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Docker网络详解及pipework源码解读与实践

2015-1-20 20:01    评论: 2 收藏: 3 分享: 7    

Docker作为目前最火的轻量级容器技术,有很多令人称道的功能,如Docker的镜像管理。然而,Docker同样有着很多不完善的地方,网络方面就是Docker比较薄弱的部分。因此,我们有必要深入了解Docker的网络知识,以满足更高的网络需求。本文首先介绍了Docker自身的4种网络工作方式,然后通过3个样例 —— 将Docker容器配置到本地网络环境中、单主机Docker容器的VLAN划分、多主机Docker容器的VLAN划分,演示了如何使用pipework帮助我们进行复杂的网络设置,以及pipework是如何工作的。

1. Docker的4种网络模式

我们在使用docker run创建Docker容器时,可以用--net选项指定容器的网络模式,Docker有以下4种网络模式:

  • host模式,使用--net=host指定。
  • container模式,使用--net=container:NAME_or_ID指定。
  • none模式,使用--net=none指定。
  • bridge模式,使用--net=bridge指定,默认设置。

下面分别介绍一下Docker的各个网络模式。

1.1 host模式

众所周知,Docker使用了Linux的Namespaces技术来进行资源隔离,如PID Namespace隔离进程,Mount Namespace隔离文件系统,Network Namespace隔离网络等。一个Network Namespace提供了一份独立的网络环境,包括网卡、路由、Iptable规则等都与其他的Network Namespace隔离。一个Docker容器一般会分配一个独立的Network Namespace。但如果启动容器的时候使用host模式,那么这个容器将不会获得一个独立的Network Namespace,而是和宿主机共用一个Network Namespace。容器将不会虚拟出自己的网卡,配置自己的IP等,而是使用宿主机的IP和端口。

例如,我们在10.10.101.105/24的机器上用host模式启动一个含有web应用的Docker容器,监听tcp80端口。当我们在容器中执行任何类似ifconfig命令查看网络环境时,看到的都是宿主机上的信息。而外界访问容器中的应用,则直接使用10.10.101.105:80即可,不用任何NAT转换,就如直接跑在宿主机中一样。但是,容器的其他方面,如文件系统、进程列表等还是和宿主机隔离的。

1.2 container模式

在理解了host模式后,这个模式也就好理解了。这个模式指定新创建的容器和已经存在的一个容器共享一个Network Namespace,而不是和宿主机共享。新创建的容器不会创建自己的网卡,配置自己的IP,而是和一个指定的容器共享IP、端口范围等。同样,两个容器除了网络方面,其他的如文件系统、进程列表等还是隔离的。两个容器的进程可以通过lo网卡设备通信。

1.3 none模式

这个模式和前两个不同。在这种模式下,Docker容器拥有自己的Network Namespace,但是,并不为Docker容器进行任何网络配置。也就是说,这个Docker容器没有网卡、IP、路由等信息。需要我们自己为Docker容器添加网卡、配置IP等。

1.4 bridge模式

bridge模式是Docker默认的网络设置,此模式会为每一个容器分配Network Namespace、设置IP等,并将一个主机上的Docker容器连接到一个虚拟网桥上。下面着重介绍一下此模式。

1.4.1 bridge模式的拓扑

当Docker server启动时,会在主机上创建一个名为docker0的虚拟网桥,此主机上启动的Docker容器会连接到这个虚拟网桥上。虚拟网桥的工作方式和物理交换机类似,这样主机上的所有容器就通过交换机连在了一个二层网络中。接下来就要为容器分配IP了,Docker会从RFC1918所定义的私有IP网段中,选择一个和宿主机不同的IP地址和子网分配给docker0,连接到docker0的容器就从这个子网中选择一个未占用的IP使用。如一般Docker会使用172.17.0.0/16这个网段,并将172.17.42.1/16分配给docker0网桥(在主机上使用ifconfig命令是可以看到docker0的,可以认为它是网桥的管理接口,在宿主机上作为一块虚拟网卡使用)。单机环境下的网络拓扑如下,主机地址为10.10.101.105/24。

Docker完成以上网络配置的过程大致是这样的:

  1. 在主机上创建一对虚拟网卡veth pair设备。veth设备总是成对出现的,它们组成了一个数据的通道,数据从一个设备进入,就会从另一个设备出来。因此,veth设备常用来连接两个网络设备。
  2. Docker将veth pair设备的一端放在新创建的容器中,并命名为eth0。另一端放在主机中,以veth65f9这样类似的名字命名,并将这个网络设备加入到docker0网桥中,可以通过brctl show命令查看。

     
  3. 从docker0子网中分配一个IP给容器使用,并设置docker0的IP地址为容器的默认网关。

网络拓扑介绍完后,接着介绍一下bridge模式下容器是如何通信的。

1.4.2 bridge模式下容器的通信

在bridge模式下,连在同一网桥上的容器可以相互通信(若出于安全考虑,也可以禁止它们之间通信,方法是在DOCKER_OPTS变量中设置--icc=false,这样只有使用--link才能使两个容器通信)。

容器也可以与外部通信,我们看一下主机上的Iptable规则,可以看到这么一条

-A POSTROUTING -s 172.17.0.0/16 ! -o docker0 -j MASQUERADE

这条规则会将源地址为172.17.0.0/16的包(也就是从Docker容器产生的包),并且不是从docker0网卡发出的,进行源地址转换,转换成主机网卡的地址。这么说可能不太好理解,举一个例子说明一下。假设主机有一块网卡为eth0,IP地址为10.10.101.105/24,网关为10.10.101.254。从主机上一个IP为172.17.0.1/16的容器中ping百度(180.76.3.151)。IP包首先从容器发往自己的默认网关docker0,包到达docker0后,也就到达了主机上。然后会查询主机的路由表,发现包应该从主机的eth0发往主机的网关10.10.105.254/24。接着包会转发给eth0,并从eth0发出去(主机的ip_forward转发应该已经打开)。这时候,上面的Iptable规则就会起作用,对包做SNAT转换,将源地址换为eth0的地址。这样,在外界看来,这个包就是从10.10.101.105上发出来的,Docker容器对外是不可见的。

那么,外面的机器是如何访问Docker容器的服务呢?我们首先用下面命令创建一个含有web应用的容器,将容器的80端口映射到主机的80端口。

docker run -d --name web -p 80:80 fmzhen/simpleweb

然后查看Iptable规则的变化,发现多了这样一条规则:

-A DOCKER ! -i docker0 -p tcp -m tcp --dport 80 -j DNAT --to-destination 172.17.0.5:80

此条规则就是对主机eth0收到的目的端口为80的tcp流量进行DNAT转换,将流量发往172.17.0.5:80,也就是我们上面创建的Docker容器。所以,外界只需访问10.10.101.105:80就可以访问到容器中得服务。

除此之外,我们还可以自定义Docker使用的IP地址、DNS等信息,甚至使用自己定义的网桥,但是其工作方式还是一样的。

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有古吧 2015-1-20 21:33  新浪微博网友评论
docker要火!要大火!
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年年_去旅行 2015-1-20 20:33  新浪微博网友评论
Pipework的脚本不难看
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年年_去旅行 2015-1-20 20:33
Pipework的脚本不难看
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有古吧 2015-1-20 21:33
docker要火!要大火!
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