云原生之docker网络详解

一、相关概念
- 1.2、CNM
- 1.3、libnetwork
二、实操
- 2.1、docker network常用命令
- 2.2、运行一个docker容器，查看CNM三个概念
- 2.3、查看docker0在内核路由表上的记录
- 2.4、查看网络列表
- 2.5、网络隔离效果展示
- 2.6、host驱动网络

一、相关概念

1.1、网桥
在一台未经特殊网络配置的Ubuntu机器上安装完Docker之后，在宿主机上通过ifconfig命令可以看到多了一块名为docker0的网卡。该网卡即是docker0网桥，网桥在这里的作用相当于交换机，为连接在其上的设备转发数据帧。

网桥上的veth网卡设备相当于交换机上的端口，可以将多个容器或虚拟机连接其上，这些端口工作在二层（链路层），所以是不需要配置IP信息的。

$ ifconfig
docker0: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST>  mtu 1500
        inet 172.17.0.1  netmask 255.255.0.0  broadcast 172.17.255.255
        inet6 fe80::42:40ff:fe65:67d8  prefixlen 64  scopeid 0x20<link>
        ether 02:42:40:65:67:d8  txqueuelen 0  (Ethernet)
        RX packets 0  bytes 0 (0.0 B)
        RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0
        TX packets 5  bytes 526 (526.0 B)
        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0

ens33: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST>  mtu 1500
        inet 192.168.11.72  netmask 255.255.240.0  broadcast 192.168.15.255
        inet6 fe80::20c:29ff:fe70:53ec  prefixlen 64  scopeid 0x20<link>
        ether 00:0c:29:70:53:ec  txqueuelen 1000  (Ethernet)
        RX packets 124134  bytes 8441977 (8.4 MB)
        RX errors 0  dropped 257  overruns 0  frame 0
        TX packets 271  bytes 49957 (49.9 KB)
        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0

lo: flags=73<UP,LOOPBACK,RUNNING>  mtu 65536
        inet 127.0.0.1  netmask 255.0.0.0
        inet6 ::1  prefixlen 128  scopeid 0x10<host>
        loop  txqueuelen 1000  (Local Loopback)
        RX packets 104  bytes 8112 (8.1 KB)
        RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0
        TX packets 104  bytes 8112 (8.1 KB)
        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0

veth0fdda42: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST>  mtu 1500
        inet6 fe80::c4fe:c7ff:feb0:8678  prefixlen 64  scopeid 0x20<link>
        ether c6:fe:c7:b0:86:78  txqueuelen 0  (Ethernet)
        RX packets 0  bytes 0 (0.0 B)
        RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0
        TX packets 17  bytes 1462 (1.4 KB)
        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0

docker的所有容器，都是通过网桥进行通信。
在这里插入图片描述

$ docker inspect registry
[
    {
        "Id": "22634e72e7a3f6fb38991d9e380e514e3ff4b89f418256a54c9f0a0cd5746f1f",
        "Created": "2022-12-13T03:42:35.725091364Z",
        "Path": "/entrypoint.sh",
        "Args": [
            "/etc/docker/registry/config.yml"
        ],
        ......
        "NetworkSettings": {
            "Bridge": "",
            "SandboxID": "e7822213c3aa7566f3ca1b410f57aeceb01a4666c177640d1574fab0024a00fb",
            "HairpinMode": false,
            "LinkLocalIPv6Address": "",
            "LinkLocalIPv6PrefixLen": 0,
            "Ports": {
                "5000/tcp": [
                    {
                        "HostIp": "0.0.0.0",
                        "HostPort": "5000"
                    },
                    {
                        "HostIp": "::",
                        "HostPort": "5000"
                    }
                ]
            },
            "SandboxKey": "/var/run/docker/netns/e7822213c3aa",
            "SecondaryIPAddresses": null,
            "SecondaryIPv6Addresses": null,
            "EndpointID": "51543b28d5845fc74095634960f21fd2a5ffed373695ace323ef6a0cd9080955",
            "Gateway": "172.17.0.1",
            "GlobalIPv6Address": "",
            "GlobalIPv6PrefixLen": 0,
            "IPAddress": "172.17.0.2",
            "IPPrefixLen": 16,
            "IPv6Gateway": "",
            "MacAddress": "02:42:ac:11:00:02",
            "Networks": {
                "bridge": {
                    "IPAMConfig": null,
                    "Links": null,
                    "Aliases": null,
                    "NetworkID": "f06e508f708d688af9608cf4310b086b09a546aa28cd9ed6a80446b077e0888e",
                    "EndpointID": "51543b28d5845fc74095634960f21fd2a5ffed373695ace323ef6a0cd9080955",
                    "Gateway": "172.17.0.1",
                    "IPAddress": "172.17.0.2",
                    "IPPrefixLen": 16,
                    "IPv6Gateway": "",
                    "GlobalIPv6Address": "",
                    "GlobalIPv6PrefixLen": 0,
                    "MacAddress": "02:42:ac:11:00:02",
                    "DriverOpts": null
                }
            }
        }
    }
]

在"NetworkSettings"可以看到一个SandboxID和SandboxKey。使用lsns查看网络命名空间，可以看到SandboxKey（/var/run/docker/netns/e7822213c3aa）。

$ sudo lsns --output-all 
        NS TYPE   PATH              NPROCS   PID  PPID COMMAND                                        UID USER                NETNSID NSFS
4026531835 cgroup /proc/1/ns/cgroup    211     1     0 /sbin/init auto automatic-ubiquity noprompt      0 root                        
4026531836 pid    /proc/1/ns/pid       210     1     0 /sbin/init auto automatic-ubiquity noprompt      0 root                        
4026531837 user   /proc/1/ns/user      211     1     0 /sbin/init auto automatic-ubiquity noprompt      0 root                        
4026531838 uts    /proc/1/ns/uts       207     1     0 /sbin/init auto automatic-ubiquity noprompt      0 root                        
4026531839 ipc    /proc/1/ns/ipc       210     1     0 /sbin/init auto automatic-ubiquity noprompt      0 root                        
4026531840 mnt    /proc/1/ns/mnt       202     1     0 /sbin/init auto automatic-ubiquity noprompt      0 root                        
4026531860 mnt    /proc/21/ns/mnt        1    21     2 kdevtmpfs                                        0 root                        
4026531992 net    /proc/1/ns/net       210     1     0 /sbin/init auto automatic-ubiquity noprompt      0 root             unassigned 
4026532548 mnt    /proc/534/ns/mnt       1   534     1 /lib/systemd/systemd-udevd                       0 root                        
4026532549 uts    /proc/534/ns/uts       1   534     1 /lib/systemd/systemd-udevd                       0 root                        
4026532622 mnt    /proc/773/ns/mnt       1   773     1 /lib/systemd/systemd-timesyncd                 102 systemd-timesync            
4026532623 uts    /proc/773/ns/uts       1   773     1 /lib/systemd/systemd-timesyncd                 102 systemd-timesync            
4026532624 mnt    /proc/854/ns/mnt       1   854     1 /lib/systemd/systemd-networkd                  100 systemd-network             
4026532625 mnt    /proc/856/ns/mnt       1   856     1 /lib/systemd/systemd-resolved                  101 systemd-resolve             
4026532635 mnt    /proc/1083/ns/mnt      1  1083     1 /usr/sbin/ModemManager                           0 root                        
4026532644 mnt    /proc/1494/ns/mnt      1  1494  1466 registry serve /etc/docker/registry/config.yml   0 root                        
4026532645 uts    /proc/1494/ns/uts      1  1494  1466 registry serve /etc/docker/registry/config.yml   0 root                        
4026532646 ipc    /proc/1494/ns/ipc      1  1494  1466 registry serve /etc/docker/registry/config.yml   0 root                        
4026532647 pid    /proc/1494/ns/pid      1  1494  1466 registry serve /etc/docker/registry/config.yml   0 root                        
4026532649 net    /proc/1494/ns/net      1  1494  1466 registry serve /etc/docker/registry/config.yml   0 root                      0 /run/docker/netns/e7822213c3aa
4026532690 mnt    /proc/909/ns/mnt       1   909     1 /lib/systemd/systemd-logind                      0 root                        
4026532691 mnt    /proc/888/ns/mnt       1   888     1 /usr/sbin/irqbalance --foreground                0 root                        
4026532747 uts    /proc/909/ns/uts       1   909     1 /lib/systemd/systemd-logind                      0 root

1.2、CNM

CNM（Container Network Model）译为容器网络模型，定义了构建容器虚拟化网络的模型。该模型主要包含三个核心组件沙盒、端点、网络。

沙盒：一个沙盒包含了一个容器网络栈的信息。沙盒可以对容器的接口、路由和DNS设置进行管理。一个沙盒可以有多个端点和网络。
端点：一个端点可以加入一个沙盒和一个网络。一个端点只可以属于一个网络并且只属于一个沙盒。
网络：一个网络是一组可以直接互相联通的端点。一个网络可以包含多个端点。

1.3、libnetwork

libnetwork 实现了CNM 的Docker网络组件库。libnetwork内置了几种网络驱动：

bridge驱动。此驱动为Docker的默认设置，使用这个驱动的时候，libnetwork将创建出来的docker容器连接到Docker网桥上。作为最常规的模式，bridge模式已经可以满足docker容器最基本的使用需求了。
host驱动。使用这种驱动的时候，libnetwork将不为docker容器创建网络协议栈，即不会创建独立的network namespace。Docker容器中的进程处于宿主机的网络环境中，相当于docker容器与宿主机共同使用一个network namespace，使用宿主机的网卡、IP和端口等信息。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。集群的时候使用。
overlay驱动。通过网络虚拟化技术，在同一个物理网络上构建出一张或多张虚拟的逻辑网络。适合大规模的云计算虚拟化环境。
remote 驱动。这个驱动实际上并没有做真正的网络服务实现，而是调用了用户自行实现的网络驱动插件，使libnetwork实现了驱动的可插件化，更好的满足了用户的多种需求。用户只要根据libnetwork提供的协议标准，实现其所要求的各个接口并向Docker daemon进行注册。
null 驱动。使用这种驱动的时候，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容器除了network namespace 自带的loopback网卡外，没有其他任何网卡、ip、路由等信息，需要用户为Docker容器添加网卡、配置IP等。这种模式如果不进行特定的配置是无法正常使用的，但有点也非常明显，它给了用户最大的自由度来定义容器的网络环境。

二、实操

2.1、docker network常用命令

# 连接一个容器到一个网络 
docker network connect #Connect a container to a network 
# 创建一个网络 
docker network create #Create a network 
# 将容器从一个网络中断开 
docker network disconnect #Disconnect a container from a network 
# 查看网络的详细信息 
docker network inspect #Display detailed information on one or more networks 
# 查看网络列表 
docker network ls #List networks 
# 移除所有为使用的网络 
docker network prune #Remove all unused networks 
# 移除一个或多个网络 
docker network rm #Remove one or more networks

（1）创建网络时，可以指定子网IP地址、网关、IP范围等信息，IP地址斜杆后面的数字表示固定了前面IP的多少位不能改变。（一个IP地址是32bit的）

docker network create --subnet=172.11.0.1/16 --gateway=172.11.11.11 --ip-range=172.11.1.2/24 mynet

（2）启动容器时绑定网络，注意–network要在容器名的前面。

docker run -d --network brigh nginx

2.2、运行一个docker容器，查看CNM三个概念

# 运行一个容器 
docker run -d -it --name myubuntu ubuntu /bin/bash 
# 查看容器详信息 
docker inspect myubuntu

2.3、查看docker0在内核路由表上的记录

$ route -n
Kernel IP routing table
Destination     Gateway         Genmask         Flags Metric Ref    Use Iface
0.0.0.0         192.168.8.1     0.0.0.0         UG    100    0        0 ens33
172.17.0.0      0.0.0.0         255.255.0.0     U     0      0        0 docker0
192.168.0.0     0.0.0.0         255.255.240.0   U     0      0        0 ens33
192.168.8.1     0.0.0.0         255.255.255.255 UH    100    0        0 ens33

通过以上命令可以找到一条静态路由，该路由表示所有目的IP地址为172.17.0.0/16的数据包都从docker0网卡发出。

2.4、查看网络列表

（1）查看宿主机已有网络列表：

$ docker network ls
NETWORK ID     NAME      DRIVER    SCOPE
f06e508f708d   bridge    bridge    local
75f3915547ea   host      host      local
a1b056f00f28   none      null      local

docker 安装后默认创建了以上的三个驱动的网络。

查看bridge网络详细信息：

$ docker network inspect bridge 
[
    {
        "Name": "bridge",
        "Id": "f06e508f708d688af9608cf4310b086b09a546aa28cd9ed6a80446b077e0888e",
        "Created": "2023-02-22T06:10:47.57011656Z",
        "Scope": "local",
        "Driver": "bridge",
        "EnableIPv6": false,
        "IPAM": {
            "Driver": "default",
            "Options": null,
            "Config": [
                {
                    "Subnet": "172.17.0.0/16",
                    "Gateway": "172.17.0.1"
                }
            ]
        },
        "Internal": false,
        "Attachable": false,
        "Ingress": false,
        "ConfigFrom": {
            "Network": ""
        },
        "ConfigOnly": false,
        "Containers": {
            "22634e72e7a3f6fb38991d9e380e514e3ff4b89f418256a54c9f0a0cd5746f1f": {
                "Name": "registry",
                "EndpointID": "51543b28d5845fc74095634960f21fd2a5ffed373695ace323ef6a0cd9080955",
                "MacAddress": "02:42:ac:11:00:02",
                "IPv4Address": "172.17.0.2/16",
                "IPv6Address": ""
            }
        },
        "Options": {
            "com.docker.network.bridge.default_bridge": "true",
            "com.docker.network.bridge.enable_icc": "true",
            "com.docker.network.bridge.enable_ip_masquerade": "true",
            "com.docker.network.bridge.host_binding_ipv4": "0.0.0.0",
            "com.docker.network.bridge.name": "docker0",
            "com.docker.network.driver.mtu": "1500"
        },
        "Labels": {}
    }
]

默认情况下，我们启动的容器都接入到了默认的bridge 网络中，该网络以docker0为网关同外界交互。

（2）运行两个容器，它们会加入默认网络，同时网桥上会多出两个无IP地址的网卡，作为端口让容器接入网桥。

docker run -d -p 80:80 nginx 
docker run -d -p 81:80 nginx

fly@fly:~$ docker run -d -p 80:80 nginx
da0d48e1d26db4b9ec644274cee230370397b153bfeaa6b4a97573d846dfbf6a
fly@fly:~$ docker run -d -p 81:80 nginx
7a1160ba5ce9bbdb6108d3c2f08a7e250b66e928baa469417138f9ace405bc9e

查看bridge 网络有哪些容器被接入了（Containers部分）：

$ docker network inspect bridge 
[
    {
        "Name": "bridge",
        "Id": "f06e508f708d688af9608cf4310b086b09a546aa28cd9ed6a80446b077e0888e",
        "Created": "2023-02-22T06:10:47.57011656Z",
        "Scope": "local",
        "Driver": "bridge",
        "EnableIPv6": false,
        "IPAM": {
            "Driver": "default",
            "Options": null,
            "Config": [
                {
                    "Subnet": "172.17.0.0/16",
                    "Gateway": "172.17.0.1"
                }
            ]
        },
        "Internal": false,
        "Attachable": false,
        "Ingress": false,
        "ConfigFrom": {
            "Network": ""
        },
        "ConfigOnly": false,
        "Containers": {
            "22634e72e7a3f6fb38991d9e380e514e3ff4b89f418256a54c9f0a0cd5746f1f": {
                "Name": "registry",
                "EndpointID": "51543b28d5845fc74095634960f21fd2a5ffed373695ace323ef6a0cd9080955",
                "MacAddress": "02:42:ac:11:00:02",
                "IPv4Address": "172.17.0.2/16",
                "IPv6Address": ""
            },
            "7a1160ba5ce9bbdb6108d3c2f08a7e250b66e928baa469417138f9ace405bc9e": {
                "Name": "elastic_hypatia",
                "EndpointID": "a06678d6825243103c923488c7c239c9d2ad8b96aee6f191e68eee0c58cb1405",
                "MacAddress": "02:42:ac:11:00:04",
                "IPv4Address": "172.17.0.4/16",
                "IPv6Address": ""
            },
            "da0d48e1d26db4b9ec644274cee230370397b153bfeaa6b4a97573d846dfbf6a": {
                "Name": "interesting_mestorf",
                "EndpointID": "1431bedade9c20d82ca78a147ace08b0e9c5fcf9bc43bcc541db4cee0380dfe3",
                "MacAddress": "02:42:ac:11:00:03",
                "IPv4Address": "172.17.0.3/16",
                "IPv6Address": ""
            }
        },
        "Options": {
            "com.docker.network.bridge.default_bridge": "true",
            "com.docker.network.bridge.enable_icc": "true",
            "com.docker.network.bridge.enable_ip_masquerade": "true",
            "com.docker.network.bridge.host_binding_ipv4": "0.0.0.0",
            "com.docker.network.bridge.name": "docker0",
            "com.docker.network.driver.mtu": "1500"
        },
        "Labels": {}
    }
]

（3）通过brctl show 查看宿主机上网桥信息（需要安装bridge-utils软件包）：

$ brctl show
bridge name	bridge id		STP enabled	interfaces
docker0		8000.0242406567d8	no		veth0fdda42
							veth6a2fa56
							vethdc1f5f2

可以看到网桥下面接入了很多虚拟网卡，这些网卡都没有ip地址，因为网桥是在链路层工作，是网络第二层，通讯方式不是通过ip，所以这些虚拟网卡无需ip，而这些网卡充当了网桥上端口的角色，为容器的接入提供支持。

通过ifconfig可以查看宿主机上的网卡信息：

$ ifconfig 
docker0: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST>  mtu 1500
        inet 172.17.0.1  netmask 255.255.0.0  broadcast 172.17.255.255
        inet6 fe80::42:40ff:fe65:67d8  prefixlen 64  scopeid 0x20<link>
        ether 02:42:40:65:67:d8  txqueuelen 0  (Ethernet)
        RX packets 0  bytes 0 (0.0 B)
        RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0
        TX packets 5  bytes 526 (526.0 B)
        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0

ens33: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST>  mtu 1500
        inet 192.168.11.72  netmask 255.255.240.0  broadcast 192.168.15.255
        inet6 fe80::20c:29ff:fe70:53ec  prefixlen 64  scopeid 0x20<link>
        ether 00:0c:29:70:53:ec  txqueuelen 1000  (Ethernet)
        RX packets 1112461  bytes 75138488 (75.1 MB)
        RX errors 0  dropped 2915  overruns 0  frame 0
        TX packets 1015  bytes 139048 (139.0 KB)
        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0

lo: flags=73<UP,LOOPBACK,RUNNING>  mtu 65536
        inet 127.0.0.1  netmask 255.0.0.0
        inet6 ::1  prefixlen 128  scopeid 0x10<host>
        loop  txqueuelen 1000  (Local Loopback)
        RX packets 104  bytes 8112 (8.1 KB)
        RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0
        TX packets 104  bytes 8112 (8.1 KB)
        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0

veth0fdda42: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST>  mtu 1500
        inet6 fe80::c4fe:c7ff:feb0:8678  prefixlen 64  scopeid 0x20<link>
        ether c6:fe:c7:b0:86:78  txqueuelen 0  (Ethernet)
        RX packets 0  bytes 0 (0.0 B)
        RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0
        TX packets 21  bytes 1742 (1.7 KB)
        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0

veth6a2fa56: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST>  mtu 1500
        inet6 fe80::8cab:c2ff:fe6c:4291  prefixlen 64  scopeid 0x20<link>
        ether 8e:ab:c2:6c:42:91  txqueuelen 0  (Ethernet)
        RX packets 0  bytes 0 (0.0 B)
        RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0
        TX packets 11  bytes 866 (866.0 B)
        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0

vethdc1f5f2: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST>  mtu 1500
        inet6 fe80::48f1:13ff:feed:4d31  prefixlen 64  scopeid 0x20<link>
        ether 4a:f1:13:ed:4d:31  txqueuelen 0  (Ethernet)
        RX packets 0  bytes 0 (0.0 B)
        RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0
        TX packets 11  bytes 866 (866.0 B)
        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0

（4）分别进入两个nginx容器尝试相互访问：

通过docker exec 进入容器。
通过docker inspect 查看容器IP 。
容器内部相互curl访问http://IP:80端口。

2.5、网络隔离效果展示

我们都知道，不同网络的机器是不能通信的。

（1）创建两个bridge网络。

docker network create backend 
docker network create frontend

（2）通过一些命令展示创建后的网络的一些属性，以及计算机上的变化。

# 查看宿主机网卡变化 
ifconfig 
# 查看网络属性 
docker network ls 
docker network inspect backend 
docker network inspect frontend 
# 查看路由规则 
route -n

（3）运行两个nginx 容器，分别指定到两个网络。

docker run -d -p 83:80 --name mynginx1 --net backend nginx 
docker run -d -p 84:80 --name mynginx2 --net frontend nginx

通过docker exec 进入容器。
通过docker inspect 查看容器IP 。
容器内部相互curl访问http://IP:80端口。

上述操作，表明两个不再一个网络的两个容器间是无法相互访问的。那么我们增加一个网络，将两个容器接入到新增的网络中。查看容器详细信息，关注网络部分。

docker network create middle 
docker network connect middle mynginx1 
docker network connect middle mynginx2

从容器详情可以看出，容器多了一个网卡。容器每接入一个网络，就会生成一个对应的网卡。那么我们不难想象到，我们每新建一个容器，会产生两个网卡，第一个是容器内部的网卡用来与网桥通讯的；第二个是网桥上的无IP网卡，用来充当网桥端口的，供容器接入的。

（4）通过共同网络去实现容器间相互访问。

通过docker exec 进入容器。
通过docker inspect 查看容器IP 。
容器内部相互curl访问http://IP:80端口。

2.6、host驱动网络

创建host驱动网络，向网络添加容器，演示网卡数，容器网络等情况。

（1）创建host驱动的网络实例，注意：一个宿主机只允许有一个host驱动的网络实例。

docker network create --driver host host1

（2）运行一个基于host的网络实例的nginx容器。

# 运行容器 
docker run -d --net host nginx 
# 访问本机80端口 
curl http://localhost

（3）查看各种信息。

# ifconfig 查看宿主机网卡，并没有应为创建了host网络上的容器而增加网卡信息 
ifconfig 
# 查看host 网络实例信息 
docker network inspect host 
# 查看容器网络信息 
docker inspect <容器ID>

容器在接入host网络后，已经不具备独立的IP地址了。甚至于运行容器 -p 参数都被禁用了。我们可以尝试运行一个nginx 指定-p参数，并查看容器运行日志。

在这里插入图片描述

云原生之docker网络详解

云原生之docker网络详解

一、相关概念

1.2、CNM

1.3、libnetwork

二、实操

2.1、docker network常用命令

2.2、运行一个docker容器，查看CNM三个概念

2.3、查看docker0在内核路由表上的记录

2.4、查看网络列表

2.5、网络隔离效果展示

2.6、host驱动网络

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