linux12 - docker容器化 -->Docker-day3-四种网络模式

Posted FikL-09-19

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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了linux12 - docker容器化 -->Docker-day3-四种网络模式相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

docker 网络

# docker的网络是基于linux namespace虚拟化实现的
docker网络是基于什么的?
linux网络名称空间

1、host模式

容器使用宿主主机的网卡,不能跟宿主主机之间的端口冲突。

2、Container模式

一个容器使用另一个容器的网卡。

Docker 的四种网络模式

Docker 本身的技术依赖于 Linux 内模式核虚拟化技术的发展。所以 Docker 对 Linux 内核的特性有很强的依赖。 本章主要介绍 Docker 所使用的 Linux 网络技术。

一、网络基础

其中 Docker 使用到的与 Linux 网络有关的技术分别有:网络名称空间、Veth、Iptables、网桥、路由。

1.网络名称空间介绍
为了支持网络协议栈的多个实例,Linux 在网络协议栈中引入了网络名称空间(Network Namespace),这些 独立的协议栈被隔离到不同的命名空间中。处于不同的命名空间的网络协议栈是完全隔离的,彼此之间无法进行 网络通信,就好像两个“平行宇宙”。通过这种对网络资源的隔离,就能在一个宿主机上虚拟多个不同的网络环 境,而 Docker 正是利用这种网络名称空间的特性,实现了不同容器之间的网络隔离。在 Linux 的网络命名空间 内可以有自己独立的 Iptables 来转发、NAT 及 IP 包过滤等功能。

Linux 的网络协议栈是十分复杂的,为了支持独立的协议栈,相关的这些全局变量都必须修改为协议栈私有。 最好的办法就是让这些全局变量成为一个 Net Namespace 变量的成员,然后为了协议栈的函数调用加入一个 Namespace 参数。这就是 Linux 网络名称空间的核心。所以的网络设备都只能属于一个网络名称空间。当然, 通常的物理网络设备只能关联到 root 这个命名空间中。虚拟网络设备则可以被创建并关联到一个给定的命名空 间中,而且可以在这些名称空间之间移动

在这里插入图片描述

2.创建一个命名空间
# 新建一台新机器
[root@docker1 ~]# ip netns add tes1
[root@docker1 ~]# ip netns add tes2
[root@docker1 ~]# ip netns ls #或者 ip netns  list
tes2
tes1
1)Veth设备
引入 Veth 设备对是为了在不同的网络名称空间之间进行通信,利用它可以直接将两个网络名称空间链接起来。
由于要连接的两个网络命名空间,所以 Veth 设备是成对出现的,很像一对以太网卡,并且中间有一根直连 的网线。
既然是一对网卡,那么我们将其中一端称为另一端的 peer。在 Veth 设备的一端发送数据时,它会将数 据直接发送到另一端,并触发另一端的接收操作

在这里插入图片描述

2)Veth设备操作

先打通tes01与root命名空间的网络

1> 创建Veth设备对
[root@docker1 ~]# ip link add veth type veth peer name veth001
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN mode DEFAULT group default qlen 1000
    link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
 ...
 
4: veth001@veth: <BROADCAST,MULTICAST,M-DOWN> mtu 1500 qdisc noop state DOWN mode DEFAULT group default qlen 1000
    link/ether 1a:68:da:4d:bb:d8 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
5: veth@veth001: <BROADCAST,MULTICAST,M-DOWN> mtu 1500 qdisc noop state DOWN mode DEFAULT group default qlen 1000
    link/ether 0a:aa:b5:dd:14:f0 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
			···
2> 绑定命名空间

将veth设备对一端添加到tes01命名空间内
veth另一端留给root命名空间

[root@docker ~]# ip link set veth001 netns tes01
[root@docker ~]# ip link show | grep veth
8: veth@if7: <BROADCAST,MULTICAST> mtu 1500 qdisc noop state DOWN mode DEFAULT group default qlen 1000

# 此时查看不到veth001,进入tes01命名空间后,即可查看到
[root@docker1 ~]# ip netns exec tes01 
[root@docker1 ~]# ip a
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
4: veth001@if5: <BROADCAST,MULTICAST> mtu 1500 qdisc noop state DOWN group default qlen 1000
    link/ether 1a:68:da:4d:bb:d8 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff link-netnsid 0
# 因为进入与退出命名空间的主机名是一样的,记得退出到root名称空间
[root@docker1 ~]# exit
exit
3> 给tes01内的Veth分配一个IP
# 分配一个IP
[root@docker ~]# ip netns exec tes01 ip addr add 172.16.0.11/20 dev veth001

# 绑定veth到tes01
[root@docker ~]# ip netns exec tes01 ip link set dev veth001 up

# 查看,绑定+分配成功
[root@docker1 ~]# ip netns exec tes01 ip a
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
4: veth001@if5: <BROADCAST,MULTICAST> mtu 1500 qdisc noop state DOWN group default qlen 1000
    link/ether 1a:68:da:4d:bb:d8 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff link-netnsid 0
    inet 172.16.0.11/20 scope global veth001
       valid_lft forever preferred_lft forever
4> 为对端Veth设备分配IP

对端为root命名空间

# 查看,发现此时无IP
[root@docker ~]# ip a
	···
8: veth@if7: <BROADCAST,MULTICAST> mtu 1500 qdisc noop state DOWN group default qlen 1000
    link/ether 66:ac:b6:d2:81:d3 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff link-netnsid 0
    
# 为其分配IP
[root@docker ~]# ip addr add 172.16.0.12/20 dev veth

# 再次查看发现IP已分配成功
[root@docker ~]# ip a
	···
8: veth@if7: <BROADCAST,MULTICAST> mtu 1500 qdisc noop state DOWN group default qlen 1000
    link/ether 66:ac:b6:d2:81:d3 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff link-netnsid 0
    inet 172.16.0.12/20 scope global veth
       valid_lft forever preferred_lft forever
5> 测试互ping
# 此时测试双方可以相互ping通!

- 宿主机vethip的为172.16.0.12
- tes01内veth的ip为172.16.0.11

1.在宿主机ping tes01
[root@docker ~]# ping 172.16.0.11
PING 172.16.0.11 (172.16.0.11) 56(84) bytes of data.
64 bytes from 172.16.0.11: icmp_seq=1 ttl=64 time=0.052 ms
64 bytes from 172.16.0.11: icmp_seq=2 ttl=64 time=0.057 ms
^C
--- 172.16.0.11 ping statistics ---
2 packets transmitted, 2 received, 0% packet loss, time 999ms
rtt min/avg/max/mdev = 0.052/0.054/0.057/0.007 ms


2.在tes01命名空间内ping宿主机
[root@docker ~]# ip netns exec tes01 
[root@docker ~]# ping 172.16.0.12
PING 172.16.0.12 (172.16.0.12) 56(84) bytes of data.
64 bytes from 172.16.0.12: icmp_seq=1 ttl=64 time=0.103 ms
64 bytes from 172.16.0.12: icmp_seq=2 ttl=64 time=0.068 ms
^C
--- 172.16.0.12 ping statistics ---
2 packets transmitted, 2 received, 0% packet loss, time 1012ms
rtt min/avg/max/mdev = 0.068/0.085/0.103/0.019 ms

6> 补充概念

每run起一个容器,则会在ip a内生成一个veth设备,容器清除后,veth设备则会随之清除

3.网桥介绍

    Linux 可以支持多个不同的网络,它们之间能够相互通信,就需要一个网桥。 网桥是二层的虚拟网络设备, 它是把若干个网络接口“连接”起来,从而报文能够互相转发。

    网桥能够解析收发的报文,读取目标 MAC 地 址的信息,和自己记录的 MAC 表结合,来决定报文的转发目标网口。 网桥设备 brO 绑定了 eth0、 eth1 。对于网络协议的上层来说,只看得到 brO 。
    因为桥接是在数据链 路层实现的 ,上层不需要关心桥接的细节,于是协议枝上层需要发送的报文被送到 brO ,网桥设备的处理代 码判断报文该被转发到 ethO 还是 ethl ,或者两者皆转发。反过来,从 ethO 或从 ethl 接收到的报文被提交 给网桥的处理代码,在这里会判断报文应该被转发、丢弃还是提交到协议枝上层。 而有时 ethl 也可能会作为 报文的源地址或目的地址 直接参与报文的发送与接收,从而绕过网桥。
    
# 网桥  ----------> 相当于     交换机

在这里插入图片描述

网桥补充

docker network [cmd]

# 查看网桥
	docker network ls
	
# 创建网桥
	docker network create [网桥名称]
	
# 查看网桥信息
	docker network inspect [网桥的名称|ID]

# 连接一个容器
	docker network connect [网络名称] [容器名称]

# 断开一个连接
	docker network disconnect [网络名称] [容器名称]

[root@docker ~]# docker ps
CONTAINER ID   IMAGE     COMMAND                  CREATED          STATUS          PORTS     NAMES
cf263ab4f7c0   nginx     "/docker-entrypoint.…"   19 minutes ago   Up 19 minutes   80/tcp    boring_poincare
60b5ca330f76   nginx     "/docker-entrypoint.…"   24 minutes ago   Up 24 minutes   80/tcp    silly_chatelet
[root@docker ~]# docker network Cnnect mm boring_poincare #创建
[root@docker ~]# docker network disconnect mm boring_poincare #删除

# 删除一个网桥
	docker network rm [网桥名称]

# 清除所有网桥(清除除了默认的三个网桥之外和正在使用的)
	docker network prune
[root@docker ~]# docker network ls
NETWORK ID     NAME      DRIVER    SCOPE
ca6024e1565b   bridge    bridge    local
78c7eb1884a2   host      host      local
55fea18f04d0   mm        bridge    local
442fc1b858a6   none      null      local
9263d05caf7a   ping      bridge    local
[root@docker ~]# docker rm -f 9263d05caf7a 
Error: No such container: 9263d05caf7a
[root@docker ~]# docker network rm 9263d05caf7a 
9263d05caf7a
4.iptables
 我们知道, Linux 络协议樵非常高效,同时比较复杂,如果我们希望在数据的处理过程中对关心的数据进行 一些操作该怎么做呢?

     Linux 提供了一套机制来为用户实现自定义的数据包处理过程。在 Linux 网络协议棋中有一组回调函数挂接点,通过这些挂接点挂接的钩子函数可以在 Linux 网络棋处理数 据包的过程中对数据包进行一些操作,例如过滤、修改、丢弃等 整个挂接点技术叫作 Netfilter lptables Netfilter 负责在内核中执行各种挂接的规则,运行在内核模式中:而 lptables 是在用户模式下运行的进程,负责协助维护内核中 Netfilter 的各种规则表 通过 者的配合来实现整个 Linux 网络协议战中灵活的数据包处理 机制。

5.总结
设备作用总结
network namespace主要提供了关于网络资源的隔离,包括网络设备、IPv4 和 IPv6 协议栈、IP 路 由表、防火墙、/proc/net 目录、/sys/class/net 目录、端口(socket)等
linux Bridge功能相当于物理交换机,为连在其上的设备(容器)转发数据帧。如 docker0 网桥
iptables主要为容器提供 NAT 以及容器网络安全
veth pair两个虚拟网卡组成的数据通道。在 Docker 中,用于连接 Docker 容器和 Linux Bridge。一端在容器中作为 eth0 网卡,另一端在 Linux Bridge 中作为网桥的 一个端口
二、四种网络模式(模型)
简介
     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。(默认为该模式)

     Docker 使用 Linux 桥接的方式,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 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。
   
# HOST模式

–-network=host
容器和宿主机共享 Network namespace
# Container模式

–network=container:ID
容器和另外一个容器共享 Network namespace。 kubernetes 中的 pod 就是多个容器共享一个 Network namespace
# none模式

–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模式

–network=bridge

1.HOST模式(主机)
    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。

在这里插入图片描述

1)案例
# 运行容器,指定为host模式
[root@docker ~] docker run -d --name my-web --network=host nginx

# 查看启动
[root@docker ~] docker ps
CONTAINER ID   IMAGE     COMMAND                  CREATED              STATUS              PORTS     NAMES
d7b23542ced3   nginx     "/docker-entrypoint.…"   About a minute ago   Up About a minute             my-web

# 容器与宿主机主机名一致,是因为得到了host解析的缘故,自己要区分好,内部内容不同
# 容器与宿主机ip a内容也是一样的
[root@docker ~] docker exec -it my-web 
root@docker:/ ls
bin   dev		   docker-entrypoint.sh  home  lib64  mnt  proc  run   srv  tmp  var
boot  docker-entrypoint.d  etc			 lib   media  opt  root  sbin  sys  usr

# 通过本机ip+端口可直接访问到容器内部
[root@docker ~] curl 127.0.0.1
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<title>Welcome to nginx!</title>
<style>
    body {
        width: 35em;
        margin: 0 auto;
        font-family: Tahoma, Verdana, Arial, sans-serif;
    }
</style>
</head>
<body>
<h1>Welcome to nginx!</h1>
<p>If you see this page, the nginx web server is successfully installed and
working. Further configuration is required.</p>

<p>For online documentation and support please refer to
<a href="http://nginx.org/">nginx.org</a>.<br/>
Commercial support is available at
<a href="http://nginx.com/">nginx.com</a>.</p>

<p><em>Thank you for using nginx.</em></p>
</body>
</html>

# 若再次启动一个nginx并指定为host模式,则会端口冲突
[root@docter ~]# docker run -d --network=host nginx
316516cf07cebc462c4c2ef6ec2887c207dc4e0e161d6111121ff3957447190b

# 启动后速度查看后台会显示启动
[root@docter ~]# docker ps
CONTAINER ID   IMAGE     COMMAND                  CREATED          STATUS          PORTS                                     NAMES
d7f9566b853b   nginx     "/docker-entrypoint.…"   3 minutes ago    Up 3 minutes                                              thirsty_black
7744fbe4a8a8   nginx     "/docker-entrypoint.…"   54 minutes ago   Up 54 minutes   0.0.0.0:49154->80/tcp, :::49154->80/tcp   epic_neumannb

# 隔两秒就没有了,端口冲突起不来的缘故
[root@docter ~]# docker ps
CONTAINER ID   IMAGE     COMMAND                  CREATED          STATUS          PORTS                                     NAMES
d7f9566b853b   nginx     "/docker-entrypoint.…"   3 minutes ago    Up 3 minutes                                              thirsty_black

# 启动时感觉像成功,其实是在报错误日志,只不过没显示而已
[root@docker ~] docker logs romantic_tereshkova
nginx: [emerg] bind() to 0.0.0.0:80 failed (98: Address already in use)
2021/03/28 11:03:36 [emerg] 1#1: bind() to [::]:80 failed (98: Address already in use)
	···


2)HOST模式总结
  • 容器使用宿主主机的网卡,不能跟宿主主机之间的端口冲突。
  • 四种模式相比之下性能最高
2.Container模式(集装箱/容器)
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。

在这里插入图片描述

1)案例
# container后跟共享容器的名称
[root@docker ~] docker run -it --network=container:ngixn nginx 

# 访问nginx测试成功
root@docker:/ curl 127.0.0.1 
<!DOCTYPE html>
	···
</body>
</html>


2)Container模式总结
一个容器使用另一个容器的网卡(网络共享)

# K8s大量内使用

3.none模式(无网络)
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

适用于保密文件等

很少用,无网络

在这里插入图片描述

4.bridge模式(桥接)
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设备的一段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,无需写 --net 参数,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。

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-x6NZpo4K-1624197725139)(C:\\Users\\17155\\Desktop\\docker img\\1623944033690.png)]

运行容器默认不指定,即为bridge模式
若创建网桥如lnmp,运行容器时指定为lnmp,即为bridge模式

1.创建一个网桥(相当于自定义名称,默认模式bridge),其余三个模式无须创建,可直接指定
[root@docter ~]# docker network create mm
55fea18f04d0d8e61639f1d4903ad94911c5fabaac7a42e90dad8dcc96bd27a8
[root@docter ~]# docker network ls
NETWORK ID     NAME      DRIVER    SCOPE
414da271498a   bridge    bridge    local
78c7eb1884a2   host      host      local
55fea18f04d0   mm        bridge    local
442fc1b858a6   none      null      local

2.指定网络模式运行一个容器
[root@docter ~]# docker run -d --network=mm nginx   #执行这条命令就行,下面无需执行
674555c38ce4825497ba1e0611a5d70748c306b85f76b1ed3045ccf22926d79b
[root@docter ~]# docker run -d --network=mm  --name  sas nginx   
9fcf71a40b00d4cfe351a216213d09cf5cadef2313e98f6b9de22fdcf22378a3
[root@docter ~]# docker ps
CONTAINER ID   IMAGE     COMMAND                  CREATED              STATUS              PORTS                                     NAMES
9fcf71a40b00   nginx     "/docker-entrypoint.…"   About a minute ago   Up About a minute   80/tcp                                    sas
674555c38ce4   nginx     "/docker-entrypoint.…"   About a minute ago   Up About a minute   80/tcp                                    romantic_galileo
# 测试访问
[root@docter ~]# docker run -it --network=mm centos 
[root@5cff60a9e354 /]# curl sas 
[root@5cff60a9e354 /]# curl sas  
<!DOCTYPE html>
...
</body>
</html>
# 查看:为bridge模式 
[root@docker ~]# docker inspect nginx
	···
    "Networks": {
    "bridge": {
    "IPAMConfig": null,
    "Links": null,
	···
	
3.不指定网络模式运行一个容器
[root@docker ~] docker run -d --name mysql mysql:5.7
b4cbedd83f1325cd778f0d29b9ee25fd1949a5276166d7980a94a31444132c3a

# 查看:依然默认是bridge模式
[root@docker ~] docker inspect mysql
	···
    "Networks": {
    "bridge": {
    "IPAMConfig": null,

以上是关于linux12 - docker容器化 -->Docker-day3-四种网络模式的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章

linux12 - docker容器化 -->Docker-day3-四种网络模式

Docker 工作原理及容器化简易指南

Docker-Compose API 调用和端点容器化

Linux 容器化技术详解(虚拟化容器化Docker)

docker vs docker-compose 解密

体验SpringBoot(2.3)应用制作Docker镜像(官方方案)