Docker(十四)-Docker四种网络模式

时间:2024-01-08 10:44:20

Docker 安装时会自动在 host 上创建三个网络,我们可用 docker network ls 命令查看:

Docker(十四)-Docker四种网络模式

  • none模式,使用--net=none指定,该模式关闭了容器的网络功能。
  • host模式,使用--net=host指定,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。
  • bridge模式,使用--net=bridge指定,默认设置 ,此模式会为每一个容器分配、设置IP等,并将容器连接到一个docker0虚拟网桥,通过docker0网桥以及Iptables nat表配置与宿主机通信。
  • container模式,使用--net=container:NAME_or_ID指定,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。

none 网络

只能访问本地网络,没有外网。挂在这个网络下的容器除了 lo,没有其他任何网卡。容器创建时,可以通过 --network=none 指定使用 none 网络。

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host 网络

连接到 host 网络的容器共享 Docker host 的网络栈,容器的网络配置与 host 完全一样。可以通过 --network=host 指定使用 host 网络。

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直接使用 Docker host 的网络最大的好处就是性能,如果容器对网络传输效率有较高要求,则可以选择 host 网络。当然不便之处就是牺牲一些灵活性,比如要考虑端口冲突问题,Docker host 上已经使用的端口就不能再用了。

Docker host 的另一个用途是让容器可以直接配置 host 网路。比如某些跨 host 的网络解决方案,其本身也是以容器方式运行的,这些方案需要对网络进行配置,比如管理 iptables。

bridge 网络

Docker 安装时会创建一个 命名为 docker0 的 linux bridge。如果不指定--network,创建的容器默认都会挂到 docker0 上

brctl show #查看bridge网络  yum install bridge-utils

docker network inspect bridge   #查看bridge 网络的详细信息

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当前 docker0 上没有任何其他网络设备,我们创建一个容器看看有什么变化。

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一个新的网络接口 veth28c57df 被挂到了 docker0 上,veth28c57df就是新创建容器的虚拟网卡。

下面看一下容器的网络配置。

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容器有一个网卡 eth0@if34。大家可能会问了,为什么不是veth28c57df 呢?

实际上 eth0@if34 和 veth28c57df 是一对 veth pair。veth pair 是一种成对出现的特殊网络设备,可以把它们想象成由一根虚拟网线连接起来的一对网卡,网卡的一头(eth0@if34)在容器中,另一头(veth28c57df)挂在网桥 docker0 上,其效果就是将 eth0@if34 也挂在了 docker0 上。

我们还看到 eth0@if34 已经配置了 IP 172.17.0.2,为什么是这个网段呢?让我们通过 docker network inspect bridge 看一下 bridge 网络的配置信息:

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原来 bridge 网络配置的 subnet 就是 172.17.0.0/16,并且网关是 172.17.0.1。这个网关在哪儿呢?大概你已经猜出来了,就是 docker0。

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当前容器网络拓扑结构如图所示:

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容器创建时,docker 会自动从 172.17.0.0/16 中分配一个 IP,这里 16 位的掩码保证有足够多的 IP 可以供容器使用。

other container 网络

$ docker run -it --name feiyu-con --net=container:feiyu busybox sh

除了 none, host, bridge 这三个自动创建的网络,用户也可以根据业务需要创建 user-defined 网络。

user-defined 网络

Docker 提供三种 user-defined 网络驱动:bridge, overlay 和 macvlan。overlay 和 macvlan 用于创建跨主机的网络。

我们可通过 bridge 驱动创建类似前面默认的 bridge 网络,例如:

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查看一下当前 host 的网络结构变化:

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新增了一个网桥 br-eaed97dc9a77,这里 eaed97dc9a77 正好新建 bridge 网络 my_net 的短 id。执行 docker network inspect 查看一下 my_net 的配置信息:

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这里 172.18.0.0/16 是 Docker 自动分配的 IP 网段。

我们可以自己指定 IP 网段吗?
答案是:可以。

只需在创建网段时指定 --subnet 和 --gateway 参数:

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这里我们创建了新的 bridge 网络 my_net2,网段为 172.22.16.0/24,网关为 172.22.16.1。与前面一样,网关在 my_net2 对应的网桥 br-5d863e9f78b6 上:

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容器要使用新的网络,需要在启动时通过 --network 指定:

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容器分配到的 IP 为 172.22.16.2。

到目前为止,容器的 IP 都是 docker 自动从 subnet 中分配,我们能否指定一个静态 IP 呢?

答案是:可以,通过--ip指定。

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注:只有使用 --subnet 创建的网络才能指定静态 IP

my_net 创建时没有指定 --subnet,如果指定静态 IP 报错如下:

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好了,我们来看看当前 docker host 的网络拓扑结构。

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通过前面小节的实践,当前 docker host 的网络拓扑结构如下图所示,今天我们将讨论这几个容器之间的连通性。

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两个 busybox 容器都挂在 my_net2 上,应该能够互通,我们验证一下:

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可见同一网络中的容器、网关之间都是可以通信的。

my_net2 与默认 bridge 网络能通信吗?

从拓扑图可知,两个网络属于不同的网桥,应该不能通信,我们通过实验验证一下,让 busybox 容器 ping httpd 容器:

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确实 ping 不通,符合预期。

“等等!不同的网络如果加上路由应该就可以通信了吧?”我已经听到有读者在建议了。

这是一个非常非常好的想法。

确实,如果 host 上对每个网络的都有一条路由,同时操作系统上打开了 ip forwarding,host 就成了一个路由器,挂接在不同网桥上的网络就能够相互通信。下面我们来看看 docker host 满不满足这些条件呢?

ip r 查看 host 上的路由表:

# ip r

......

172.17.0.0/16 dev docker0  proto kernel  scope link  src 172.17.0.1

172.22.16.0/24 dev br-5d863e9f78b6  proto kernel  scope link  src 172.22.16.1

......

172.17.0.0/16 和 172.22.16.0/24 两个网络的路由都定义好了。再看看 ip forwarding:

# sysctl net.ipv4.ip_forward

net.ipv4.ip_forward = 1

ip forwarding 也已经启用了。

条件都满足,为什么不能通行呢?

我们还得看看 iptables:

# iptables-save

......

-A DOCKER-ISOLATION -i br-5d863e9f78b6 -o docker0 -j DROP

-A DOCKER-ISOLATION -i docker0 -o br-5d863e9f78b6 -j DROP

......

原因就在这里了:iptables DROP 掉了网桥 docker0 与 br-5d863e9f78b6 之间双向的流量

从规则的命名 DOCKER-ISOLATION 可知 docker 在设计上就是要隔离不同的 netwrok。

那么接下来的问题是:怎样才能让 busybox 与 httpd 通信呢?

答案是:为 httpd 容器添加一块 net_my2 的网卡。这个可以通过docker network connect 命令实现。

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我们在 httpd 容器中查看一下网络配置:

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容器中增加了一个网卡 eth1,分配了 my_net2 的 IP 172.22.16.3。现在 busybox 应该能够访问 httpd 了,验证一下:

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busybox 能够 ping 到 httpd,并且可以访问 httpd 的 web 服务。当前网络结构如图所示:

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容器之间可通过 IP,Docker DNS Server 或 joined 容器三种方式通信

IP 通信

从上一节的例子可以得出这样一个结论:两个容器要能通信,必须要有属于同一个网络的网卡。

满足这个条件后,容器就可以通过 IP 交互了。具体做法是在容器创建时通过 --network 指定相应的网络,或者通过 docker network connect 将现有容器加入到指定网络。可参考上一节 httpd 和 busybox 的例子,这里不再赘述。

Docker DNS Server

通过 IP 访问容器虽然满足了通信的需求,但还是不够灵活。因为我们在部署应用之前可能无法确定 IP,部署之后再指定要访问的 IP 会比较麻烦。对于这个问题,可以通过 docker 自带的 DNS 服务解决。

从 Docker 1.10 版本开始,docker daemon 实现了一个内嵌的 DNS server,使容器可以直接通过“容器名”通信。方法很简单,只要在启动时用 --name 为容器命名就可以了。

下面启动两个容器 bbox1 和 bbox2:

docker run -it --network=my_net2 --name=bbox1 busybox

docker run -it --network=my_net2 --name=bbox2 busybox

然后,bbox2 就可以直接 ping 到 bbox1 了:

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使用 docker DNS 有个限制:只能在 user-defined 网络中使用。也就是说,默认的 bridge 网络是无法使用 DNS 的。下面验证一下:

创建 bbox3 和 bbox4,均连接到 bridge 网络。

docker run -it --name=bbox3 busybox

docker run -it --name=bbox4 busybox

bbox4 无法 ping 到 bbox3。

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joined 容器

joined 容器是另一种实现容器间通信的方式。

joined 容器非常特别,它可以使两个或多个容器共享一个网络栈,共享网卡和配置信息,joined 容器之间可以通过 127.0.0.1 直接通信。请看下面的例子:

先创建一个 httpd 容器,名字为 web1。

docker run -d -it --name=web1 httpd 然后创建 busybox 容器并通过 --network=container:web1 指定 jointed 容器为 web1:

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请注意 busybox 容器中的网络配置信息,下面我们查看一下 web1 的网络:

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看!busybox 和 web1 的网卡 mac 地址与 IP 完全一样,它们共享了相同的网络栈。busybox 可以直接用 127.0.0.1 访问 web1 的 http 服务。

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joined 容器非常适合以下场景:

  1. 不同容器中的程序希望通过 loopback 高效快速地通信,比如 web server 与 app server。

  2. 希望监控其他容器的网络流量,比如运行在独立容器中的网络监控程序。