有了这篇 Docker 网络原理,彻底爱了~

Docker 网络原理

容器是相对独立的环境,相当于一个小型的 Linux 系统,外界无法直接访问,那他是怎么做的呢,这里我们先了解下 Linux veth pair。

1. Linux veth pair

veth pair 是成对出现的一种虚拟网络设备接口,一端连着网络协议栈,一端彼此相连。如下图所示:

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veth pair将两个网络veth0和veth1连通。

2. 理解Docker0

我们先查看本地ip

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这里我们分析可得,有三个网络:
lo      127.0.0.1      # 本机回环地址
eth0    172.31.179.120   # 阿里云的私有IP(如果你是虚拟机就是虚拟机的ip)
docker0 172.17.0.1       # docker网桥
lo和eth0在我们的虚拟机启动的时候就会创建,但是docker0在我们安装了docker的时候就会创建。docker0用来和虚拟机之间通信。
问题:Docker 是如何处理容器网络访问的?
我们先启动一个 tomcat 容器来说明。
[root@jiangnan tomcat1]# docker pull tomcat
[root@jiangnan tomcat1]# docker images
REPOSITORY   TAG       IMAGE ID       CREATED        SIZE
tomcat       latest    fb5657adc892   2 months ago   680MB
[root@jiangnan tomcat1]# docker run -d -p 8081:8080 --name tomcat01 tomcat
914a7d82b017f63f81c6eba49af5471441f1946c9d45509b69ab2c50c2713b6f
[root@jiangnan tomcat1]#
这里启动了tomcat01,我们再来查看网络

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发现:我们前面查看的时候还是三组网卡,当启动了一个tomcat容器之后,多了一组网卡201: vethad33778@if200,而且还是成对的。同样我们再来启动一个tomcat02会又多出一对网卡。

进入了 tomcat01 容器内可以看到 tomcat01 对应的 ip 地址为:172.17.0.2

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在宿主机上也可ping通。

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说明:tomcat02对应的ip为172.17.0.3,也可以ping通。

结论:我们每启动一个容器,就会多出一对网卡,同时他们被连接到docker0上,而docker0又和虚拟机之间连通。

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也可以通过inspect查看。
[root@jiangnan tomcat1]# docker network ls
NETWORK ID     NAME      DRIVER    SCOPE
4d3e75606593   bridge    bridge    local   # 这个就是docker0
8e92ee24e5f6   host      host      local
e85ffb1f2cc3   none      null      local

[root@jiangnan tomcat1]# docker inspect 4d3e75606593
"IPAM": {   
            "Driver""default",
            "Options": null,
            "Config": [
                {
                    "Subnet""172.17.0.0/16",
                    "Gateway""172.17.0.1"    # 网关
                }
            ]
        },

"Containers": {   # 容器
            "15910ee083965d60c46bf9b3b292570fef9b8925905aa4df90c6d48142bb2eee": {
                "Name""tomcat01",
                "EndpointID""9c7a5ab65f1fc91b1d92ad61dec9b2f518f67f69f662522483dca789616f42aa",
                "MacAddress""02:42:ac:11:00:02",
                "IPv4Address""172.17.0.2/16",
                "IPv6Address"""
            },
            "6c9a6a5d8eca9ad52926008c7b30516d23293ff8ad1f38947957d571431d5297": {
                "Name""tomcat02",
                "EndpointID""f83c1e643236cd65f50fba03929ca14d5df8d135b1f6cb8adf203cf96084f7aa",
                "MacAddress""02:42:ac:11:00:03",
                "IPv4Address""172.17.0.3/16",
                "IPv6Address"""
            }
        },
我们可以抽象为这样一个网络模型。

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在这里,我们可以看到Docker0相当于一个路由器的作用,任何一个容器启动默认都是docker0网络。

docker默认会给容器分配一个可用ip,并把它同docke0相连。使用到的就是veth pair技术。

3. 容器互联–Link

在网络模型图中可以看出,容器和容器之间不能直接连通。

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前面我们启动的两个 tomcat 对应的 hosts 如下:
[root@jiangnan tomcat1]# docker exec -it tomcat01 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  3ecb3204e2dc
root@3ecb3204e2dc:/usr/local/tomcat#
[root@jiangnan tomcat1]# docker exec -it tomcat02 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
172.17.0.3  6c9a6a5d8eca
[root@jiangnan tomcat1]#

发现:他们的 hosts 中只有各自的ip地址。

但是在实际的工作中,容器使用的是虚拟ip,每次启动ip都会变化,思考一个场景,我们编写一个微服务,数据库连接地址原来是使用ip的,如果ip变化就不行了,那我们能不能使用服务名访问呢?
我们在启动一个tomcat03,使用—link绑定到tomcat02上。然后看它的hosts是什么样的。
[root@jiangnan tomcat1]# docker run -d -p 8083:8080 --name tomcat03 --link tomcat02 tomcat
db75c42f7f7f609218deb290d3e923e3c7da6bcf8c0b38cde27962fb2b9e9a54
[root@jiangnan tomcat1]# docker exec -it tomcat03 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
172.17.0.3  tomcat02 e4060ea4ee28   # 发现tomcat2直接被写在这里
172.17.0.4  db75c42f7f7f
root@db75c42f7f7f:/usr/local/tomcat#

发现:使用了–link,不但有了自己的ip,而且还有了tomcat02的服务名。但是tomcat02中并没有tomcat03的,因为–link是单向的。

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这样就实现了容器和容器之间的连通。不需要通过ip地址连通,而是通过服务名就可以。

但是使用—link的方法过时了,我们一般使用自定义网络。

4.自定义网络(推荐)

docker0的特点:

  • 它是默认的

  • 域名访问不通

  • –link 域名通了,但是删了又不行

docker为我们提供了三种网络模式

[root@jiangnan tomcat1]# docker network ls
NETWORK ID     NAME      DRIVER    SCOPE
4d3e75606593   bridge    bridge    local
8e92ee24e5f6   host      host      local
e85ffb1f2cc3   none      null      local
[root@jiangnan tomcat1]#

这其中默认使用的是 bridge,也就是我们的docker0网卡。

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在我们启动容器的时候,实际上是如下命令

[root@jiangnan tomcat1]# docker run -d -P --name tomcat01 --net bridge tomcat

这个—net是默认的,所以被省略了。

下面我们自定义一个网络 mynet。微信搜索公众号:架构师指南,回复:架构师 领取资料 。

# 自定义创建的默认default "bridge"
[root@jiangnan tomcat1]# docker network create --driver bridge --subnet 192.168.0.0/16 --gateway 192.168.0.1 mynet
3136d64109c6f285bc69d3ee4be901524292d0e5ddd9e414d49197dfa6c19ba1
[root@jiangnan tomcat1]# docker network ls
NETWORK ID     NAME      DRIVER    SCOPE
4d3e75606593   bridge    bridge    local
8e92ee24e5f6   host      host      local
3136d64109c6   mynet     bridge    local   # 多了一个mynet
e85ffb1f2cc3   none      null      local

[root@jiangnan tomcat1]# docker network inspect mynet
[
    {
        "Name""mynet",
        "Id""3136d64109c6f285bc69d3ee4be901524292d0e5ddd9e414d49197dfa6c19ba1",
        "Created""2022-02-27T14:15:44.676693958+08:00",
        "Scope""local",
        "Driver""bridge",
        "EnableIPv6"false,
        "IPAM": {
            "Driver""default",
            "Options": {},
            "Config": [
                {
                    "Subnet""192.168.0.0/16",  # 子网地址
                    "Gateway""192.168.0.1"   # 网关
                }
            ]
        },
        "Internal"false,
        "Attachable"false,
        "Ingress"false,
        "ConfigFrom": {
            "Network"""
        },
        "ConfigOnly"false,
        "Containers": {},
        "Options": {},
        "Labels": {}
    }
]
[root@jiangnan tomcat1]#

下面我们使用自定义的网络启动 tomcat

[root@jiangnan tomcat1]# docker run -d  -p 8081:8080 --name tomcat-net-01 --net mynet tomcat
675439c851dc29355c03f82bb163f9e5a326e230447d86d40d53ff08766cfd06
[root@jiangnan tomcat1]# docker run -d  -p 8082:8080 --name tomcat-net-02 --net mynet tomcat
31f12c9332e8b4b6e66619dc988533f2863b80e71dbf490c8313694637814ca1
[root@jiangnan tomcat1]# docker ps
CONTAINER ID   IMAGE     COMMAND             CREATED          STATUS          PORTS                                       NAMES
31f12c9332e8   tomcat    "catalina.sh run"   3 seconds ago    Up 2 seconds    0.0.0.0:8082->8080/tcp, :::8082->8080/tcp   tomcat-net-02
675439c851dc   tomcat    "catalina.sh run"   12 seconds ago   Up 12 seconds   0.0.0.0:8081->8080/tcp, :::8081->8080/tcp   tomcat-net-01
[root@jiangnan tomcat1]#

查看网络

[root@jiangnan tomcat1]# docker inspect mynet
[
    {
        "Name""mynet",
        "Id""3136d64109c6f285bc69d3ee4be901524292d0e5ddd9e414d49197dfa6c19ba1",
        "Created""2022-02-27T14:15:44.676693958+08:00",
        "Scope""local",
        "Driver""bridge",
        "EnableIPv6"false,
        "IPAM": {
            "Driver""default",
            "Options": {},
            "Config": [
                {
                    "Subnet""192.168.0.0/16",
                    "Gateway""192.168.0.1"
                }
]
        },
        "Internal"false,
        "Attachable"false,
        "Ingress"false,
        "ConfigFrom": {
            "Network"""
        },
        "ConfigOnly"false,
        "Containers": {
            "31f12c9332e8b4b6e66619dc988533f2863b80e71dbf490c8313694637814ca1": {
                "Name""tomcat-net-02",
                "EndpointID""1c0e9dbffff295f2326bfd1e2847c0f1d9136ff00519101bb11d922e7da4f818",
                "MacAddress""02:42:c0:a8:00:03",
                "IPv4Address""192.168.0.3/16",
                "IPv6Address"""
            },
            "675439c851dc29355c03f82bb163f9e5a326e230447d86d40d53ff08766cfd06": {
                "Name""tomcat-net-01",
                "EndpointID""2653da0a25d166f0d7222235e85d8231d9424e19949b6e6b7cfa1a3eddcc462b",
                "MacAddress""02:42:c0:a8:00:02",
                "IPv4Address""192.168.0.2/16",
                "IPv6Address"""
            }
        },
        "Options": {},
        "Labels": {}
    }
]
[root@jiangnan tomcat1]#
# 我们来测试ping容器名和ip试试,都可以ping通
[root@jiangnan ~]# docker exec -it tomcat-net-01 ping 192.168.0.3
PING 192.168.0.3 (192.168.0.3) 56(84) bytes of data.
64 bytes from 192.168.0.3: icmp_seq=1 ttl=64 time=0.093 ms
[root@jiangnan ~]# docker exec -it tomcat-net-01 ping tomcat-net-02
PING tomcat-net-02 (192.168.0.3) 56(84) bytes of data.
64 bytes from tomcat-net-02.mynet (192.168.0.3): icmp_seq=1 ttl=64 time=0.063 ms
64 bytes from tomcat-net-02.mynet (192.168.0.3): icmp_seq=2 ttl=64 time=0.066 ms

发现:不用—link也可以直接通过服务名ping通了。

5.网络连通

docker0和自定义网络肯定不通,我们使用自定义网络的好处就是网络隔离。
但是在实际的工作中,比如我们部署了mysql使用了一个网段。部署了tomcat使用了另一个网段,两个网段之间肯定是不能相互连通的,但是tomcat和mysql又需要相互连通,我们就要使用网络连通。原理图如下:

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网络连通就是将一个容器和一个网段之间的连通。

比如我前面使用的默认docker0的tomcat01,需要连接到mynet网络。

# docker network connect 网络 容器
[root@jiangnan tomcat1]# docker network connect mynet tomcat01
[root@jiangnan tomcat1]# docker network inspect mynet
[
    {
        "Name""mynet",
        "Id""3136d64109c6f285bc69d3ee4be901524292d0e5ddd9e414d49197dfa6c19ba1",
        "Created""2022-02-27T14:15:44.676693958+08:00",
        "Scope""local",
        "Driver""bridge",
        "EnableIPv6"false,
        "IPAM": {
            "Driver""default",
            "Options": {},
            "Config": [
                {
                    "Subnet""192.168.0.0/16",
                    "Gateway""192.168.0.1"
                }
]
        },
        "Internal"false,
        "Attachable"false,
        "Ingress"false,
        "ConfigFrom": {
            "Network"""
        },
        "ConfigOnly"false,
        "Containers": {
            "2e709013935463c29caf28771bb49925fee4e02842459b339d7dd1ad5dedf9b7": {
                "Name""tomcat-net-01",
                "EndpointID""9f3a46bad37ade7935e283715caa5699e9a7e22175b592f4a4792a37c351d969",
                "MacAddress""02:42:c0:a8:00:02",
                "IPv4Address""192.168.0.2/16",
                "IPv6Address"""
            },
            "5c0c544f2507d9f5f456feceddbd853ebccc07cea8c39c8479693731e480bf55": {
                "Name""tomcat01",
                "EndpointID""d05abb2d31af4067c5a45f299ce7b4401b1fa81638a44b6c09f3de7f8f4221fe",
                "MacAddress""02:42:c0:a8:00:04",
                "IPv4Address""192.168.0.4/16",
                "IPv6Address"""
            },
            "d6066db5fdd0b508514107a896ed20b639eaa47dbd97a025ad0c52250766c8a4": {
                "Name""tomcat-net-02",
                "EndpointID""3a5f6f2a07d900303382b290825c9f52640689c859608c741c7c7d81031e107e",
                "MacAddress""02:42:c0:a8:00:03",
                "IPv4Address""192.168.0.3/16",
                "IPv6Address"""
            }
        },
        "Options": {},
        "Labels": {}
    }
]
[root@jiangnan tomcat1]#
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通过这种方式直接将tomcat01加到了mynet网络中。

6.总结

  • veth pair是成对出现的一种虚拟网络设备接口,一端连着网络协议栈,一端彼此相连。

  • docker中默认使用docker0网络。

  • docker0相当于一个路由器的作用,任何一个容器启动默认都是docker0网络。

  • docker0是容器和虚拟机之间通信的桥梁。

  • 推荐使用自定义网络,更好实现使用服务名的连通方式,避免ip改变的尴尬。

  • 网络之间不能直接连通,网络连通是将一个容器和一个网络之间的连通,实现跨网络操作。

来源:CSDN

--完--

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