深入理解 Docker 网络原理
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：
veth pair将两个网络veth0和veth1连通。
2. 理解Docker0
我们先查看本地ip
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。
# docker pull tomcat
# docker images
REPOSITORY TAG IMAGE ID CREATED SIZE
tomcat latest fb5657adc892 2 months ago 680MB
# docker run -d -p 8081:8080 --name tomcat01 tomcat
914a7d82b017f63f81c6eba49af5471441f1946c9d45509b69ab2c50c2713b6f这里启动了tomcat01，我们再来查看网络
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
在宿主机上也可ping通。
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。
也可以通过inspect查看。
# 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。
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。
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。
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
# docker network ls
NETWORK ID NAME DRIVER SCOPE
4d3e75606593 bridge bridge local
8e92ee24e5f6 host host local
e85ffb1f2cc3 none null local这其中默认使用的是bridge，也就是我们的docker0网卡。
在我们启动容器的时候，实际上是如下命令
# 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。
# 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": {}
}
]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查看网络
# 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": {}
}
]# 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：
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": {}
}
]
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。