DNS 代理

除了捕获应用流量，Istio 还可以捕获 DNS 请求，以提高网格的性能和可用性。 当 Istio 代理 DNS 时，所有来自应用程序的 DNS 请求将会被重定向到 Sidecar， 因为 Sidecar 存储了域名到 IP 地址的映射。如果请求被 Sidecar 处理， 它将直接给应用返回响应，避免了对上游DNS服务器的往返。 反之，请求将按照标准的 /etc/resolv.conf DNS 配置向上游转发。

虽然 Kubernetes 为 Kubernetes Service 提供了一个开箱即用的 DNS 解析， 但任何自定义的 ServiceEntry 都不会被识别。有了这个功能，ServiceEntry 地址可以被解析，而不需要自定义 DNS 服务配置。对于 Kubernetes Service 来说， 一样的 DNS 响应，但减少了 kube-dns 的负载，并且提高了性能。

该功能也适用于在 Kubernetes 外部运行的服务。这意味着所有的内部服务都可以被解析， 而不需要再使用笨重的运行方法来暴露集群外的 Kubernetes DNS 条目。

开始

此功能默认情况下未启用。要启用该功能，请在安装 Istio 时使用以下设置：

  1. $ cat <<EOF | istioctl install -y -f -
  2. apiVersion: install.istio.io/v1alpha1
  3. kind: IstioOperator
  4. spec:
  5.   meshConfig:
  6.     defaultConfig:
  7.       proxyMetadata:
  8.         # 启用基本 DNS 代理
  9.         ISTIO_META_DNS_CAPTURE: "true"
  10.         # 启用自动地址分配，可选
  11.         ISTIO_META_DNS_AUTO_ALLOCATE: "true"
  12. EOF

您也可以在每个 Pod 上启用该功能，通过 proxy.istio.io/config 注解：

  1. kind: Deployment
  2. metadata:
  3.   name: sleep
  4. spec:
  5. ...
  6.   template:
  7.     metadata:
  8.       annotations:
  9.         proxy.istio.io/config: |
  10.           proxyMetadata:
  11.             ISTIO_META_DNS_CAPTURE: "true"
  12.             ISTIO_META_DNS_AUTO_ALLOCATE: "true"
  13. ...

当时使用 istioctl 工作负载配置部署虚拟机时， 默认启用基础 DNS 代理。

DNS 捕获

为了尝试 DNS 捕获，首先在外部服务启动一个 ServiceEntry：

  1. $ kubectl apply -f - <<EOF
  2. apiVersion: networking.istio.io/v1beta1
  3. kind: ServiceEntry
  4. metadata:
  5.   name: external-address
  6. spec:
  7.   addresses:
  8.   - 198.51.100.1
  9.   hosts:
  10.   - address.internal
  11.   ports:
  12.   - name: http
  13.     number: 80
  14.     protocol: HTTP
  15. EOF

调用客户端应用以发起 DNS 请求：

Zip

  1. $ kubectl label namespace default istio-injection=enabled --overwrite
  2. $ kubectl apply -f @samples/sleep/sleep.yaml@

如果不开启 DNS 代理功能，请求 address.internal 时可能解析失败。 一旦启用，您将收到一个基于 address 配置的响应：

  1. $ kubectl exec deploy/sleep -- curl -sS -v address.internal
  2. * processing: address.internal
  3. *   Trying 198.51.100.1:80...

自动分配地址

在上面的示例中，对于发送请求的服务，您有一个预定义的 IP 地址。但是常规情况下， 服务访问外部服务时一般没有一个相对固定的地址，因此需要通过 DNS 代理去访问外部服务。 如果 DNS 代理没有足够的信息去返回一个响应的情况下，将需要向上游转发 DNS 请求。

这在 TCP 通讯中是一个很严重的问题。它不像 HTTP 请求，基于 Host 头部去路由。 TCP 携带的信息更少，只能在目标 IP 和端口号上路由。由于后端没有稳定的 IP， 所以也不能基于其他信息进行路由，只剩下端口号，但是这会导致多个 ServiceEntry 使用 TCP 服务会共享同一端口而产生冲突。更多细节参阅以下章节。

为了解决这些问题，DNS 代理还支持为没有明确定义的 ServiceEntry 自动分配地址。 这是通过 ISTIO_META_DNS_AUTO_ALLOCATE 选项配置的。

启用此特性后，DNS 响应将为每个 ServiceEntry 自动分配一个不同的独立地址。 然后代理能匹配请求与 IP 地址，并将请求转发到相应的 ServiceEntry。 当使用 ISTIO_META_DNS_AUTO_ALLOCATE 时，Istio 会自动为不可路由的 VIP（从 Class E 子网中） 分配给这些服务，只要它们不使用通配符主机。Sidecar 上的 Istio 代理将使用 VIP 作为应用程序中 DNS 查找查询的响应。Envoy 现在可以清楚地区分每个外部 TCP 服务的流量，并将其转发到正确的目标。有关更多信息， 请查阅相应的关于智能 DNS 代理的 Istio 博客。

由于该特性修改了 DNS 响应，因此可能无法兼容所有应用程序。

尝试配置另外一个 ServiceEntry：

  1. $ kubectl apply -f - <<EOF
  2. apiVersion: networking.istio.io/v1beta1
  3. kind: ServiceEntry
  4. metadata:
  5.   name: external-auto
  6. spec:
  7.   hosts:
  8.   - auto.internal
  9.   ports:
  10.   - name: http
  11.     number: 80
  12.     protocol: HTTP
  13.   resolution: DNS
  14. EOF

现在，发送一个请求：

  1. $ kubectl exec deploy/sleep -- curl -sS -v auto.internal
  2. *   Trying 240.240.0.1:80...

您可以看到，请求被发送到一个自动分配的地址 240.240.0.1 上。 这些地址将从 240.240.0.0/16 预留的 IP 地址池中挑选出来，以避免与真实的服务发生冲突。

不带 VIP 的外部 TCP 服务

默认情况下，Istio 在路由外部 TCP 流量时存在限制，因为它无法区分相同端口上的多个 TCP 服务。 当使用第三方数据库（如 AWS 关系型数据库服务）或任何具有地理冗余设置的数据库时，这种限制尤为明显。 默认情况下，类似但不同的外部 TCP 服务不能被分别处理。为了让 Sidecar 区分网格之外的两个不同的 TCP 服务的流量， 这些服务必须位于不同的端口上，或者它们需要具有全局唯一的 VIP 地址。

例如，如果您有两个外部数据库服务（mysql-instance1 和 mysql-instance2）， 并为这两个服务创建了服务条目，则客户端 Sidecar 仍将在 0.0.0.0:{port} 上有一个单独的侦听器，从公共 DNS 服务器查找只 mysql-instance1 的 IP 地址， 并将流量转发到它。它无法将流量路由到 mysql-instance2，因为它无法区分抵达 0.0.0.0:{port} 的流量是针对 mysql-instance1 还是 mysql-instance2 的。

以下示例显示了如何使用 DNS 代理解决此问题。虚拟 IP 地址将被分配到每个服务条目， 以便客户端 Sidecar 可以清楚地区分每个外部 TCP 服务的流量。

  1. 更新开始一节中指定的 Istio 配置，以配置 discoverySelectors， 从而限制网格仅对启用了 istio-injection 的命名空间进行筛选。 这将使我们可以在集群中使用任何其他命名空间来运行网格之外的 TCP 服务。

    1. $ cat <<EOF | istioctl install -y -f -
    2. apiVersion: install.istio.io/v1alpha1
    3. kind: IstioOperator
    4. spec:
    5.   meshConfig:
    6.     defaultConfig:
    7.       proxyMetadata:
    8.         # 启用基本 DNS 代理
    9.         ISTIO_META_DNS_CAPTURE: "true"
    10.         # 启用自动地址分配，可选
    11.         ISTIO_META_DNS_AUTO_ALLOCATE: "true"
    12.     # 下面的 discoverySelectors 配置只是用于模拟外部服务 TCP 场景，
    13.     # 这样我们就不必使用外部站点进行测试。
    14.     discoverySelectors:
    15.     - matchLabels:
    16.         istio-injection: enabled
    17. EOF

  2. 部署第一个外部样例 TCP 应用：

    1. $ kubectl create ns external-1
    2. $ kubectl -n external-1 apply -f samples/tcp-echo/tcp-echo.yaml

  3. 部署第二个外部样例 TCP 应用：

    1. $ kubectl create ns external-2
    2. $ kubectl -n external-2 apply -f samples/tcp-echo/tcp-echo.yaml

  4. 配置 ServiceEntry 以到达外部服务：

    1. $ kubectl apply -f - <<EOF
    2. apiVersion: networking.istio.io/v1beta1
    3. kind: ServiceEntry
    4. metadata:
    5.   name: external-svc-1
    6. spec:
    7.   hosts:
    8.   - tcp-echo.external-1.svc.cluster.local
    9.   ports:
    10.   - name: external-svc-1
    11.     number: 9000
    12.     protocol: TCP
    13.   resolution: DNS
    14. ---
    15. apiVersion: networking.istio.io/v1beta1
    16. kind: ServiceEntry
    17. metadata:
    18.   name: external-svc-2
    19. spec:
    20.   hosts:
    21.   - tcp-echo.external-2.svc.cluster.local
    22.   ports:
    23.   - name: external-svc-2
    24.     number: 9000
    25.     protocol: TCP
    26.   resolution: DNS
    27. EOF

  5. 确认在客户端侧为每个服务分别配置了侦听器：

    1. $ istioctl pc listener deploy/sleep | grep tcp-echo | awk '{printf "ADDRESS=%s, DESTINATION=%s %s\n", $1, $4, $5}'
    2. ADDRESS=240.240.105.94, DESTINATION=Cluster: outbound|9000||tcp-echo.external-2.svc.cluster.local
    3. ADDRESS=240.240.69.138, DESTINATION=Cluster: outbound|9000||tcp-echo.external-1.svc.cluster.local

清理

ZipZipZip

  1. $ kubectl -n external-1 delete -f @samples/tcp-echo/tcp-echo.yaml@
  2. $ kubectl -n external-2 delete -f @samples/tcp-echo/tcp-echo.yaml@
  3. $ kubectl delete -f @samples/sleep/sleep.yaml@
  4. $ istioctl uninstall --purge -y
  5. $ kubectl delete ns istio-system external-1 external-2