使用 CoreDNS 来应对 DNS 污染


在 MacOS 上部署轻量级高性能的 CoreDNS

使用 CoreDNS 来应对 DNS 污染

在 MacOS 上部署轻量级高性能的 CoreDNS

Wed Mar 6, 2019

3700 Words|Read in about 8 Min|本文总阅读量
Tags: coredns   gfw  

CoreDNS 是新晋的 CNCF 孵化项目,前几天已经从 CNCF 正式毕业,并正式成为 Kubernetes 的 DNS 服务器。CoreDNS 的目标是成为 cloud-native 环境下的 DNS 服务器和服务发现解决方案,即:

Our goal is to make CoreDNS the cloud-native DNS server and service discovery solution.

它有以下几个特性:

  • 插件化(Plugins)

基于 Caddy 服务器框架,CoreDNS 实现了一个插件链的架构,将大量应用端的逻辑抽象成 plugin 的形式(如 Kubernetes 的 DNS 服务发现,Prometheus 监控等)暴露给使用者。CoreDNS 以预配置的方式将不同的 plugin 串成一条链,按序执行 plugin 的逻辑。从编译层面,用户选择所需的 plugin 编译到最终的可执行文件中,使得运行效率更高。CoreDNS 采用 Go 编写,所以从具体代码层面来看,每个 plugin 其实都是实现了其定义的 interface 的组件而已。第三方只要按照 CoreDNS Plugin API 去编写自定义插件,就可以很方便地集成于 CoreDNS。

  • 配置简单化

引入表达力更强的 DSL,即 Corefile 形式的配置文件(也是基于 Caddy 框架开发)。

  • 一体化的解决方案

区别于 kube-dns,CoreDNS 编译出来就是一个单独的二进制可执行文件,内置了 cache,backend storage,health check 等功能,无需第三方组件来辅助实现其他功能,从而使得部署更方便,内存管理更为安全。

其实从功能角度来看,CoreDNS 更像是一个通用 DNS 方案(类似于 BIND),然后通过插件模式来极大地扩展自身功能,从而可以适用于不同的场景(比如 Kubernetes)。正如官方博客所说:

CoreDNS is powered by plugins.

1. Corefile 介绍


Corefile 是 CoreDNS 的配置文件(源于 Caddy 框架的配置文件 Caddyfile),它定义了:

  • server 以什么协议监听在哪个端口(可以同时定义多个 server 监听不同端口)
  • server 负责哪个 zone 的权威(authoritative)DNS 解析
  • server 将加载哪些插件

常见地,一个典型的 Corefile 格式如下所示:

ZONE:[PORT] {
	[PLUGIN] ...
}
  • ZONE : 定义 server 负责的 zone,PORT 是可选项,默认为 53;
  • PLUGIN : 定义 server 所要加载的 plugin。每个 plugin 可以有多个参数;

比如:

. {
    chaos CoreDNS-001
}

上述配置文件表达的是:server 负责根域 . 的解析,其中 plugin 是 chaos 且没有参数。

定义 server

一个最简单的配置文件可以为:

.{}

即 server 监听 53 端口并不使用插件。如果此时在定义其他 server,要保证监听端口不冲突;如果是在原来 server 增加 zone,则要保证 zone 之间不冲突,如:

.    {}
.:54 {}

另一个 server 运行于 54 端口并负责根域 . 的解析。

又如:

example.org {
    whoami
}
org {
    whoami
}

同一个 server 但是负责不同 zone 的解析,有不同插件链。

定义 Reverse Zone

跟其他 DNS 服务器类似,Corefile 也可以定义 Reverse Zone(反向解析 IP 地址对应的域名):

0.0.10.in-addr.arpa {
    whoami
}

或者简化版本:

10.0.0.0/24 {
    whoami
}

可以通过 dig 进行反向查询:

$ dig -x 10.0.0.1

使用不同的通信协议

CoreDNS 除了支持 DNS 协议,也支持 TLSgRPC,即 DNS-over-TLS 和 DNS-over-gRPC 模式:

tls://example.org:1443 {
#...
}

2. 插件的工作模式


当 CoreDNS 启动后,它将根据配置文件启动不同 server ,每台 server 都拥有自己的插件链。当有 DNS 请求时,它将依次经历如下 3 步逻辑:

  1. 如果有当前请求的 server 有多个 zone,将采用贪心原则选择最匹配的 zone;
  2. 一旦找到匹配的 server,按照 plugin.cfg 定义的顺序执行插件链上的插件;
  3. 每个插件将判断当前请求是否应该处理,将有以下几种可能:
  • 请求被当前插件处理

插件将生成对应的响应并回给客户端,此时请求结束,下一个插件将不会被调用,如 whoami 插件;

  • 请求被当前插件以 Fallthrough 形式处理

如果请求在该插件处理过程中有可能将跳转至下一个插件,该过程称为 fallthrough,并以关键字 fallthrough 来决定是否允许此项操作,例如 host 插件,当查询域名未位于 /etc/hosts,则调用下一个插件;

  • 请求在处理过程被携带 Hint

请求被插件处理,并在其响应中添加了某些信息(hint)后继续交由下一个插件处理。这些额外的信息将组成对客户端的最终响应,如 metric 插件;

3. CoreDNS 如何处理 DNS 请求


如果 Corefile 为:

coredns.io:5300 {
    file db.coredns.io
}

example.io:53 {
    log
    errors
    file db.example.io
}

example.net:53 {
    file db.example.net
}

.:53 {
    kubernetes
    proxy . 8.8.8.8
    log
    health
    errors
    cache
}

从配置文件来看,我们定义了两个 server(尽管有 4 个区块),分别监听在 530053 端口。其逻辑图可如下所示:

image

每个进入到某个 server 的请求将按照 plugin.cfg 定义顺序执行其已经加载的插件。

从上图,我们需要注意以下几点:

  • 尽管在 .:53 配置了 health 插件,但是它并为在上面的逻辑图中出现,原因是:该插件并未参与请求相关的逻辑(即并没有在插件链上),只是修改了 server 配置。更一般地,我们可以将插件分为两种:
    • Normal 插件:参与请求相关的逻辑,且插入到插件链中;
    • 其他插件:不参与请求相关的逻辑,也不出现在插件链中,只是用于修改 server 的配置,如 healthtls 等插件;

4. 在 MacOS 上部署 CoreDNS


既然 CoreDNS 如此优秀,我用它来抵御伟大的防火长城岂不美哉?研究了一圈,发现技术上还是可行的,唯一的一个缺点是不支持使用代理,不过你可以通过 proxychians-ngproxifier 来强制使用代理。下面开始折腾。

安装

CoreDNS 是 golang 写的,所以只需要下载对应操作系统的二进制文件,到处拷贝,就可以运行了。

下面统统以 MacOS 为例作讲解。

$ cd ~/Downloads
$ wget https://github.com/coredns/coredns/releases/download/v1.4.0/coredns_1.4.0_darwin_amd64.tgz
$ tar zxf coredns_1.4.0_darwin_amd64.tgz
$ mv ./coredns /usr/local/bin/

这里补充一句,CoreDNS 的二进制版本已经安装了所有的插件(plugins),不需要你自己编译。推荐下载二进制版本。

配置

要深入了解 CoreDNS,请查看其文档,及 plugins 的介绍。下面是我的配置文件:

$ cat <<EOF > /usr/local/etc/Corefile
. {
  hosts {
    fallthrough
  }

  forward . tls://8.8.8.8 tls://8.8.4.4 {
    tls_servername dns.google
    force_tcp
    max_fails 3
    expire 10s
    health_check 5s
    policy sequential
    except www.baidu.com
  }

  proxy . 117.50.11.11 117.50.22.22 {
    policy round_robin
  }

  cache 120
  reload 6s
  log . "{local}:{port} - {>id} '{type} {class} {name} {proto} {size} {>do} {>bufsize}' {rcode} {>rflags} {rsize} {duration}"
  errors
}
EOF
  • hosts : hosts 是 CoreDNS 的一个 plugin,这一节的意思是加载 /etc/hosts 文件里面的解析信息。hosts 在最前面,则如果一个域名在 hosts 文件中存在,则优先使用这个信息返回;
  • fallthrough : 如果 hosts 中找不到,则进入下一个 plugin 继续。缺少这一个指令,后面的 plugins 配置就无意义了;
  • forward :这是另外一个 plugin。. 代表所有域名,后面的 IP 代表上游 DNS 服务器的列表。按照什么顺序溯源,由下面的 policy 指令决定;
  • tls://8.8.8.8 : 这里表示使用 DNS-over-TLS 协议访问 8.8.8.8。同时还需要通过 tls_servername 指定 DNS 名称。
  • force_tcp : 强制使用 TCP 协议溯源。这要求上游 DNS 必须支持 TCP 协议;
  • expect :指定哪些域名不按照本 plugin 配置溯源。这里主要用来排除国内的域名,然后通过下面的 proxy 转到国内的 DNS 进行解析。这里被排除的域名只填了一个 www.baidu.com,后面我们再通过脚本填上所有的国内域名;
  • proxy : 解析 forward 中被排除的域名。. 代表所有域名,后面的 IP 代表上游 DNS 服务器的列表,这里我选择的是 onedns。按照什么顺序溯源,由下面的 policy 指令决定;
  • cache : 溯源得到的结果,缓存指定时间。类似 TTL 的概念;
  • reload : 多久扫描配置文件一次。如有变更,自动加载;
  • log : 打印/存储访问日志。日志格式参考:https://coredns.io/plugins/log/
  • errors : 打印/存储错误日志;

讲一下我自己的理解:

  1. 配置文件类似于 nginx 配置文件的格式;
  2. 最外面一级的大括号,对应『服务』的概念。多个服务可以共用一个端口;
  3. 往里面一级的大括号,对应 plugins 的概念,每一个大括号都是一个 plugin。这里可以看出,plugins 是 CoreDNS 的一等公民;
  4. 服务之间顺序有无关联没有感觉,但 plugins 之间是严重顺序相关的。某些 plugin 必须用 fallthrough 关键字流向下一个 plugin;
  5. plugin 内部的配置选项是顺序无关的;
  6. plugins 页面的介绍看,CoreDNS 的功能还是很强的,既能轻松从 bind 迁移,还能兼容 old-style dns server 的运维习惯;
  7. 从 CoreDNS 的性能指标看,适合做大型服务。

当然了,上面的配置文件还可以升级一下,具体我就不解释了:

. {
  hosts {
    fallthrough
  }

  forward . 127.0.0.1:5301 127.0.0.1:5302 {
    max_fails 3
    expire 10s
    health_check 5s
    policy sequential
    except www.baidu.com
  }

  proxy . 117.50.11.11 117.50.22.22 {
    policy round_robin
  }

  cache 120
  reload 6s
  log . "{local}:{port} - {>id} '{type} {class} {name} {proto} {size} {>do} {>bufsize}' {rcode} {>rflags} {rsize} {duration}"
  errors
}

.:5301 {
  forward . tls://8.8.8.8 tls://8.8.4.4 {
    tls_servername dns.google
    force_tcp
    max_fails 3
    expire 10s
    health_check 5s
    policy sequential
  }
}

.:5302 {
  forward . tls://1.1.1.1 tls://1.0.0.1 {
    tls_servername 1dot1dot1dot1.cloudflare-dns.com
    force_tcp
    max_fails 3
    expire 10s
    health_check 5s
    policy sequential
  }
}

定时更新国内域名列表

编写一个 shell 脚本,用来更新 Corefile 中排除的国内域名列表:

$ brew install gnu-sed
$ cat <<EOF > /usr/local/bin/update_coredns.sh
#!/bin/bash

chinadns=$(curl -sL https://raw.githubusercontent.com/felixonmars/dnsmasq-china-list/master/accelerated-domains.china.conf|awk -F "/" '{print $2}')
touch update_coredns.sed && echo "" > update_coredns.sed
for i in $chinadns; do echo "/except/ s/$/ $i/" >> update_coredns.sed; done
gsed -i "s/\(except\).*/\1/" /usr/local/etc/Corefile
gsed -i -f update_coredns.sed /usr/local/etc/Corefile
EOF
$ sudo chmod +x /usr/local/bin/update_coredns.sh

先执行一遍该脚本,更新 Corefile 的配置:

$ /usr/local/bin/update_coredns.sh

然后通过 Crontab 制作定时任务,每隔两天下午两点更新域名列表:

$ crontab -l
0 14 */2 * * /usr/local/bin/update_coredns.sh

开机自启

MacOS 可以使用 launchctl 来管理服务,它可以控制启动计算机时需要开启的服务,也可以设置定时执行特定任务的脚本,就像 Linux crontab 一样, 通过加装 *.plist 文件执行相应命令。Launchd 脚本存储在以下位置, 默认需要自己创建个人的 LaunchAgents 目录:

  • ~/Library/LaunchAgents : 由用户自己定义的任务项
  • /Library/LaunchAgents : 由管理员为用户定义的任务项
  • /Library/LaunchDaemons : 由管理员定义的守护进程任务项
  • /System/Library/LaunchAgents : 由 MacOS 为用户定义的任务项
  • /System/Library/LaunchDaemons : 由 MacOS 定义的守护进程任务项

我们选择在 /Library/LaunchAgents/ 目录下创建 coredns.plist 文件,内容如下:

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE plist PUBLIC "-//Apple Computer//DTD PLIST 1.0//EN" "http://www.apple.com/DTDs/PropertyList-1.0.dtd">
<plist version="1.0">
  <dict>
    <key>Label</key>
    <string>coredns</string>
    <key>ProgramArguments</key>
    <array>
      <string>/usr/local/bin/coredns</string>
      <string>-conf</string>
      <string>/usr/local/etc/Corefile</string>
    </array>
    <key>StandardOutPath</key>
    <string>/var/log/coredns.stdout.log</string>
    <key>StandardErrorPath</key>
    <string>/var/log/coredns.stderr.log</string>
    <key>KeepAlive</key>
    <true/>
    <key>RunAtLoad</key>
    <true/>
  </dict>
</plist>

设置开机自动启动 coredns:

$ sudo launchctl load -w /Library/LaunchAgents/coredns.plist

查看服务:

$ sudo launchctl list|grep coredns

61676	0	coredns
$ sudo launchctl list coredns

{
	"StandardOutPath" = "/var/log/coredns.stdout.log";
	"LimitLoadToSessionType" = "System";
	"StandardErrorPath" = "/var/log/coredns.stderr.log";
	"Label" = "coredns";
	"TimeOut" = 30;
	"OnDemand" = false;
	"LastExitStatus" = 0;
	"PID" = 61676;
	"Program" = "/usr/local/bin/coredns";
	"ProgramArguments" = (
		"/usr/local/bin/coredns";
		"-conf";
		"/usr/local/etc/Corefile";
	);
};

查看端口号:

$ sudo ps -ef|egrep -v grep|grep coredns

    0 81819     1   0  2:54下午 ??         0:04.70 /usr/local/bin/coredns -conf /usr/local/etc/Corefile
    
$ sudo lsof -P -p 81819|egrep "TCP|UDP"

coredns 81819 root    5u    IPv6 0x1509853aadbdf853      0t0     TCP *:5302 (LISTEN)
coredns 81819 root    6u    IPv6 0x1509853acd2f39ab      0t0     UDP *:5302
coredns 81819 root    7u    IPv6 0x1509853aadbdc493      0t0     TCP *:53 (LISTEN)
coredns 81819 root    8u    IPv6 0x1509853acd2f5a4b      0t0     UDP *:53
coredns 81819 root    9u    IPv6 0x1509853ac63bfed3      0t0     TCP *:5301 (LISTEN)
coredns 81819 root   10u    IPv6 0x1509853acd2f5d03      0t0     UDP *:5301

大功告成,现在你只需要将系统的 DNS IP 设置为 127.0.0.1 就可以了。

验证

$ dig www.google.com

; <<>> DiG 9.10.6 <<>> www.google.com
;; global options: +cmd
;; Got answer:
;; ->>HEADER<<- opcode: QUERY, status: NOERROR, id: 49942
;; flags: qr rd ra; QUERY: 1, ANSWER: 6, AUTHORITY: 0, ADDITIONAL: 1

;; OPT PSEUDOSECTION:
; EDNS: version: 0, flags:; udp: 4096
;; QUESTION SECTION:
;www.google.com.			IN	A

;; ANSWER SECTION:
www.google.com.		64	IN	A	108.177.97.147
www.google.com.		64	IN	A	108.177.97.105
www.google.com.		64	IN	A	108.177.97.106
www.google.com.		64	IN	A	108.177.97.103
www.google.com.		64	IN	A	108.177.97.104
www.google.com.		64	IN	A	108.177.97.99

;; Query time: 0 msec
;; SERVER: 127.0.0.1#53(127.0.0.1)
;; WHEN: Wed Mar 06 13:23:31 CST 2019
;; MSG SIZE  rcvd: 223

搞定。

5. 参考资料



-------他日江湖相逢 再当杯酒言欢-------

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杨传胜

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