResty!</h1>
<p>If you see this page, the OpenResty web platform is successfully installed and
working. Further configuration is required.</p>

<p>For online documentation and support please refer to
<a href="https://openresty.org/">openresty.org</a>.<br/>
Commercial support is available at
<a href="https://openresty.com/">openresty.com</a>.</p>

<p><em>Thank you for flying OpenResty.</em></p>
</body>
</html>

看到這裏可能有人要說，這簡直沒法用，每次創建pod ip都要改變，總不能每次手動修改ip地址訪問吧？如此訪問，我怎麼才能做負載均衡？

如何通過service解決問題負載問題

創建如下service，通過selector選擇nginx服務

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: nginx-service
  labels:
    app: nginx
spec:
  type: NodePort
  ports:
  - name: http
    port: 80
    targetPort: 80
    nodePort: 30007
  - name: https
    port: 443
    targetPort: 443
    nodePort: 30003
  selector:
    app: nginx

查看服務對應服務ip，並訪問服務。

[root@k8s-m opt]# kubectl get svc nginx-service
NAME            TYPE       CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP   PORT(S)                      AGE
nginx-service   NodePort   10.99.251.122   <none>        80:30007/TCP,443:30003/TCP   29h
[root@k8s-master opt]# 
[root@nginx-deployment-745fd7c98d-2xj9r /]# curl 10.99.251.122:80
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<title>Welcome to OpenResty!</title>
<style>
    body {
        width: 35em;
        margin: 0 auto;
        font-family: Tahoma, Verdana, Arial, sans-serif;
    }
</style>
</head>
<body>
<h1>Welcome to OpenResty!</h1>
<p>If you see this page, the OpenResty web platform is successfully installed and
working. Further configuration is required.</p>

<p>For online documentation and support please refer to
<a href="https://openresty.org/">openresty.org</a>.<br/>
Commercial support is available at
<a href="https://openresty.com/">openresty.com</a>.</p>

<p><em>Thank you for flying OpenResty.</em></p>
</body>
</html>

通過如上service的方式已經實現了負載均衡，但是我們在服務沒有創建之前仍然是不知道服務對外提供服務IP是什麼？當然我們可以在service的yaml中內置ClusterIP，但是即使如此，還可能會出現ip佔用的問題。

kube-dns是如何解決如上問題的？

在創建pod資源時，kubelet會將其所屬名稱空間中的所有service對象以環境變量的形式注入其中。如下所示：

[root@nginx-deployment-745fd7c98d-2xj9r /]# printenv|grep NGINX
NGINX_SERVICE_PORT_443_TCP=tcp://10.99.251.123:443
NGINX_SERVICE_PORT_80_TCP_PORT=80
NGINX_SERVICE_PORT_443_TCP_PORT=443
NGINX_SERVICE_PORT_80_TCP_PROTO=tcp
NGINX_SERVICE_PORT_443_TCP_PROTO=tcp
NGINX_SERVICE_SERVICE_HOST=10.99.251.123
NGINX_SERVICE_SERVICE_PORT_HTTP=80
NGINX_SERVICE_PORT=tcp://10.99.251.123:80
NGINX_SERVICE_PORT_80_TCP=tcp://10.99.251.123:80
NGINX_SERVICE_SERVICE_PORT_HTTPS=443
NGINX_SERVICE_SERVICE_PORT=80
NGINX_SERVICE_PORT_80_TCP_ADDR=10.99.251.123
NGINX_SERVICE_PORT_443_TCP_ADDR=10.99.251.123

所以我們可以直接通過如下形式進行訪問（當然如果存在集羣內服務調用的話，我們就可以直接配置成域名的形式）：

[root@nginx-deployment-745fd7c98d-2xj9r /]# curl nginx-service:80
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<title>Welcome to OpenResty!</title>
<style>
    body {
        width: 35em;
        margin: 0 auto;
        font-family: Tahoma, Verdana, Arial, sans-serif;
    }
</style>
</head>
<body>
<h1>Welcome to OpenResty!</h1>

域名格式

具體爲：<service_name>..svc.<cluster_domain>和<service_name>..<cluster_domain>，當然後面cluster_domain取決於本地/etc/resolv.conf是否配置，如上我的示例就沒有使用命名空間也沒有配置集羣域名，那麼我直接service名稱就可以直接訪問。

總結

在k8s集羣中，服務是運行在Pod中的，Pod的發現和副本間負載均衡是我們面臨的問題。我們使用Service解決了負載均衡的問題，但是集羣環境中，service經常伴隨着ip的變動而變動，得益於kubedns插件，使其可以直接通過域名進行訪問。

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