Docker 系列（三）：Docker 网络模式详解

 

一、前言

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，我们有必要深入了解Docker的网络知识，以满足更高的网络需求。

我们在使用docker run创建Docker容器时，可以用--net选项指定容器的网络模式，Docker有以下4种网络模式：

•  host模式，使用--net=host指定。

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，使用--net=container:NAME_or_ID指定。

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，使用--net=none指定。

该模式关闭了容器的网络功能。

• bridge模式，使用--net=bridge指定，默认设置。

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。

注意：使用docker network ls命令列出这些docker内置的网络模式。

 

Docker 网络模型

 

 

 

二、host模式

众所周知，Docker使用了Linux的Namespaces技术来进行资源隔离，如PID Namespace隔离进程，Mount Namespace隔离文件系统，Network Namespace隔离网络等。一个Network Namespace提供了一份独立的网络环境，包括网卡、路由、Iptable规则等都与其他的Network Namespace隔离。一个Docker容器一般会分配一个独立的Network Namespace。但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。

例如，我们在10.10.101.105/24的机器上用host模式启动一个含有web应用的Docker容器，监听tcp80端口。

当我们在容器中执行任何类似ifconfig命令查看网络环境时，看到的都是宿主机上的信息。而外界访问容器中的应用，则直接使用10.10.101.105:80即可，不用任何NAT转换，就如直接跑在宿主机中一样。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。

 

下面关于网络命令空间的介绍来源：https://yq.aliyun.com/articles/53624

那么什么是网络名称空间？一般的说法是包括了Linux共享的一组网络接口和路由表条目的装置。您可以修改路由表条目使用策略路由。（这里有我写的介绍和可能的策略路由用例），但这并没有从根本上改变网络接口和路由表/条目共享整个操作系统。网络名字空间改变这一基本假设。通过网络名字空间，你能有不同并独立的网络接口和路由表，它们各自独立运作

这个概念通过一些例子来说明可能是最好的。沿途我会介绍一些新想法。首先，我需要提供一些假设。

假设

在这个例子中，我会使用Ubuntu Server 12.04.3 LTS.请注意不同的Linux发行版对网络名字空间支持上的不同。Ubuntu支持这个，但是RedHat不支持。（我不确定Fedora，如果你知道，可以在评论中说出来。）如果你想使用网络名字空间,请确保你的Linux发行版支持。

另外，我回假设你使用root账户运行，或者你会在必要的时候加上sudo来执行命令行。

创建和列出网络名字空间

创建一个网络名字空间是相当容易的。仅仅需要使用这个命令：

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ip netns add <new namespace name>
打个比方,你想要创建一个名为“blue”的名字空间。你会使用这个命令:

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ip netns add blue
使用这个命令验证网络名字空间是否创建:

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ip netns list
你应该能看到你的网络名字空间被列出，你可以使用它们了。

 给网络名字空间分配接口

创建网络名字空间仅仅是个开始，接下来的部分是给名字空间指定接口。然后为网络连接配置这些接口。有一个注意，就是在我之前探索网络名字空间的时候发现，你无法把物理接口分配给一个名字空间。到底怎样才呢个使用它们呢，然后呢？

原来你只能分配虚拟以太网接口(veth)到网络名称空间。虚拟以太网接口是一个有趣的结构。它总是一对一对的，他们像一个相连的管道——无论什么从其中一个veth接口进去，就会从另一个等同的接口出来。因此,您可以使用veth接口把一个网络名名字空间链接到存在物理接口的“默认”或“全局”网络名字空间。

让我们来看看这是如何实现的。首先,您要创建一对veth:

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ip link add veth0 type veth peer name veth1
我发现一些站点重复这个命令去创建veth1然后链接到veth0，但是我的测试表明，只要使用上面这个命令，会创建一对端口，并且自动建立连接。当然，你可以用其它名字代替veth0和veth1，如果你需要的话。

你可以使用这个命令验证veth对被创建。

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ip link list
你应该看到一对veth接口（使用你在上面的命令中指定的名称）列出。现在它们都属于”默认”或“全局”名字空间，和物理接口一道。

假设你想把全局名字空间链接到blue名字空间。这样做，你需要移动一个veth接口道blue名字空间中，可以使用这个命令。

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ip link set veth1 netns blue
如果你再次运行ip link list 命令，你会看到veth1接口从列表中消失了。现在它在blue名字空间中，因此你需要运行下面的命令来看。

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ip netns exec blue ip link list
哇哦！这是一个有点复杂的命令，让我们慢慢讲：

在第一部分，ip nets exec，这是在不同网络名字空间执行命令的方法。
接下来是这个命令应该运行在的特定名称空间。（在这个例子中，是blue名字空间）
最后，你需要实际的命令在远程名字空间中执行。在这个例子中，你想要查看在blue名字空间的接口，因此你运行 ip link list。
当你运行那个命令，你就能看到一个回环接口和你刚才移入的veth1接口。

在网络名字空间配置接口

现在，veth1已经移动到蓝色的名称空间，我们需要去实际配置那个接口。再一次，我们会使用 ip netns exec 命令，这一次在blue名字空间中配置veth1接口。

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ip netns exec blue ifconfig veth1 10.1.1.1/24 up
和之前一样，这个命令的格式如下：

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ip netns exec <network namespace> <command to run against that namespace>
在这个例子里，你使用ifconfig给veth1接口指定了一个IP地址，并且开启了这个接口。（注解：你可以使用 ip addr ， ip route ，以及 ip link 命令来完成相同的事情）

一旦veth1接口开启，你能仅仅通过一些不同的命令验证blue名字空间中的网络设置是完全隔离的。打个比方，让我们确定你的”全局”名字空间有物理接口在 172.16.1.0/24 范围，你的veth1接口在一个隔离的名字空间，并且分配了10.1.1.0/24范围。你可以使用这些命令验证网络名字空间是如何保证网络配置隔离的：

ip addr list 在全局名字空间没有显示任何10.1.1.0/24有关的接口或者地址。
ip netns exec blue ip addr list 将仅仅显示10.1.1.0/24有关的接口和地址，也不会显示任何来自全局名字空间的接口或地址。
同样的，ip route list 在每个名称空间将显示不同的路由表条目,包括不同的默认网关。
链接网络名字空间到物理网络

这部分花了我一些时间。我没法解释为什么，但是它这样运作了。一旦我搞懂了，一旦我搞懂了,它是显而易见的。让网络名字空间链接到物理网络的就是使用网桥。在我的例子中，我是用一个Open vSwitch(OVS)桥，但是一个标准Linux网桥也能工作的很好。把一个或多个物理接口和veth接口一样放到网桥中，然后，啪，它们就能用了。当然,如果你有不同的名字空间,你可能想要/需要将它们连接到不同的物理网络或不同的vlan。

 

三、container模式

在理解了host模式后，这个模式也就好理解了。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。

联盟式容器是指使用某个已存在容器的网络接口的容器，接口被联盟内的各容器共享使用；因此，联盟式容器彼此间完全隔离，例如：
联盟式容器彼此虽然共享同一个网络名称空间，但其它名称空间如User、Mount等还是隔离的。
联盟式容器彼此间存在端口冲突的可能性，因此，通常只会在多个容器上的程序需要程序loopback接口互相通信，或对已存的容器的网络属性进行监控时才使用此模式的网络模型。

bridge模式：（默认没有设置网络模式工作在bridge模式），我们启动两个容器，两个容器之间互相隔离，并拥有自己的私有IP，并可以互相通信，等会会介绍：

docker run --name b1 -it --rm busybox

docker run --name b2 -it --rm busybox

container模式：

docker run --name b1 -it --rm busybox

docker run --name b2 -it --rm --network container:b1 busybox

此时我们在b2中使用ifconfig命令，可以看到b2与b1IP相同，彼此之间也可以通信，效果如同一个主机上的两个进程。

 

四、none模式

此模式下容器不参与网络通信，运行于此类容器中的进程仅能访问本地环回接口，仅适用于进程无须网络通信的场景中，例如备份，进程诊断及各种离线任务等。

--network none:设置模式容器工作在none模式下。
在此模式下使用ifconfig -a 显示只有lo网卡。

 

五、Bridge模式（默认网络模式）

桥接式容器一般拥有两个接口：一个环回接口和一个连接至主机上某桥设备的以太网接口，在上面的图片就可以看到。

docker daemon启动时默认会创建一个名为docker0的网络桥，docker0网卡扮演二层交换机与网卡设备，不给IP就是交换机，给了IP即可以当交换机也可以当网卡。

并且我们以后在此模式下创建的容器为桥接式容器，我们每次启动一个容器，就会为这个容器分配一对网卡设备，其中一个网卡在容器上，另外一个网卡在宿主机上，在宿主机上的网卡接口桥接至docker0。

--network bridge：设置容器工作在bridge模式下，即为将容器接口添加至docker0桥。
docker0桥为NAT桥，因此，桥接式容器可通过此桥接口访问外部网络，但防火墙规则阻止一切从外部网络访问桥接式容器的请求，当然也有解决办法，后面会介绍外部访问容器。

 这里容器使用独立network Namespace，并连接到docker0虚拟网卡（默认模式）。通过docker0网桥以及Iptables nat表配置与宿主机通信；bridge模式是Docker默认的网络设置，此模式会为每一个容器分配Network Namespace、设置IP等，并将一个主机上的Docker容器连接到一个虚拟网桥上。

 

 

常用参数的用法

--name：设置容器名
docker run --name  t1 -it  busybox:latest

--rm：退出容器即刻删除容器
docker run --name  Nginx -it --network bridge --rm nginx

--network:设置网络模式，默认bridge模式
docker run --name  t1 -it --network bridge --rm  busybox:latest

--hostname:为容器设置指定主机名
docker run --name  t1 -it --network bridge  --hostname  t1.magedu.com  --rm  busybox:latest
注意：使用hostname命令查看主机名

--dns：设置dns服务器
docker run --name  t1 -it --network bridge  --hostname  t1.magedu.com  --dns 114.114.114.114  --rm  busybox:latest

--dns-search：设置dns搜索域
docker run --name  t1 -it --network bridge  --hostname  t1.magedu.com  --dns 114.114.114.114   --dns-search ilinux.io  --rm  busybox:latest

--add-host：在/etc/hosts文件中添加主机与ip的解析记录
docker run --name  t1 -it --network bridge  --hostname  t1.magedu.com  --dns 114.114.114.114   --dns-search ilinux.io  --rm   --add-host  "docker.com:172.16.0.100"     busybox:latest

 

 

六、 bridge模式的拓扑

 当Docker server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。接下来就要为容器分配IP了，Docker会从RFC1918所定义的私有IP网段中，选择一个和宿主机不同的IP地址和子网分配给docker0，连接到docker0的容器就从这个子网中选择一个未占用的IP使用。如一般Docker会使用172.17.0.0/16这个网段，并将172.17.42.1/16分配给docker0网桥（在主机上使用ifconfig命令是可以看到docker0的，可以认为它是网桥的管理接口，在宿主机上作为一块虚拟网卡使用）。单机环境下的网络拓扑如下，主机地址为10.10.101.105/24。

 

Docker完成以上网络配置的过程大致是这样的：

1. 在主机上创建一对虚拟网卡veth pair设备。veth设备总是成对出现的，它们组成了一个数据的通道，数据从一个设备进入，就会从另一个设备出来。因此，veth设备常用来连接两个网络设备。

2. Docker将veth pair设备的一端放在新创建的容器中，并命名为eth0。另一端放在主机中，以veth65f9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。

3. 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。

 

七、bridge模式下容器的通信

 

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）。

Docker可以开启容器间通信（意味着默认配置--icc=true），也就是说，宿主机上的所有容器可以不受任何限制地相互通信，这可能导致拒绝服务攻击。进一步地，Docker可以通过--ip_forward和--iptables两个选项控制容器间、容器和外部世界的通信。

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（查看规则：iptables -t nat -vnL）：

-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。

 

上面添加规则来实现外部访问略为麻烦，我们还有一种更好的方法，端口映射：
为docker run命令使用-p选项即可实现端口映射，无须手动添加规则

-p选项的使用格式
-p <containerPort>
---将指定的容器端口映射至主机所有地址的一个动态端口（随机端口）
-p <hostPort>:<containerPort>
---将容器端口<containerPort>映射至指定的主机端口<hostPort>
-p <ip>::<containerPort>
---将指定的容器端口<containerPort>映射至主机指定<ip>的动态端口
-p <ip>:<hostPort>:<containerPort>
---将指定的容器端口<containerPort>映射至主机指定<ip>的端口<hostPort>
"动态端口"指随机端口，具体的映射结果可使用docker port命令查看

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 --name=nginx_bridge --net=bridge -p 80:80 -d nginx

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 172.17.0.2:80

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172.17.0.2:80，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的服务。

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。

 

参考：

https://www.cnblogs.com/zuxing/articles/8780661.html

https://yq.aliyun.com/articles/53624

https://www.cnblogs.com/jsonhc/p/7823286.html