docker容器网络

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目录

• docker的四种网络模式
  • bridge模式
  • container模式
  • host模式
  • none模式
• 虚拟设备创建应用
• 容器的常用操作

docker的四种网络模式

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等
bridge	--network bridge	默认模式

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

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

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

虚拟设备创建应用

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 attach NAME PID
	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 [target-nsid POSITIVE-INT] [nsid POSITIVE-INT]
NETNSID := auto | POSITIVE-INT

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 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 ~]# ip netns list
[root@localhost ~]# ip netns add ns0
[root@localhost ~]# ip netns list
ns0
[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

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 ip addr
1: lo: <LOOPBACK> mtu 65536 qdisc noop state DOWN group default qlen 1000
    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 该lo回环网卡，会提示Network is unreachable

[root@localhost ~]# ip netns exec ns0 ping 127.0.0.1
connect: 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
[root@localhost ~]# 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=0.028 ms
64 bytes from 127.0.0.1: icmp_seq=2 ttl=64 time=0.041 ms

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
[root@localhost ~]# ip a
16: veth0@veth1: <BROADCAST,MULTICAST,M-DOWN> mtu 1500 qdisc noop state DOWN group default qlen 1000
    link/ether 3e:20:a9:f5:7d:cc brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
17: veth1@veth0: <BROADCAST,MULTICAST,M-DOWN> mtu 1500 qdisc noop state DOWN group default qlen 1000
    link/ether c2:34:c7:2f:f1:ee brd ff:ff:ff:ff:ff:ff

可以看到，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
[root@localhost ~]# ip netns list
ns1
ns0

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 10.0.0.1/24 dev veth0
[root@localhost ~]# ip netns exec ns1 ip link set lo up
[root@localhost ~]# ip netns exec ns1 ip link set veth1 up
[root@localhost ~]# ip netns exec ns1 ip addr add 10.0.0.2/24 dev veth1

查看这对veth pair的状态

[root@localhost ~]# ip netns exec ns0 ip a
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN group default qlen 1000
    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
16: veth0@if17: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc noqueue state UP group default qlen 1000
    link/ether 3e:20:a9:f5:7d:cc brd ff:ff:ff:ff:ff:ff link-netns ns1
    inet 10.0.0.1/24 scope global veth0
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 fe80::3c20:a9ff:fef5:7dcc/64 scope link 
       valid_lft forever preferred_lft forever
[root@localhost ~]# ip netns exec ns1 ip a
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN group default qlen 1000
    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
17: veth1@if16: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc noqueue state UP group default qlen 1000
    link/ether c2:34:c7:2f:f1:ee brd ff:ff:ff:ff:ff:ff link-netns ns0
    inet 10.0.0.2/24 scope global veth1
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 fe80::c034:c7ff:fe2f:f1ee/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@localhost ~]# 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=0.043 ms
64 bytes from 10.0.0.1: icmp_seq=2 ttl=64 time=0.040 ms
64 bytes from 10.0.0.1: icmp_seq=3 ttl=64 time=0.045 ms

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

veth设备重命名

[root@localhost ~]# ip netns exec ns0 ip link set veth0 down
[root@localhost ~]# ip netns exec ns0 ip link set dev veth0 name eth0
[root@localhost ~]# ip netns exec ns0 ifconfig -a
eth0: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST>  mtu 1500
        inet 10.0.0.1  netmask 255.255.255.0  broadcast 0.0.0.0
        inet6 fe80::30c4:23ff:fedd:a71c  prefixlen 64  scopeid 0x20<link>
        ether 32:c4:23:dd:a7:1c  txqueuelen 1000  (Ethernet)
        RX packets 12  bytes 928 (928.0 B)
        RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0
        TX packets 20  bytes 1576 (1.5 KiB)
        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0
[root@localhost ~]# ip netns exec ns0 ip link set eth0 up

容器的常用操作

查看容器的主机名

[root@localhost ~]# docker run -it  --network bridge --rm centos
[root@8fb195f02320 /]# hostname
8fb195f02320

在容器启动时注入主机名

[root@localhost ~]# docker run -it --network bridge --hostname zdz --rm centos
[root@zdz /]# hostname
zdz
[root@zdz /]# cat /etc/hosts
127.0.0.1	localhost
::1	localhost ip6-localhost ip6-loopback
fe00::0	ip6-localnet
ff00::0	ip6-mcastprefix
ff02::1	ip6-allnodes
ff02::2	ip6-allrouters
172.17.0.2	zdz     //注入主机名时会自动创建主机名到IP的映射关系
[root@zdz /]# cat /etc/resolv.conf 
# Generated by NetworkManager
search localdomain
nameserver 192.168.26.2   //DNS也会自动配置为宿主机的DNS

手动指定容器要使用的DNS

[root@localhost ~]# docker run -it --network bridge --hostname zdz --dns 114.144.144.144 --rm centos
[root@zdz /]# cat /etc/resolv.conf 
search localdomain
nameserver 114.144.144.144

手动往/etc/hosts文件中注入主机名到IP地址的映射

[root@localhost ~]# docker run -it --network bridge --hostname zdz --add-host www.a.com:1.1.1.1  --rm centos
[root@zdz /]# cat /etc/hosts
127.0.0.1	localhost
::1	localhost ip6-localhost ip6-loopback
fe00::0	ip6-localnet
ff00::0	ip6-mcastprefix
ff02::1	ip6-allnodes
ff02::2	ip6-allrouters
1.1.1.1	www.a.com
172.17.0.2	zdz