Docker Swarm 负载均衡与 DNS 服务发现
一个服务有 3 个副本，请求是怎么被分发的？容器之间是怎么通过名字相互访问的？
Docker Swarm 内置了服务发现和负载均衡机制，让多副本服务协同工作变得简单。
这篇文章，聊聊 Docker Swarm 的网络和服务发现。
服务发现原理
Docker Swarm 使用嵌入式 DNS 服务器为每个服务提供 DNS 解析。
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ Docker Swarm DNS │
│ │
│ ┌─────────────────────────────────────────────────────┐ │
│ │ DNS Server │ │
│ │ │ │
│ │ Service A (3 replicas) │ │
│ │ └─ DNS: service-a.swarm → [IP1, IP2, IP3] │ │
│ │ │ │
│ │ Service B │ │
│ │ └─ DNS: service-b.swarm → [IP4] │ │
│ └─────────────────────────────────────────────────────┘ │
│ │
│ ┌──────────┐ ┌──────────┐ ┌──────────┐ │
│ │ Task A1 │ │ Task A2 │ │ Task A3 │ │
│ │ Container│ │ Container│ │ Container│ │
│ └──────────┘ └──────────┘ └──────────┘ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘DNS 工作机制
bash
# 容器内执行 nslookup
docker exec <container-id> nslookup myapp
# 输出：
# Server: 127.0.0.11
# Address: 127.0.0.11#53
#
# Name: myapp
# Address: 10.0.0.5
# Aliases: myapp.default.svc.cluster.localDNS 解析流程
客户端容器请求 myapp：
1. 发送 DNS 查询到内置 DNS 服务器 (127.0.0.11)
↓
2. DNS 服务器查询 Swarm 内部状态
↓
3. 发现 myapp 有 3 个副本
↓
4. 返回 VIP（Virtual IP）或所有容器 IP
↓
5. 客户端收到 IP 地址VIP（Virtual IP）模式
默认情况下，Swarm 为每个服务分配一个 VIP，客户端通过 VIP 访问服务。
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ VIP 负载均衡 │
│ │
│ ┌─────────┐ │
│ │ Client │ │
│ └────┬────┘ │
│ │ VIP: 10.0.0.5 │
│ ↓ │
│ ┌────────────┐ │
│ │ Load Balancer │ ← Swarm 内置 │
│ └────┬───────┘ │
│ │ │
│ ├──────────────┬──────────────┐ │
│ ↓ ↓ ↓ │
│ ┌─────────┐ ┌─────────┐ ┌─────────┐ │
│ │ Task A1 │ │ Task A2 │ │ Task A3 │ │
│ │ 10.0.0.6│ │ 10.0.0.7│ │ 10.0.0.8│ │
│ └─────────┘ └─────────┘ └─────────┘ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘VIP 特点
- 客户端解析服务名得到 VIP
- 请求发送到 VIP
- Swarm 内置负载均衡器分发到容器
- 即使容器 IP 变化，VIP 保持不变
查看 VIP
bash
# 查看服务 VIP
docker service inspect --pretty myapp | grep -A 5 "Virtual IPs"
# 输出：
# Virtual IPs:
# 10.0.0.5/24DNSRR（DNS Round Robin）模式
DNSRR 模式下，DNS 直接返回所有容器 IP：
bash
# 创建使用 DNSRR 的服务
docker service create \
--name myapp \
--endpoint-mode dnsrr \
--replicas 3 \
nginx:alpineDNSRR 特点
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ DNSRR 模式 │
│ │
│ ┌─────────┐ │
│ │ Client │ │
│ └────┬────┘ │
│ │ DNS 查询 │
│ ↓ │
│ ┌────────────┐ │
│ │ DNS Server │ │
│ └────┬───────┘ │
│ │ │
│ ├──────────────┬──────────────┐ │
│ ↓ ↓ ↓ │
│ ┌─────────┐ ┌─────────┐ ┌─────────┐ │
│ │ IP: 10.0│ │ IP: 10.0│ │ IP: 10.0│ │
│ │ .0.6 │ │ .0.7 │ │ .0.8 │ │
│ └─────────┘ └─────────┘ └─────────┘ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘VIP vs DNSRR
| 模式 | VIP | DNSRR |
|---|---|---|
| DNS 响应 | 返回单个 VIP | 返回所有容器 IP |
| 负载均衡位置 | Swarm 内置 LB | 客户端 |
| 适用场景 | 通用场景 | 高性能/特殊需求 |
| 粘性会话 | 支持 | 不支持 |
外部访问（Ingress）
Published Port 原理
bash
# 创建服务并发布端口
docker service create \
--name myapp \
--publish 8080:80 \
--replicas 3 \
nginx:alpine┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ Ingress 网络 │
│ │
│ 外部请求 (8080) │
│ ↓ │
│ ┌─────────────────────────────────────────────────────┐ │
│ │ IPVS / iptables 负载均衡 │ │
│ │ │ │
│ │ 8080 → [容器1:80, 容器2:80, 容器3:80] │ │
│ └─────────────────────────────────────────────────────┘ │
│ ↓ │
│ ├──────────────┬──────────────┐ │
│ ↓ ↓ ↓ │
│ ┌─────────┐ ┌─────────┐ ┌─────────┐ │
│ │ Node 1 │ │ Node 2 │ │ Node 3 │ │
│ │ Container│ │ Container│ │ Container│ │
│ └─────────┘ └─────────┘ └─────────┘ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘负载均衡策略
bash
# Swarm 使用 IPVS 进行负载均衡
# 查看 ipvs 规则
ipvsadm -L -n
# 输出：
# IP Virtual Server version 1.2.1
# TCP 192.168.1.100:8080 rr
# -> 10.0.0.6:80 Masq 1 0 0
# -> 10.0.0.7:80 Masq 1 0 0
# -> 10.0.0.8:80 Masq 1 0 0路由网格（Routing Mesh）
Swarm 的路由网格让任何节点都可以接收外部请求：
bash
# 在 Node1 上创建服务
docker service create \
--name myapp \
--publish 8080:80 \
--replicas 3 \
nginx:alpine
# 副本分布在 Node1, Node2, Node3
# 任意节点都可以访问
curl http://node1:8080 # ✓
curl http://node2:8080 # ✓
curl http://node3:8080 # ✓内部服务间通信
同一网络内通信
bash
# 创建 Overlay 网络
docker network create -d overlay my-net
# 创建服务
docker service create \
--name frontend \
--network my-net \
--publish 80:80 \
nginx:alpine
docker service create \
--name backend \
--network my-net \
nginx:alpine服务间访问
bash
# frontend 容器内
# 访问 backend 直接使用服务名
curl http://backend:80
# 访问 frontend 自身
curl http://frontend:80完整的服务拓扑
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ 完整服务拓扑示例 │
│ │
│ ┌─────────────────────────────────────────────────────┐ │
│ │ 外部负载均衡器 / DNS │ │
│ └─────────────────────────────────────────────────────┘ │
│ ↓ │
│ ┌─────────────┐ ┌─────────────┐ ┌─────────────┐ │
│ │ Node 1 │ │ Node 2 │ │ Node 3 │ │
│ │ ┌─────────┐│ │ ┌─────────┐│ │ ┌─────────┐│ │
│ │ │Frontend ││ │ │Frontend ││ │ │Frontend ││ │
│ │ │ (副本1) ││ │ │ (副本2) ││ │ │ (副本3) ││ │
│ │ └────┬────┘│ │ └────┬────┘│ │ └────┬────┘│ │
│ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │
│ │ └─────┴──┴──────┴─────┴──┴──────┘ │ │
│ │ ↓ │ │
│ │ ┌────────────┐ │ │
│ │ │ API GW │ │ │
│ │ │ (Gateway) │ │ │
│ │ └─────┬──────┘ │ │
│ │ │ │ │
│ │ ┌─────┴──────┐ │ │
│ │ ↓ ↓ │ │
│ │ ┌────────┐ ┌────────┐ │ │
│ │ │Backend1│ │Backend2│ │ │
│ │ └────────┘ └────────┘ │ │
│ │ │ │ │ │
│ │ └─────┬──────┘ │ │
│ │ ↓ │ │
│ │ ┌────────────┐ │ │
│ │ │ Database │ │ │
│ │ │ (Redis) │ │ │
│ │ └────────────┘ │ │
│ └─────────────────────────────────────────────────────┘ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘负载均衡配置
会话保持
bash
# Swarm 默认不支持会话保持
# 应用层实现会话保持
# 1. 使用 Cookie
# 2. 使用共享 Session 存储（Redis）健康检查与负载均衡
bash
# 创建带健康检查的服务
docker service create \
--name myapp \
--publish 8080:80 \
--health-cmd "curl -f http://localhost/health || exit 1" \
--health-interval 30s \
--replicas 3 \
myapp:latest
# 健康检查失败的容器会被移出负载均衡亲和性调度
bash
# 将服务调度到不同节点
docker service create \
--name myapp \
--placement-pref 'spread=node.labels.zone' \
--replicas 3 \
myapp:latest调试网络问题
查看网络
bash
# 查看 Overlay 网络
docker network ls
# 查看网络详情
docker network inspect my-net查看 DNS 解析
bash
# 在容器内测试 DNS
docker exec <container-id> nslookup myapp
docker exec <container-id> dig myapp查看负载均衡
bash
# 查看服务的任务
docker service ps myapp
# 查看 IPVS 规则
docker exec <node> ipvsadm -L -n面试追问
- Docker Swarm 的服务发现是怎么工作的？
- VIP 和 DNSRR 模式有什么区别？各自适合什么场景？
- 路由网格（Routing Mesh）是什么？为什么任意节点都能接收请求？
- Swarm 的负载均衡和 Kubernetes 的 Service 负载均衡有什么区别？
- 如何调试 Swarm 网络问题？
"服务发现和负载均衡是分布式系统的基石。Docker Swarm 内置的 DNS 服务发现和 IPVS 负载均衡，让多副本服务协同工作变得简单。理解这些机制，是掌握服务编排的关键。"