Docker网络模式介绍

Posted 2020-11-22 beyang

一、概述

　　docker的网络驱动有很多种方式，按照docker官网给出的网络解决方案就有6种，分别是：bridge、host、overlay、macvlan、none、Network plugins，每个网络都有自己的特点，当然应用场景也不同，比如当有多台主机上的docker容器需要容器间进行跨宿主机通讯时，overlay和macvlan可提供解决方案，而默认docker采用的是bridge模式，而此模式不能与其他主机上的docker容器通讯。本文主要介绍docker单主机通讯方式的几种通讯模式：bridge、host、none、container。

　　启动容器指明网络通过参数--network选择指定，可简写为--net，默认如果不加选项使用的是bridge。

二、bridge网络模式

介绍

   bridge模式是docker默认的网络方式，当Docker 进程启动时，会自动在主机上创建一个 docker0 虚拟网桥，默认分配网段172.17.0.0/16，实际上是 Linux 的一个 bridge，可以理解为一个软件交换机，附加在其上的任何网卡之间都能自动转发数据包。

    创建一个容器时，容器从docker0中的子网分配一个IP地址(也可以使用--ip指定)，并创建一对veth虚拟网络设备，一个设备在容器中作为容器的网卡名叫eth0，另一个设备在宿主机上叫做名称为vethXXX并桥接在docker0上，可通过命令brctl show 查看，通过这样的桥接方法宿主机上的所有容器都处于同一个二层网络中，这样使得容器与容器以及容器与宿主机之间能够互相通信，以下介绍其通信细节。（ps:这里的通信是单主机上容器通讯）

关于veth

    veth 是 Virtual ETHernet 的缩写，是一种虚拟网络设备。它的特点是：当它被创建以后，总是以两张虚拟网卡（Veth peer）形式成对出现，并且在一个网卡上的数据包可直接转发给另一个与之对应的网卡上，即使这两个网卡不在同一个namespace中。这里推荐一篇文章介绍veth: https://segmentfault.com/a/1190000009251098。

容器与容器间通讯

启动一个bs1的容器，并查看其IP地址为172.17.0.2，默认网关为172.17.0.1。而这个网关地址则是网桥docker0地址：

同时我们查看docker0桥接的网卡与刚才容器对应的veth网卡：

同样的在启动一个容器为bs2,IP地址为172.17.0.3 ，网关172.17.0.1，即也是docker0：

此时docker0上会多了一个bs2的veth设备veth7833d44：

 

当我们从容器bs1中ping 172.17.0.3（容器bs2）时候，在bs1容器里，根据路由规则，数据包从eth0转发址与之对应的veth（veth0737c95）上，该veth桥接在了docker0上，此时数据包到达了docker0，docker0此时扮演交换机角色并广播ARP请求寻找172.17.0.3的mac地址，而此时的bs2的另一个veth设备桥接在了docker0上并收到该ARP请求，发现自己是172.17.0.3，将其mac地址回复给bs1，此时的容器bs1就可以和bs2进行通讯了，并且在bs1上可以查看到缓存的172.17.0.3的mac地址：

以上的两个容器间的通讯过程示意图如下：

 

容器与外部网络通讯

同样的，介绍了容器与容器间的通讯，容器与主机间的通讯就容易理解了，如果在容器bs1 ping 另一个主机10.168.0.3，它发出去的数据包经过docker0网桥流向eth0，eth0在将数据包转发给与之相通的10.168.0.3，于是bs1就能和其主机节点进行通讯了。当然如果这个地址不是其他主机节点而是公网地址，只要eth0能到达，容器bs1都能与之通讯。以下是其示意图：

宿主机与容器通讯

当宿主机访问容器时，数据包从docker0流入到与容器对应的veth设备，在经容器的eth0到达到主机中，示意图如下：

 

外部访问容器

默认情况，其他外部网络（宿主机以外）无法访问到容器内的端口，通常的做法是使用-p或者-P选项（使用方法参考docker基础篇）来暴露容器中的端口到宿主机上，外部网络通过访问宿主机的端口从而访问到容器端口。本质上来说，该方式是通过iptables规则转发实现的，例如以下启动nginx容器并使用宿主机的8080映射到容器内部80端口：

查看其对应的iptables规则：

上述规则表明当访问宿主机的8080端口时，NAT到容器中的172.17.0.4的80中。

自定义网桥

除了使用默认docker0作网桥以为还可以使用docker network 相关命令自定义网桥，以下将创建一个br1的网络，子网是172.30.0.0/16，网关为172.30.0.1:

查看docker网络：

查看对应网桥：

此时运行一个容器指明网络使用br1,此时的容器地址使用的是172.30.0.0段的网络,此时使用的网桥为br-9e5b3fba2e11，如下：

三、host网络模式

Host模式使用是在容器启动时候指明--network host，此时容器共享宿主机的Network Namespace，容器内启动的端口直接是宿主机的端口，并且容器不会创建网卡和IP，直接使用宿主机的网卡和IP，但是容器内的其他资源是隔离的，如文件系统、用户和用户组。这种模式的好处就是效率高，因为不需要额外的网络开始，直接使用宿主机网络。同样启动一个nginx，此时共享主机网络：

此时连入容器内部直接能看到docker0与宿主机网卡：

以上的host网络模式下的示意图：

四、container网络模式

理解了host模式就很容易理解container模式，host模式是容器共享宿主机的Network Namespace，而container模式即共享已存在的容器的Network Namespace，此时这两容器共同使用同一网卡、主机名、IP地址，容器间通讯可直接通过lo回环接口通讯，但是其他名称空间是隔离的，例如User、Mount。如果你了解kubernetes中的pod的话，pod内的网络也是靠这样的共享方式来实现的。

这里启动一个bs-1容器，IP地址为172.17.0.2：

此时再运行一个容器共享bs-1的网络,此时在bs-2的容器同样看到的是bs1的网卡：

示意图：

五、none网络模式

使用--network none选项指定其网络模式，在该模式下虽然容器有着自己的Network Namespace，但是容器内没有网卡、IP、路由信息，只有一个lo回环接口。如果需要网络配置则需要用户手动进行配置网卡、ip以及路由信息，通常这样的容器用于承担某些无需网络介入的工作，如离线任务、备份等。启动一个none网络模式的容器如下：

示意图：

 

总结

　　本文着重对docker 单主机网络中默认bridge网络模式做了较多介绍，其核心是通过docker0网桥+Veth Pair设备实现，而host、container模式都是“共享”方式实现，host网络模式是容器共享宿主机Network Namespace，continer网络模式是容器共享已存在的容器的Network Namespace，none模式则是网络封闭状态，容器内使用lo接口通讯。