浅谈Docker容器的网络通信原理

news2024/10/5 15:37:08

文章目录

- 1、回顾容器概念
- 2、容器网络
- 3、容器与主机之间的网络连通
- 4、交换机的虚拟实现---虚拟网桥（Bridge）
- 5、Docker 守护进程daemon管理容器网络

1、回顾容器概念

我们知道容器允许我们在同一台宿主机（电脑）上运行多个服务（可以把服务当作一个或者多个进程），每个服务之间互相隔离。一个容器里运行的进程实际上是运行在宿主机的操作系统之上的，就像其他所有进程一样（而与之相比，虚拟机中的进程是运行在不同的操作系统之上的）。但是在容器中的进程和本容器之外的进程是隔离的，对于它来说，仿佛自己是在此机器上运行的唯一进程。

容器将代码和依赖项打包在一起。多个容器可以在同一台计算机上运行，并与其他容器共享操作系统内核，每个容器在用户空间中作为隔离进程运行。

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2、容器网络

Linux的namespace机制为容器提供了隔离的功能，使得我们在容器中看到了一个新的天地，好像进入了一个新的操作系统，这个时候我们查看网络信息，会发现也是全新的（包括网卡、本地回环设备、路由表和 iptables 规则），这是怎么做到的呢？这就是利用了namespace中的Network namespace实现了网络的隔离，使得每个容器都拥有了自己的网络体系（学名叫做网络栈）。

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3、容器与主机之间的网络连通

如何连通容器的网络空间与主机的网络空间呢？Linux中有一种虚拟设备叫做veth pair，它是一种成对出现的网络设备，数据从一个veth设备发送出去，可以直接到达配对的另一个veth设备，可以简单理解为它们之间是由网线连接的，如下图所示。它们的两端可以放到不同的网络空间，实现连通两个network namespace的目的。

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4、交换机的虚拟实现—虚拟网桥（Bridge）

veth pair 可以连通两个网络空间，如果我们想要将多个 namespace连通的话，就不能只使用 veth pair 了。我们可以类比生活中的物理网络，把网络空间比作不同的主机，在物理网络中，如果需要连接多个主机，我们一般会使用交换机。而Linux 提供了交换机的虚拟实现，叫做虚拟网桥（Bridge），我们可以在主机上创建一个虚拟网桥，然后将各个容器网络空间通过veth pair 与Bridge连接，这样就实现了各个容器网络空间的打通，如下图所示：
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veth在容器中的一端就可以作为本容器网络空间的网卡，有了虚拟网桥，同一个宿主机的容器之间就可以相互通信了，容器内的应用也可以通过虚拟网桥，再经由宿主机网卡访问外部服务。

以上也就是Docker桥接模式的网络原理（桥接模式是Docker主要的网络模式），Docker创建的虚拟网桥有自己的名字：docker0。

可以通过ip address 查看docker0的信息。

ip address

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5、Docker 守护进程daemon管理容器网络

在 Docker 中，管理容器的网络的是Docker 守护进程（daemon）。在桥接网络模式下，Docker 守护进程会执行以下主要任务：

创建和管理虚拟网络桥（docker0）：Docker 守护进程在启动时会创建 docker0 虚拟网络桥，守护进程负责管理这个网桥的配置和状态，确保容器能够正常通过这个网桥进行通信。
分配容器的虚拟网络接口和 IP 地址：当用户创建一个新的容器时，Docker 守护进程会为该容器创建一对虚拟的网络接口，并为其容器中的一端分配一个唯一的 IP 地址，另一端连接到docker0 网桥。

在Linux下，我们通过“ifconfig”命令就可以看到，宿主机出现了以下网络接口，他们就是docker0网桥以及容器“插在”docker0网桥上的veth设备。