使用 CoreDNS 来应对 DNS 污染

原文链接：https://fuckcloudnative.io/posts/install-coredns-on-macos/

CoreDNS 是 Golang 编写的一个插件式 DNS 服务器，是 Kubernetes 1.13 后所内置的默认 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 TLS 和 gRPC，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 5300 和 53 端口。其逻辑图可如下所示：

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 health，tls 等插件；

4. 配置 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-ng 或 proxifier 来强制使用代理。下面开始折腾。

具体的思路其实非常简单，就是将国内的域名查询请求转发到 114 等国内的公共 DNS 服务器，将国外的域名查询请求转发到 8.8.8.8 等国外的公共 DNS 服务器。然而 CoreDNS 的插件链有点反直觉，同一个插件链上的每一个插件只能出现一次，如果只使用 forward 插件是满足不了需求的。

CoreDNS 原来还有个插件叫 proxy，功能和 forward 类似，目测好像同时利用 proxy 和 forward 插件就可以实现咱的需求了。但理想与现实的差距总是很大，不知道从什么时候开始，CoreDNS 官方编译的二进制文件已经没有 proxy 插件了，真是气人。

dnsredir

偶然间发现了一个第三方插件 dnsredir，目测可以解决我的所有问题。该插件综合了 proxy 和 forward 插件的所有优点，支持 UDP、TCP、DNS-over-TLS 和 DNS-over-HTTPS，也支持多个后端，还具备健康检查和故障转移的功能，真是太香了！

它的语法是这样的：

dnsredir FROM... {
    to TO...
}

• FROM... 是一个文件列表，包含了匹配的域名和解析该域名的服务器，说白了就是 dnsmasq 所使用的格式，直接看例子：

  server=/0-100.com/114.114.114.114
  server=/0-100.com/114.114.114.114
  

  为什么要用这种格式呢？当然是为了方便啦。

  为什么这样会方便呢？当然是为了可以直接用上 FelixOnMars的大陆区域名列表了。。。FelixOnMars 同时还提供了 Google 和 Apple 的域名列表，这在某些地区某些ISP可以得到国内镜像的 IP，从而加速访问，想想就刺激。

• 当然，除了使用文件列表外，还可以使用 .，类似于上面所说的根域。这个插件最大的亮点是可以在插件链中重复使用 dnsredir 插件，只要 FROM... 不重复就行。

• to TO... 用来将 DNS 解析请求发给上游 DNS 服务器。支持几乎所有 DNS 协议，例如：

  dns://1.1.1.1
  8.8.8.8
  tcp://9.9.9.9
  udp://2606:4700:4700::1111
  
  tls://1.1.1.1@one.one.one.one
  tls://8.8.8.8
  tls://dns.quad9.net
  
  doh://cloudflare-dns.com/dns-query
  json-doh://1.1.1.1/dns-query
  json-doh://dns.google/resolve
  ietf-doh://dns.quad9.net/dns-query
  

增强版 CoreDNS

dnsredir 虽香，但大家别忘了，它是第三方插件，官方默认的二进制文件是不包含该插件的。你可以选择自己编译，但如果经常需要升级怎么办？总不能每次都手动编译吧，也太累了。

好在有位大佬已经通过 CI/CD 流程将所需的第三方插件都集成编译进去了，并定期更新，简直就是我等的福音。大佬的项目地址为：

• https://github.com/missdeer/coredns_custom_build

现在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。Openwrt 的玩法也一样，参考本文的方法论即可，具体本文就不展开了。

直接下载二进制文件：

$ wget 'https://appveyorcidatav2.blob.core.windows.net/missdeer-15199/coredns-custom-build/1-7-1-514/idbodwxwywg1xgdg/distrib/coredns-linux-amd64.zip?sv=2015-12-11&sr=c&sig=BhMWcOVtDuaETyz2DcjpOr9GdvkpNVOqoIa7iWFpFNQ%3D&st=2020-12-23T15%3A26%3A19Z&se=2020-12-23T15%3A32%3A19Z&sp=r'
$ $ tar zxf coredns-linux-amd64.zip
$ mv coredns-linux-amd64/coredns /usr/local/bin/

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 > /usr/local/etc/Corefile <<EOF
# https://coredns.io/plugins/cache/
(global_cache) {
    cache {
        # [5, 60]
        success 65536 3600 300
        # [1, 10]
        denial 8192 600 60
        prefetch 1 60m 10%
    }
}

.:7913  {
  ads {
      default-lists
      blacklist https://raw.githubusercontent.com/privacy-protection-tools/anti-AD/master/anti-ad-domains.txt
      whitelist https://files.krnl.eu/whitelist.txt
      log
      auto-update-interval 24h
      list-store ads-cache
  }
  errors
  hosts {
    fallthrough
  }
  health
  prometheus :9153

  import global_cache

  template ANY AAAA {
      rcode NXDOMAIN
  }

  dnsredir accelerated-domains.china.conf google.china.conf apple.china.conf mydns.conf {
      expire 15s
      max_fails 3
      health_check 3s
      policy round_robin
      path_reload 2s

      to 114.114.114.114 223.5.5.5 119.29.29.29
  }

  dnsredir . {
      expire 60s
      max_fails 5
      health_check 5s
      policy random
      spray

      to tls://8.8.8.8@dns.google tls://8.8.4.4@dns.google
      to tls://1.1.1.1@1dot1dot1dot1.cloudflare-dns.com tls://1.0.0.1@1dot1dot1dot1.cloudflare-dns.com
      # Global TLS server name
      # tls_servername cloudflare-dns.com
  }

  log
  loop
  reload 6s
}

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；
• 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；
• errors : 打印/存储错误日志；
• dnsredir : 这是重点插件。第一段 dnsredir 配置使用了 4 个文件列表，均是 FelixOnMars的大陆区域名列表，这里我还加了一个自定义的文件列表 mydns.conf。第二段 dnsredir 配置表示默认的解析配置，可以理解为故障转移，如果某个域名没有匹配到任何一个文件列表，就使用第二段 dnsredir 的上游 DNS 服务器进行解析。通过这样的配置方式，就实现了将国内的域名查询请求转发到 114 等国内的公共 DNS 服务器，将国外的域名查询请求转发到 8.8.8.8 等国外的公共 DNS 服务器。

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. 从 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。

注意：该方案的前提是能够强制让 CoreDNS 使用代理，或者更精确一点，让 8.8.8.8 和 8.8.4.4 使用代理。这里的方法比较复杂一点，本文就不介绍了。如果你实在不知道怎么办，可以将 8.8.8.8 这一行删除，直接使用 Cloudflare 提供的 DNS 服务，虽然响应有点慢，但好在可以访问。

如果你无法忍受 Cloudflare 的响应速度，可以考虑使用国内的无污染 DNS：红鱼 DNS。然后直接一劳永逸：

cat > /usr/local/etc/Corefile <<EOF
# https://coredns.io/plugins/cache/
(global_cache) {
    cache {
        # [5, 60]
        success 65536 3600 300
        # [1, 10]
        denial 8192 600 60
        prefetch 1 60m 10%
    }
}

.:7913  {
  ads {
      default-lists
      blacklist https://raw.githubusercontent.com/privacy-protection-tools/anti-AD/master/anti-ad-domains.txt
      whitelist https://files.krnl.eu/whitelist.txt
      log
      auto-update-interval 24h
      list-store ads-cache
  }
  errors
  hosts {
    fallthrough
  }
  health
  prometheus :9153

  import global_cache

  template ANY AAAA {
      rcode NXDOMAIN
  }

  dnsredir accelerated-domains.china.conf google.china.conf apple.china.conf mydns.conf {
      expire 15s
      max_fails 3
      health_check 3s
      policy round_robin
      path_reload 2s

      to 114.114.114.114 223.5.5.5 119.29.29.29
  }

  dnsredir . {
      expire 60s
      max_fails 5
      health_check 5s
      policy random
      spray

      to doh://13800000000.rubyfish.cn
  }

  log
  loop
  reload 6s
}

EOF

这样 CoreDNS 就不用担心走代理的问题了。

定时更新国内域名列表

大陆域名列表每天都会更新，所以还需要写个脚本来更新文件列表。不用检查文件是否存在了，直接简单粗暴无脑更新：

$ cat > /usr/local/bin/update_coredns.sh <<EOF
#!/bin/bash

rm accelerated-domains.china.conf
wget https://cdn.jsdelivr.net/gh/felixonmars/dnsmasq-china-list/accelerated-domains.china.conf -O /usr/local/etc/accelerated-domains.china.conf
rm apple.china.conf
wget https://cdn.jsdelivr.net/gh/felixonmars/dnsmasq-china-list/apple.china.conf -O /usr/local/etc/apple.china.conf
rm google.china.conf
wget https://cdn.jsdelivr.net/gh/felixonmars/dnsmasq-china-list/google.china.conf -O /usr/local/etc/google.china.conf
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

$ doggo www.youtube.com @udp://127.0.0.1

NAME                    	TYPE 	CLASS	TTL 	ADDRESS                 	NAMESERVER
www.youtube.com.        	CNAME	IN   	293s	youtube-ui.l.google.com.	127.0.0.1:53
youtube-ui.l.google.com.	A    	IN   	293s	172.217.14.110          	127.0.0.1:53
youtube-ui.l.google.com.	A    	IN   	293s	172.217.11.174          	127.0.0.1:53
youtube-ui.l.google.com.	A    	IN   	293s	172.217.5.206           	127.0.0.1:53
youtube-ui.l.google.com.	A    	IN   	293s	172.217.5.78            	127.0.0.1:53
youtube-ui.l.google.com.	A    	IN   	293s	172.217.14.78           	127.0.0.1:53
youtube-ui.l.google.com.	A    	IN   	293s	142.250.72.238          	127.0.0.1:53
youtube-ui.l.google.com.	A    	IN   	293s	216.58.193.206          	127.0.0.1:53
youtube-ui.l.google.com.	A    	IN   	293s	142.250.68.110          	127.0.0.1:53
youtube-ui.l.google.com.	A    	IN   	293s	142.250.68.78           	127.0.0.1:53
youtube-ui.l.google.com.	A    	IN   	293s	172.217.4.142           	127.0.0.1:53
youtube-ui.l.google.com.	A    	IN   	293s	142.250.68.14           	127.0.0.1:53

搞定。

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