十一、docker学习-docker核心之docker网络（1）

docker网络

当开始大规模使用docker时，你会发现需要了解很多关于网络的知识。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，作为一名运维工程师有必要深入了解docker的网络知识，以满足更高的网络需求。作为一名微服务开发工程师，简单了解docker网络环节即可。先介绍了Docker自身的3种local网络工作方式，然后介绍一些docker自定义网络模式。

docker默认网络

docker network ls
# 网络类型
NETWORK ID     NAME      DRIVER    SCOPE
c54e8741c0a0   bridge    bridge    local
b06a854774b8   host      host      local
c75f27872e3b   none      null      local

在这里插入图片描述

docker网络理论部分

docker使用Linux桥接网卡，在宿主机虚拟一个docker容器网桥(docker0)(mac系统是bridge0)，docker启动一个容器时会根据docker网桥的网段分配给容器一个IP地址，称为Container-IP，同时docker网桥是每个容器的默认网关。因为在同一宿主机内的容器都接入同一个网桥，这样容器之间就能够通过容器的Container-IP直接通信。

docker网桥是宿主机虚拟出来的，并不是真实存在的网络设备，外部网络是无法寻址到的，这也意味着外部网络无法通过直接Container-IP访问到容器。如果容器希望外部访问能够访问到，可以通过映射容器端口到宿主主机（端口映射），即docker run创建容器时候通过 -p 或 -P 参数来启用，访问容器的时候就通过**[宿主机IP]:[容器端口]**访问容器。

网络模式

Docker网络模式	配置	说明
host模式	–net=host	容器和宿主机共享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。
container模式	-net=container:NAME_or_ID	容器和另外一个容器共享Network namespace。 kubernetes中的pod就是多个容器共享一个Network namespace。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模式	–net=none	容器有独立的Network namespace，并没有对其进行任何网络设置，如分配veth pair 和网桥连接，配置IP等。该模式关闭了容器的网络功能。
bridge模式	–net=bridge	（默认为该模式）。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。
Macvlan network	无	容器具备Mac地址，使其显示为网络上的物理设备
Overlay	无	(覆盖网络）：利用VXLAN实现的bridge模式

bridge模式

默认的网络模式。bridge模式下容器没有一个公有ip,只有宿主机可以直接访问,外部主机是不可见的,但容器通过宿主机的NAT规则后可以访问外网。

Bridge 桥接模式的实现步骤主要如下：

Docker Daemon 利用 veth pair 技术，在宿主机上创建两个虚拟网络接口设备，假设为veth0 和veth1。而veth pair 技术的特性可以保证无论哪一个 veth 接收到网络报文，都会将报文传输给另一方。
Docker Daemon 将 veth0 附加到 Docker Daemon 创建的 docker0网桥上。保证宿主机的网络报文可以发往 veth0；
Docker Daemon 将 veth1 添加到 Docker Container 所属的 namespace 下，并被改名为eth0。如此一来，保证宿主机的网络报文若发往 veth0，则立即会被 eth0 接收，实现宿主机到DockerContainer网络的联通性；同时，也保证 Docker Container 单独使用 eth0，实现容器网络环境的隔离性。

Bridge桥接模式的缺陷：

最明显的是，该模式下 Docker Container 不具有一个公有 IP，即和宿主机的 eth0 不处于同一个网段。导致的结果是宿主机以外的世界不能直接和容器进行通信。
虽然 NAT 模式经过中间处理实现了这一点，但是 NAT 模式仍然存在问题与不便，如：容器均需要在宿主机上竞争端口，容器内部服务的访问者需要使用服务发现获知服务的外部端口等。
另外 NAT 模式由于是在三层网络上的实现手段，故肯定会影响网络的传输效率。

注意：

veth设备是成双成对出现的，一端是容器内部命名为eth0，一端是加入到网桥并命名的veth（通常命名为veth），它们组成了一个数据传输通道，一端进一端出，veth设备连接了两个网络设备并实现了数据通信。

host 网络模式

相当于Vmware中的NAT模式，与宿主机在同一个网络中，但没有独立IP地址。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。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。

使用host模式的容器可以直接使用宿主机的IP地址与外界通信，容器内部的服务端口也可以使用宿主机的端口，不需要进行NAT，host最大的优势就是网络性能比较好，但是docker host上已经使用的端口就不能再用了，网络的隔离性不好。

host网络模式需要在容器创建时指定–network=host

host 模式是 bridge 桥接模式很好的补充。采用 host 模式的 Docker Container，可以直接使用宿主机的 IP地址与外界进行通信，若宿主机的 eth0 是一个公有 IP，那么容器也拥有这个公有IP。同时容器内服务的端口也可以使用宿主机的端口，无需额外进行 NAT 转换。

host模式可以让容器共享宿主机网络栈,这样的好处是外部主机与容器直接通信,但是容器的网络缺少隔离性。

Host 网络模式的缺陷：

最明显的是 Docker Container 网络环境隔离性的弱化。即容器不再拥有隔离、独立的网络环境。

另外，使用 host 模式的 Docker Container 虽然可以让容器内部的服务和传统情况无差别、无改造的使用，但是由于网络隔离性的弱化，该容器会与宿主机共享竞争网络栈的使用；

另外，容器内部将不再拥有所有的端口资源，原因是部分端口资源已经被宿主机本身的服务占用，还有部分端口已经用以 bridge 网络模式容器的端口映射。

Container 网络模式

一种特殊host网络模式

Container 网络模式是 Docker 中一种较为特别的网络的模式。在容器创建时使用–network=container:vm1指定。(vm1指定的是运行的容器名)处于这个模式下的 Docker 容器会共享一个网络环境，这样两个容器之间可以使用localhost高效快速通信。

缺陷：它并没有改善容器与宿主机以外世界通信的情况（和桥接模式一样，不能连接宿主机以外的其他设备）。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。

none 网络模式

使用none模式，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。

这种网络模式下容器只有lo回环网络，没有其他网卡。none模式可以在容器创建时通过–network=none来指定。这种类型的网络没有办法联网，封闭的网络能很好的保证容器的安全性。

overlay 网络模式

Overlay 网络，也称为覆盖网络。主要用于docker集群部署。

Overlay 网络的实现方式和方案有多种。Docker自身集成了一种，基于VXLAN隧道技术实现。

Overlay 网络主要用于实现跨主机容器之间的通信。

应用场景：需要管理成百上千个跨主机的容器集群的网络时

macvlan 网络模式

macvlan网络模式，最主要的特征就是他们的通信会直接基于mac地址进行转发。

这时宿主机其实充当一个二层交换机。Docker会维护着一个MAC地址表，当宿主机网络收到一个数据包后，直接根据mac地址找到对应的容器，再把数据交给对应的容器。

容器之间可以直接通过IP互通，通过宿主机上内建的虚拟网络设备（创建macvlan网络时自动创建），但与主机无法直接利用IP互通。

应用场景：由于每个外来的数据包的目的mac地址就是容器的mac地址，这时每个容器对于外面网络来说就相当于一个真实的物理网络设备。因此当需要让容器来的网络看起来是一个真实的物理机时，使用macvlan模式。

Macvlan是一个新的尝试，是真正的网络虚拟化技术的转折点。Linux实现非常轻量级，因为与传统的Linux Bridge隔离相比，它们只是简单地与一个Linux以太网接口或子接口相关联，以实现网络之间的分离和与物理网络的连接。

Macvlan提供了许多独特的功能，并有充足的空间进一步创新与各种模式。这些方法的两个高级优点是绕过Linux网桥的正面性能以及移动部件少的简单性。删除传统上驻留在Docker主机NIC和容器接口之间的网桥留下了一个非常简单的设置，包括容器接口，直接连接到Docker主机接口。由于在这些情况下没有端口映射，因此可以轻松访问外部服务。

Macvlan Bridge模式每个容器都有唯一的MAC地址，用于跟踪Docker主机的MAC到端口映射。Macvlan驱动程序网络连接到父Docker主机接口。示例是物理接口，例如eth0，用于802.1q VLAN标记的子接口eth0.10（.10代表VLAN 10）或甚至绑定的主机适配器，将两个以太网接口捆绑为单个逻辑接口。指定的网关由网络基础设施提供的主机外部。每个Macvlan Bridge模式的Docker网络彼此隔离，一次只能有一个网络连接到父节点。

每个主机适配器有一个理论限制，每个主机适配器可以连接一个Docker网络。同一子网内的任何容器都可以与没有网关的同一网络中的任何其他容器进行通信macvlan bridge。相同的docker network命令适用于vlan驱动程序。在Macvlan模式下，在两个网络/子网之间没有外部进程路由的情况下，单独网络上的容器无法互相访问。这也适用于同一码头网络内的多个子网。