docker网络模型

一、docker网络基础知识

Docker 在启动时会创建一个虚拟网桥 docker0,默认地址为 172.17.0.1/16, 容器启动后都会被桥接到 docker0 上,并自动分配到一个 IP 地址。 使用ip addr或ifconfig命令可以看到:

Docker容器在创建的时候有四种网络模型,如果没有指定,默认使用是birdge模式,其余三种需要使用-net显式指定。

  • bridge模式:使用–net=bridge指定,默认设置。docker网络隔离基于网络命名空间,在物理机上创建docker容器时会为每一个docker容器分配网络命名空间,并且把容器IP桥接到物理机的虚拟网桥上。
  • none模式:使用–net=none指定。此模式下创建容器是不会为容器配置任何网络参数的,如:容器网卡、IP、通信路由等,全部需要自己去配置。
  • host模式:使用–net=host指定。此模式创建的容器没有自己独立的网络命名空间,是和物理机共享一个Network Namespace,并且共享物理机的所有端口与IP,并且这个模式认为是不安全的。
  • container模式:用–net=container:容器名称或ID指定。此模式和host模式很类似,只是此模式创建容器共享的是其他容器的IP和端口而不是物理机,此模式容器自身是不会配置网络和端口,创建此模式容器进去后,你会发现里边的IP是你所指定的那个容器IP并且端口也是共享的,而且其它还是互相隔离的,如进程等。

以下是 docker 网络初始化的过程:

详细过程

二、docker网络模型详解

1、桥接模式

在bridge模式下,连在同一网桥上的容器可以相互通信(如果为了安全考虑,也可以设置禁止它们通信),容器也可以与外部通信,数据包从容器出来,由于容器是桥接到docker0上,所以数据包会发到docker0上,查看iptables的策略,会发现有一个策略,将源地址从172.17.0.1的包进行源地址转换,转化成宿主机的网卡地址,(注意ip foward功能要开启)因此只要宿主机可以与外部通信,那么容器就可以与外部通信。

Bridge 桥接模式的实现步骤如下:

  • 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Docker Container 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。

桥接模式下的 Docker Container 在使用时,并非为开发者包办了一切。最明显的是,该模式,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。

2、Host 网络模式:使用与宿主机相同的命名空间

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。当然,有这样的方便,肯定会损失部分其他的特性,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、独立的网络栈。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。

3、Container 网络模式

(1) 查找 other container(即需要被共享网络环境的容器)的网络 namespace;
(2) 将新创建的 Docker Container(也是需要共享其他网络的容器)的 namespace,使用other container 的 namespace。
Docker Container 的 other container 网络模式,可以用来更好的服务于容器间的通信。在这种模式下的 Docker Container 可以通过 localhost 来访问 namespace 下的其他容器,传输效率较高。虽然多个容器共享网络环境,但是多个容器形成的整体依然与宿主机以及其他容器形成网络隔离。另外,这种模式还节约了一定数量的网络资源。但是需要注意的是,它并没有改善容器与宿主机以外世界通信的情况。

4、None 网络模式

网络环境为 none,即不为 Docker Container 任何的网络环境。一旦 Docker Container 采用了none 网络模式,那么容器内部就只能使用 loopback 网络设备,不会再有其他的网络资源。可以说 none 模式为 Docker Container 做了极少的网络设定,在没有网络配置的情况下,作为 Docker 开发者,才能在这基础做其他无限多可能的网络定制开发。这也恰巧体现了 Docker 设计理念的开放。

在 none 网络模式下分配固定 ip:
netns 是在 linux 中提供网络虚拟化的一个项目,使用 netns 网络空间虚拟化可以在本地虚拟化出多个网络环境,目前 netns 在 lxc 容器中被用来为容器提供网络。使用 netns 创建的网络空间独立于当前系统的网络空间,其中的网络设备以及 iptables 规则等都是独立的,就好像进入了另外一个网络一样。

容器间互联:

--link 参数可以在不映射端口的前提下为两个容器间建立安全连接, --link 参数可以连接一个或多个容器到将要创建的容器,–link表示添加连接到另一个容器。
--link 参数的格式为 --link name:alias,其中 name 是要链接的容器的名称,alias 是这个连接的别名。

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