如果要搭建基于docker的私人DC,除了虚拟机网络连接外,就得掌握docker的网络连接。磨刀不误砍柴工,或者说工欲善其事必先利其器,我们先学学典型的docker的网络连接方式。Docker的网络连接有四种:bridge、none、container和host四种。Docker的网络连接掌握不好,和虚拟机的桥接、host-only、nat等联网方式一组合,那就会彻底让人懵逼的。下面我们走马观花地了解一下。

6.1 概述

Docker在安装后自动提供3种网络,可以使用docker network ls命令查看

[root@wzz ~]# docker network ls

NETWORK ID     NAME      DRIVER    SCOPE

5b9360433700   bridge    bridge    local

bf3fa21ccf2e     host      host      local

c8f298d46dba    none      null      local

Docker使用Linux桥接,在宿主机虚拟一个Docker容器网桥(docker0)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的4种网络模式

网络模式

配置

说明

host

--network host

容器和宿主机共享Network namespace

container

--network container:NAME_OR_ID

容器和另外一个容器共享Network namespace

none

--network none

容器有独立的Network namespace 但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

bridge

--network bridge

默认模式

6.2 bridge模式

Docker进程启动时,会在主机上创建一个名为docker0的虚拟网桥,此主机上启动的Docker容器会连接到这个虚拟网桥上。虚拟网桥的工作方式和物理交换机类似,这样主机上的所有容器就通过交换机连在了一个二层网络中。

docker0子网中分配一个IP给容器使用,并设置docker0IP地址为容器的默认网关。在主机上创建一对虚拟网卡veth pair设备,Dockerveth pair设备的一端放在新创建的容器中,并命名为eth0(容器的网卡),另一端放在主机中,以vethxxx这样类似的名字命名,并将这个网络设备加入到docker0网桥中。可以通过brctl show命令查看。

bridge模式是docker的默认网络模式,不写--network参数,就是bridge模式。使用docker run -p时,docker实际是在iptables做了DNAT规则,实现端口转发功能。可以使用iptables -t nat -vnL查看。

图6- 1

6.3 container模式

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。

图6- 2

6.4 host模式

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NAThost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。

图6- 3

6.5 none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。

图6- 4

6.6 docker容器网络配置

1Linux内核实现名称空间的创建

ip netns命令

可以借助ip netns命令来完成对 Network Namespace 的各种操作。ip netns命令来自于iproute安装包,一般系统会默认安装,如果没有的话,请自行安装。

注意:ip netns命令修改网络配置时需要 sudo 权限。

可以通过ip netns命令完成对Network Namespace 的相关操作,可以通过ip netns help查看命令帮助信息:

[root@localhost ~]# ip netns help
Usage: ip netns list
       ip netns add NAME
       ip netns set NAME NETNSID
       ip [-all] netns delete [NAME]
       ip netns identify [PID]
       ip netns pids NAME
       ip [-all] netns exec [NAME] cmd ...
       ip netns monitor

       ip netns list-id

 

默认情况下,Linux系统中是没有任何 Network Namespace的,所以ip netns list命令不会返回任何信息。

2)创建Network Namespace

通过命令创建一个名为ns0的命名空间:

[root@wzz ~]# ip netns list

[root@wzz ~]# ip netns add ns0

[root@wzz ~]# ip netns list

ns0

新创建的 Network Namespace 会出现在/var/run/netns/目录下。如果相同名字的 namespace 已经存在,命令会报Cannot create namespace file "/var/run/netns/ns0": File exists的错误。

[root@localhost ~]# ls /var/run/netns/
ns0
 
[root@localhost ~]# ip netns add ns0

Cannot create namespace file "/var/run/netns/ns0": File exists

 

对于每个 Network Namespace 来说,它会有自己独立的网卡、路由表、ARP 表、iptables 等和网络相关的资源。

3)操作Network Namespace

ip命令提供了ip netns exec子命令可以在对应的 Network Namespace 中执行命令。

查看新创建 Network Namespace 的网卡信息

[root@wzz ~]# ip netns exec ns0 ip addr

1: lo: <LOOPBACK> mtu 65536 qdisc noop state DOWN group default qlen 1

    link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00

可以看到,新创建的Network Namespace中会默认创建一个lo回环网卡,此时网卡处于关闭状态。此时,尝试去 ping lo回环网卡,会提示Network is unreachable

[root@wzz ~]#  ip netns exec ns0 ping 127.0.0.1

connect: 网络不可达

通过下面的命令启用lo回环网卡:

[root@wzz ~]# ip netns exec ns0 ip link set lo up

[root@wzz ~]# ip netns exec ns0 ping 127.0.0.1

PING 127.0.0.1 (127.0.0.1) 56(84) bytes of data.

64 bytes from 127.0.0.1: icmp_seq=1 ttl=64 time=0.055 ms

64 bytes from 127.0.0.1: icmp_seq=2 ttl=64 time=0.127 ms

 

4)转移设备

我们可以在不同的 Network Namespace 之间转移设备(如veth)。由于一个设备只能属于一个 Network Namespace ,所以转移后在这个 Network Namespace 内就看不到这个设备了。其中,veth设备属于可转移设备,而很多其它设备(如lovxlanpppbridge等)是不可以转移的。

5veth pair

veth pair 全称是 Virtual Ethernet Pair,是一个成对的端口,所有从这对端口一端进入的数据包都将从另一端出来,反之也是一样。引入veth pair是为了在不同的 Network Namespace 直接进行通信,利用它可以直接将两个 Network Namespace 连接起来。

图6- 5

创建veth pair

[root@wzz ~]# ip link add type veth

[root@wzz ~]# ip a

图6- 6

 

可以看到,此时系统中新增了一对veth pair,将veth0veth1两个虚拟网卡连接了起来,此时这对 veth pair 处于未启用状态。

可以看到,此时系统中新增了一对veth pair,将veth0veth1两个虚拟网卡连接了起来,此时这对 veth pair 处于未启用状态。

6)实现Network Namespace间通信

下面我们利用veth pair实现两个不同的 Network Namespace 之间的通信。刚才我们已经创建了一个名为ns0 Network Namespace,下面再创建一个信息Network Namespace,命名为ns1

[root@wzz ~]# ip netns add ns1

[root@wzz ~]# ip netns list

ns1

ns0

然后我们将veth0加入到ns0,将veth1加入到ns1

[root@wzz ~]# ip link set veth0 netns ns0

[root@wzz ~]# ip link set veth1 netns ns1

然后我们分别为这对veth pair配置上ip地址,并启用它们

[root@wzz ~]# ip netns exec ns0 ip link set veth0 up

[root@wzz ~]# ip netns exec ns0 ip link set lo up

[root@wzz ~]# ip netns exec ns1 ip link set lo up

[root@wzz ~]# ip netns exec ns1 ip link set veth1 up

[root@wzz ~]# ip netns exec ns0 ip addr add 10.0.0.1/24 dev veth0

[root@wzz ~]# ip netns exec ns1 ip addr add 10.0.0.24/24 dev veth1

查看这对veth pair的状态

[root@wzz ~]# ip netns exec ns0 ip a

1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN group default qlen 1

    link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00

    inet 127.0.0.1/8 scope host lo

       valid_lft forever preferred_lft forever

    inet6 ::1/128 scope host

       valid_lft forever preferred_lft forever

5: veth0@if6: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc noqueue state UP group default qlen 1000

    link/ether a2:52:5d:72:6d:42 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff link-netnsid 1

    inet 10.0.0.1/24 scope global veth0

       valid_lft forever preferred_lft forever

    inet6 fe80::a052:5dff:fe72:6d42/64 scope link

       valid_lft forever preferred_lft forever

[root@wzz ~]# ip netns exec ns1 ip a

1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN group default qlen 1

    link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00

    inet 127.0.0.1/8 scope host lo

       valid_lft forever preferred_lft forever

    inet6 ::1/128 scope host

       valid_lft forever preferred_lft forever

6: veth1@if5: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc noqueue state UP group default qlen 1000

    link/ether ee:e2:23:ea:81:0d brd ff:ff:ff:ff:ff:ff link-netnsid 0

    inet 10.0.0.24/24 scope global veth1

       valid_lft forever preferred_lft forever

    inet6 fe80::ece2:23ff:feea:810d/64 scope link

       valid_lft forever preferred_lft forever

从上面可以看出,我们已经成功启用了这个veth pair,并为每个veth设备分配了对应的ip地址。我们尝试在ns1中访问ns0中的ip地址:

[root@wzz ~]# ip netns exec ns1 ping 10.0.0.1

PING 10.0.0.1 (10.0.0.1) 56(84) bytes of data.

64 bytes from 10.0.0.1: icmp_seq=1 ttl=64 time=0.050 ms

64 bytes from 10.0.0.1: icmp_seq=2 ttl=64 time=0.090 ms

 

7veth设备重命名

需要先停用设备才能重命名

[root@wzz ~]# ip netns exec ns0 ip link set dev veth1 name wzz1

Cannot find device "veth1"

停用veth1

[root@wzz ~]# ip netns exec ns1 ip link set veth1 down

veth1重命名为wzz1

[root@wzz ~]# ip netns exec ns1 ip link set dev veth1 name wzz1

启用wzz1

[root@wzz ~]# ip netns exec ns1 ip link set wzz1 up

查看是否修改成功

[root@wzz ~]# ip netns exec ns1 ip a

1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN group default qlen 1

    link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00

    inet 127.0.0.1/8 scope host lo

       valid_lft forever preferred_lft forever

    inet6 ::1/128 scope host

       valid_lft forever preferred_lft forever

6: wzz1@if5: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc noqueue state UP group default qlen 1000

    link/ether ee:e2:23:ea:81:0d brd ff:ff:ff:ff:ff:ff link-netnsid 0

    inet 10.0.0.24/24 scope global wzz1

       valid_lft forever preferred_lft forever

    inet6 fe80::ece2:23ff:feea:810d/64 scope link

       valid_lft forever preferred_lft forever

 

6.7 四种网络模式配置

1bridge模式配置

[root@wzz ~]# docker run -it --name t1 --rm busybox

/ # ip a

1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue qlen 1

    link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00

    inet 127.0.0.1/8 scope host lo

       valid_lft forever preferred_lft forever

    inet6 ::1/128 scope host

       valid_lft forever preferred_lft forever

9: eth0@if10: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP,M-DOWN> mtu 1500 qdisc noqueue

    link/ether 02:42:ac:11:00:02 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff

    inet 172.17.0.2/16 brd 172.17.255.255 scope global eth0

       valid_lft forever preferred_lft forever

--rm是退出即销毁。退出t1,并查看一下

[root@wzz ~]# docker ps -a

CONTAINER ID   IMAGE     COMMAND   CREATED   STATUS    PORTS     NAMES

[root@wzz ~]#

确实销毁了。

在创建容器时添加--network bridge与不加--network选项效果是一致的

[root@wzz ~]# docker run -it --name t1 --network bridge --rm busybox

/ # ifconfig

eth0      Link encap:Ethernet  HWaddr 02:42:AC:11:00:02

          inet addr:172.17.0.2  Bcast:172.17.255.255  Mask:255.255.0.0

          UP BROADCAST RUNNING MULTICAST  MTU:1500  Metric:1

          RX packets:8 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0

          TX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0

          collisions:0 txqueuelen:0

          RX bytes:648 (648.0 B)  TX bytes:0 (0.0 B)

lo        Link encap:Local Loopback

          inet addr:127.0.0.1  Mask:255.0.0.0

          inet6 addr: ::1/128 Scope:Host

          UP LOOPBACK RUNNING  MTU:65536  Metric:1

          RX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0

          TX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0

          collisions:0 txqueuelen:1

          RX bytes:0 (0.0 B)  TX bytes:0 (0.0 B)

 

2none模式配置

[root@wzz ~]# docker run -it --name t1 --network none --rm busybox

/ # ifconfig -a

lo        Link encap:Local Loopback

          inet addr:127.0.0.1  Mask:255.0.0.0

          inet6 addr: ::1/128 Scope:Host

          UP LOOPBACK RUNNING  MTU:65536  Metric:1

          RX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0

          TX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0

          collisions:0 txqueuelen:1

          RX bytes:0 (0.0 B)  TX bytes:0 (0.0 B)

/ # exit

除了环回口,啥也没有。

3container模式配置

启动第一个容器

同时开启虚拟机两个进程,按下图复制一份

图6- 7

[root@wzz ~]# docker run -it --name b1 --rm busybox

/ # ip a

1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue qlen 1

    link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00

    inet 127.0.0.1/8 scope host lo

       valid_lft forever preferred_lft forever

    inet6 ::1/128 scope host

       valid_lft forever preferred_lft forever

13: eth0@if14: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP,M-DOWN> mtu 1500 qdisc noqueue

    link/ether 02:42:ac:11:00:02 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff

    inet 172.17.0.2/16 brd 172.17.255.255 scope global eth0

       valid_lft forever preferred_lft forever

另一个进程启动虚拟机b2

[root@wzz ~]# docker run -it --name b2 --rm busybox

/ # ip a

1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue qlen 1

    link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00

    inet 127.0.0.1/8 scope host lo

       valid_lft forever preferred_lft forever

    inet6 ::1/128 scope host

       valid_lft forever preferred_lft forever

15: eth0@if16: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP,M-DOWN> mtu 1500 qdisc noqueue

    link/ether 02:42:ac:11:00:03 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff

    inet 172.17.0.3/16 brd 172.17.255.255 scope global eth0

       valid_lft forever preferred_lft forever

测试一下两台虚拟机连通性(b2):

/ # ping 172.17.0.2 -c 2

PING 172.17.0.2 (172.17.0.2): 56 data bytes

64 bytes from 172.17.0.2: seq=0 ttl=64 time=2.178 ms

64 bytes from 172.17.0.2: seq=1 ttl=64 time=0.245 ms

销毁b2,重新启动一个和b1IP相同的容器,即共享IP,但不共享文件系统。

[root@wzz ~]# docker run -it --name b2 --rm --network container:b1 busybox

/ # ip a

1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue qlen 1

    link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00

    inet 127.0.0.1/8 scope host lo

       valid_lft forever preferred_lft forever

    inet6 ::1/128 scope host

       valid_lft forever preferred_lft forever

13: eth0@if14: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP,M-DOWN> mtu 1500 qdisc noqueue

    link/ether 02:42:ac:11:00:02 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff

    inet 172.17.0.2/16 brd 172.17.255.255 scope global eth0

       valid_lft forever preferred_lft forever

/ #

可以看见,除了ip一模一样,连MAC都是一样的。我们在b1容器上创建一个目录

图6- 8

b2容器上检查/tmp目录会发现并没有这个目录,因为文件系统是处于隔离状态,仅仅是共享了网络而已。

图6- 9

b2容器上部署一个站点

/ # echo 'hello world' > /tmp/index.html

/ #  ls /tmp

index.html

/ # httpd -h /tmp

b2上查看

/ # netstat -antl

Active Internet connections (servers and established)

Proto Recv-Q Send-Q Local Address           Foreign Address         State

tcp        0      0 :::80                   :::*                    LISTEN

图6- 10

在b1上访问

/ #  wget -O - -q 172.17.0.2:80

hello world

图6- 11

由此可见,container模式下的容器间关系就相当于一台主机上的两个不同进程。

4host模式配置

启动容器时直接指明模式为host

[root@wzz ~]# docker run -it --name b2 --rm --network host busybox

/ # ifconfig

docker0   Link encap:Ethernet  HWaddr 02:42:B8:D4:E2:E3

          inet addr:172.17.0.1  Bcast:172.17.255.255  Mask:255.255.0.0

          inet6 addr: fe80::42:b8ff:fed4:e2e3/64 Scope:Link

          UP BROADCAST MULTICAST  MTU:1500  Metric:1

          RX packets:1 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0

          TX packets:5 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0

          collisions:0 txqueuelen:0

          RX bytes:28 (28.0 B)  TX bytes:438 (438.0 B)

ens33     Link encap:Ethernet  HWaddr 00:0C:29:D3:92:C2

          inet addr:192.168.137.135  Bcast:192.168.137.255  Mask:255.255.255.0

          inet6 addr: fe80::daa2:2749:f7a6:1c50/64 Scope:Link

          UP BROADCAST RUNNING MULTICAST  MTU:1500  Metric:1

          RX packets:200502 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0

          TX packets:12555 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0

          collisions:0 txqueuelen:1000

          RX bytes:250356402 (238.7 MiB)  TX bytes:1181746 (1.1 MiB)

ens36     Link encap:Ethernet  HWaddr 00:0C:29:D3:92:CC

          inet addr:192.168.0.20  Bcast:192.168.0.255  Mask:255.255.255.0

          inet6 addr: fe80::f5fa:bd2c:d6dd:2aa0/64 Scope:Link

          UP BROADCAST RUNNING MULTICAST  MTU:1500  Metric:1

          RX packets:469135 errors:0 dropped:1399 overruns:0 frame:0

          TX packets:56538 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0

          collisions:0 txqueuelen:1000

          RX bytes:615288285 (586.7 MiB)  TX bytes:4316266 (4.1 MiB)

lo        Link encap:Local Loopback

          inet addr:127.0.0.1  Mask:255.0.0.0

          inet6 addr: ::1/128 Scope:Host

          UP LOOPBACK RUNNING  MTU:65536  Metric:1

          RX packets:126 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0

          TX packets:126 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0

          collisions:0 txqueuelen:1

          RX bytes:11136 (10.8 KiB)  TX bytes:11136 (10.8 KiB)

此时如果我们在这个容器中启动一个http站点,我们就可以直接用宿主机的IP直接在浏览器中访问这个容器中的站点了。在b2上搭建一个网站:

/ #echo 'I am container 2!' > /tmp/index.html

/ # httpd -h /tmp

启动一个b1容器,并访问主机ip

[root@wzz ~]# docker run -it --name b1 --rm --network host busybox

/ # wget -O - -q 192.168.0.20

I am container 2!

图6- 12

可见,容器和主机共享ip地址。

      到目前为止,我们做好了虚拟机的nathost-only和桥接的练习,进行了虚拟机的4种网络连接实践,还对私人DC做了初步的IP规划,并试探性的搭建了私人DC的心跳时钟--NTP服务器。接下来,下面我们将进行模拟私人DC服务器的容器生成及初始化工作。敬请期待!

                         芝兰生于幽谷,不以无人而不芳;君子不为名修,久历岁月而求索。

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