Docker网络详解（docker 网络）

docker 容器网络

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

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

bridge 模式

当 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。

从 docker0 子网中分配一个 IP 给容器使用，并设置 docker0 的 IP 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，Docker 将 veth 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。

bridge 模式如下图所示：

假设上图的 docker2 中运行了一个 nginx，大家来想几个问题：

• 同主机间两个容器间是否可以直接通信？比如在 docker1 上能不能直接访问到 docker2 的 nginx 站点？

• 在宿主机上能否直接访问到 docker2 的 nginx 站点？

• 在另一台主机上如何访问 node1 上的这个 nginx 站点呢？DNAT 发布？

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。

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。

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 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 模式如下图所示：

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。

应用场景：

• 启动一个容器处理数据，比如转换数据格式

• 一些后台的计算和处理任务

none 模式如下图所示：

docker network inspect bridge #查看bridge网络的详细配置

docker 容器网络配置

Linux 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

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。

创建 Network Namespace

通过命令创建一个名为 ns0 的命名空间：

[root@localhost ~]# ip netns list

[root@localhost ~]# ip netns add ns0

[root@localhost ~]# ip netns listns0

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。

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。

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@localhost ~]# ip netns exec ns0

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 该 lo 回环网卡，会提示 Network is unreachable

通过下面的命令启用 lo 回环网卡：

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

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 lo、vxlan、ppp、bridge 等）是不可以转移的。

veth 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。

创建 veth pair

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

此时系统中新增了一对 veth pair，将 veth0 和 veth1 两个虚拟网卡连接了起来，此时这对 veth pair 处于”未启用“状态

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 的 Network Namespace，下面再创建一个信息 Network Namespace，命名为 ns1

[root@localhost ~]# ip netns add ns1

然后我们将 veth0 加入到 ns0，将 veth1 加入到 ns1

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

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

[root@localhost ~]# ip netns exec ns0 ip addr add 192.0.0.1/24 dev veth0

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

[root@localhost ~]# ip netns exec ns1 ip addr add 192.0.0.2/24 dev veth1

查看这对 veth pair 的状态

[root@localhost ~]# ip netns exec ns0

[root@localhost ~]# ip netns exec ns1

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@localhost ~]# ip netns exec ns1 ping xxx

可以看到，veth pair 成功实现了两个不同 Network Namespace 之间的网络交互

四种网络模式配置

bridge 模式配置

[root@localhost ~]# docker run -it --name ti --rm busybox/

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

none 模式配置

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

container 模式配置

启动第一个容器

[root@localhost ~]# docker run -dit --name b3 busybox

启动第二个容器

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

可以看到名为 b2 的容器 IP 地址是 10.0.0.3，与第一个容器的 IP 地址不是一样的，也就是说并没有共享网络，此时如果我们将第二个容器的启动方式改变一下，就可以使名为 b2 的容器 IP 与 B3 容器 IP 一致，也即共享 IP，但不共享文件系统。

[root@localhost ~]# docker run -it --name b2 --rm --network container:b3 busybox/

到 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

host 模式配置

启动容器时直接指明模式为 host

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

#brige模式下的iptables

在bridge模式下，连在同一网桥上的容器可以相互通信（若出于安全考虑，也可以禁止它们之间通信，方法是在DOCKER_OPTS变量中设置--icc=false，这样只有使用--link才能使两个容器通信）。

容器也可以与外部通信，我们看一下主机上的Iptable规则，可以看到这么一条

-A POSTROUTING -s 172.17.0.0/16 ! -o docker0 -j MASQUERADE

这条规则会将源地址为172.17.0.0/16的包（也就是从Docker容器产生的包），并且不是从docker0网卡发出的，进行源地址转换，转换成主机网卡的地址。

这么说可能不太好理解，举一个例子说明一下。假设主机有一块网卡为eth0，IP地址为10.10.101.105/24，网关为10.10.101.254。从主机上一个IP为172.17.0.1/16的容器中ping百度（180.76.3.151）。IP包首先从容器发往自己的默认网关docker0，包到达docker0后，也就到达了主机上。然后会查询主机的路由表，发现包应该从主机的eth0发往主机的网关10.10.105.254/24。接着包会转发给eth0，并从eth0发出去（主机的ip_forward转发应该已经打开）。这时候，上面的Iptable规则就会起作用，对包做SNAT转换，将源地址换为eth0的地址。这样，在外界看来，这个包就是从10.10.101.105上发出来的，Docker容器对外是不可见的。

那么，外面的机器是如何访问Docker容器的服务呢？我们首先用下面命令创建一个含有web应用的容器，将容器的80端口映射到主机的80端口。

docker run -d --name web -p 80:80 fmzhen/simpleweb

然后查看Iptable规则的变化，发现多了这样一条规则：

-A DOCKER ! -i docker0 -p tcp -m tcp --dport 80 -j DNAT --to-destination 172.17.0.5:80

此条规则就是对主机eth0收到的目的端口为80的tcp流量进行DNAT转换，将流量发往172.17.0.5:80，也就是我们上面创建的Docker容器。所以，外界只需访问10.10.101.105:80就可以访问到容器中得服务。

除此之外，我们还可以自定义Docker使用的IP地址、DNS等信息，甚至使用自己定义的网桥，但是其工作方式还是一样的。