Docker-一文详解容器通信的基础网络模式及衍生的自定义网络模式

embedded/2024/9/25 23:24:16/

启动容器时,通过-p 宿主机端口:容器端口,就可以通过访问宿主机端口访问到容器,这种原理机制是啥,有没有其它方式可以让宿主机和容器通信,以及容器容器之间如何通信。带着这几个问题开始学习Docker的网络知识。

文章目录

  • 容器通信必备网络知识
    • Linux的network namespace网络命名空间
    • veth虚拟以太网卡
    • 虚拟以太网桥
  • Docker容器默认三种基础网络模式
    • bridge模式
      • bridge模式通信机制
      • bridge模式基础操作
        • 创建容器指定bridge模式
        • 查看容器的ip地址和网关信息
        • 查询所有bridge模式下的容器
    • host网络模式
      • host模式通信机制
      • host模式基础操作
    • none网络模式
      • none模式通信机制
      • none网络基础操作
        • 创建容器指定none网络模式
        • 查询none网络模式下的容器
  • Container网络模式
    • Container模式通信机制
    • Container模式基础操作
  • 自定义网络模式
    • 自定义网络机制
    • Docker-自定义网络基础操作
      • 创建自定义网络
      • 创建容器指定自定义网络
      • 新增连接网络
      • 断开网络
      • 移除网络
  • 总结

容器通信必备网络知识

Linux的network namespace网络命名空间

linux的内核namespacesj 它在Linux内核2.6版本引入,作用是隔离Linux系统的设备,以及IP地址、端口、路由表、防火墙规则等网络资源。因此,每个网络namespace里都有自己的网络设备(如IP地址、路由表、端口范围、/proc/net目录等)

这么做的好处就是隔离,直观的例子就是由于每个容器都有自己的(虚拟)网络设备,并且容器里的进程可以放心地绑定在端口上而不必担心冲突,这就使得在一个主机上同时运行多个监听80端口的Web服务器变为可能,如下图:
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veth虚拟以太网卡

是虚拟以太网卡[Virtual Ethernet]缩写,veth设备总是成对的,因此我们称之为veth pairveth pair一端发送的数据会在另外一端接收,是双向通道。根据这一特性,veth pair常被用于跨network namespace之间的通信,即分别将veth pair的两端放在不同的namespace里

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虚拟以太网桥

两个network namespac可以通过veth pair连接,但是要做到两个以上network namespace相互连接,veth pair就显得捉襟见肘。它正如字面意思描述的那样,有牵线搭桥的意思,用于连接网络设备,它是一台虚拟的网络交换机,任意物理设备比如veth0和虚拟设备(比如降到的veth pair)都可以连接到这个设备上。

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Docker容器默认三种基础网络模式

安装Docker以后,会默认创建三种网络,可以通过sudo docker network ls查看

apple@bogon ~ % docker network lsNETWORK ID     NAME      DRIVER    SCOPE
c38043cc6113   bridge    bridge    local
b15c29da9f0f   host      host      local
c22f88bafff0   none      null      local

接下来我们讲解这三种网络的基本使用和原理

bridge模式

bridge模式通信机制

在该模式中Docker 守护进程创建了一个虚拟以太网桥 docker0,新建的容器虚拟以太网卡veth0配对的pair接口自动桥接到这个docker0网桥上,附加在其上的任何网卡之间都能自动转发数据包。
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Bridge 桥接模式的实现步骤主要如下:

  1. Docker Daemon 利用 veth pair 技术,在宿主机上创建一对对等虚拟网络接口设备,假设为 veth0 和 veth1。而 veth pair 技术的特性可以保证无论哪一个 veth 接收到网络报文,都会将报文传输给另一方
  2. Docker Daemon 将 veth0 附加到 Docker Daemon 创建的 docker0 网桥上。保证宿主机的网络报文可以发往 veth0
  3. Docker Daemon 将 veth1 添加到 Docker Container 所属的 namespace 下,并被改名为 eth0。如此一来,宿主机的网络报文若发往 veth0,则立即会被 Container 的 eth0 接收,实现宿主机到 Docker Container 网络的联通性;同时,也保证 Docker Container 单独使用 eth0,实现容器网络环境的隔离性

未启动任何容器前,先通过指令ip addr 查询出目前所有的网卡接口,目前有三个网卡接口,分别是

  • docker0虚拟以太网桥
  • enX0表示宿主机物理网卡接口
  • lo是本地回环地址,有这个可以使用127.0.0.1连接本地
    在这里插入图片描述
    启动mysql容器
sudo docker run -di --name mysql01 -e MYSQL_ROOT_PASSWORD=root -d mysql

宿主机上执行ip addr多了一个网卡接口veth3ff2d31,这个就是mysql容器启动后docker通过linux的veth pair技术创建的成对的网卡接口,宿主机的网卡接口是veth3ff2d31,容器的网卡接口veth0。
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登陆上容器sudo docker exec -it mysql01 /bin/bash,可以在容器/sys/class/net路径下看到网卡eth0,lo可以忽略,它是本地回环接口,有它可以ping通127.0.0.1
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其中27:veth3ff2d31@if26其中27和26成对出现,可以在目标容器中通过cat /sys/class/net/eth0/ifindex知道容器网卡的veth0的ifindex是26,执行/sys/class/net/eth0/iflink知道网卡配对的一端ifindex是27
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退出容器后,在宿主机上通过cat /sys/class/net/veth3ff2d31/ifindex知道网卡veth3ff2d31的ifindex是27,执行/sys/class/net/veth3ff2d31/iflink知道veth3ff2d31网卡配对的一端ifindex是26
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bridge模式基础操作

创建容器指定bridge模式

关于 bridge 网络模式的使用,只需要在创建容器时通过参数 --net bridge 或者 --network bridge 指定即可,当然这也是创建容器默认使用的网络模式,也就是说这个参数是可以省略的

# 1.启动mysql,不添加--net bridge,默认是bridge
sudo docker run -di --name mysql01 -e MYSQL_ROOT_PASSWORD=root -d mysql# 2.启动mysql,不添加--net bridge,默认是bridge
sudo docker run --net bridge -di --name mysql01 -e MYSQL_ROOT_PASSWORD=root -d mysql
查看容器的ip地址和网关信息

对于每个容器的 IP 地址和 Gateway 信息,我们可以通过 docker inspect 容器名称|ID 进行查看,在 NetworkSettings 节点中可以看到详细信息。
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查询所有bridge模式下的容器

通过 docker network inspect bridge 查看所有 bridge 网络模式下的容器,在 Containers 节点中可以看到容器名称。
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host网络模式

host模式通信机制

采用 host 网络模式的 Docker Container,可以直接使用宿主机的 IP 地址与外界进行通信,若宿主机的 eth0 是一个公有 IP,那么容器也拥有这个公有 IP。同时容器内服务的端口也可以使用宿主机的端口,无需额外进行 NAT 转换;
host 网络模式可以让容器共享宿主机网络栈,这样的好处是外部主机与容器直接通信,但是容器的网络缺少隔离性
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host模式基础操作

创建容器指定host模式

host 网络模式需要在创建容器时通过参数 --net host 或者 --network host 指定,例如:启动mysql使用host模式

# 启动mysql容器
sudo docker run  --name mysql02 -it  --net host -e MYSQL_ROOT_PASSWORD=root -d mysql

然后宿主机通过ip addr查看信息如下:只有lo,exX0,docker0,没有新建任何网卡接口
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查看host网络模式下容器

可以通过 docker network inspect host查看所有 host 网络模式下的容器,在 Containers 节点中可以看到容器名称
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none网络模式

none模式通信机制

none 网络模式是指禁用网络功能,只有 lo 接口( local 的简写),代表 127.0.0.1,即 localhost 本地环回接口。
none 网络模式即不为 Docker Container 创建任何的网络环境,容器内部就只能使用 lo 网络设备,不会再有其他的网络资源。可以说 none 模式为 Docke Container 做了极少的网络设定,但是俗话说得好“少即是多”,在没有网络配置的情况下,作为 Docker 开发者,才能在这基础做其他无限多可能的网络定制开发。这也恰巧体现了 Docker 设计理念的开放。

none网络基础操作

创建容器指定none网络模式

在创建容器时通过参数 --net none 或者 --network none 指定;
启动mysql容器指定none网络模式

sudo docker run  --name mysql03 -it  --net none -e MYSQL_ROOT_PASSWORD=root -d mysql
查询none网络模式下的容器

我们可以通过 docker network inspect none 查看所有 none 网络模式下的容器,在 Containers 节点中可以看到容器名称

Container网络模式

Container模式通信机制

Container 网络模式是 Docker 中一种较为特别的网络的模式。在创建容器时通过参数--net container:已运行的容器名称|ID或者 --network container:已运行的容器名称|ID 指定;
处于这个模式下的 Docker 容器会共享一个网络栈,这样两个容器之间可以使用 localhost 高效快速通信
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Container 网络模式即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相同之外,其他的如文件系统、进程列表等还是隔离的。

Container模式基础操作

容器启动时指定使用另一个容器的网络

自定义网络模式

自定义网络机制

虽然 Docker 提供的默认网络使用比较简单,但是为了保证各容器中应用的安全性,在实际开发中更推荐使用自定义的网络进行容器管理,以及启用容器名称到 IP 地址的自动 DNS 解析
从 Docker 1.10 版本开始,docker daemon 实现了一个内嵌的 DNS server,使容器可以直接通过容器名称通信。方法很简单,只要在创建容器时使用 --name容器命名即可。
但是使用 Docker DNS 有个限制:只能在user-defined网络中使用。也就是说,默认的 bridge 网络是无法使用 DNS 的,所以我们就需要自定义网络

简而言之就是自定义网络是基于前文提到的bridge,none,host模式创建,并且拥有了通过网络名称通信的特征

Docker-自定义网络基础操作

创建自定义网络

通过 docker network create 命令可以创建自定义网络模式
docker network create 命令使用详情,发现可以通过 --driver 指定网络模式,网络模式只有三种是前文提到的bridge,host,none模式,默认是 bridge 网络模式,提示如下:
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创建一个基于 bridge 网络模式的自定义网络模式 cyl_network,完整命令如下:

sudo docker network create cyl_network

通过 docker network ls 查看网络模式:

创建容器指定自定义网络

sudo docker run -di --name bbox05 --net custom_network busybox

通过 docker inspect 容器名称|ID 查看容器的网络信息,在 NetworkSettings 节点中可以看到详细信息

新增连接网络

通过 docker network connect 网络名称 容器名称 容器连接新的网络模式。
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执行以下指令,可以为容器bbox05新增bridge网络

sudo docker network connect bridge bbox05

断开网络

通过docker network disconnect 网络名称 容器名称 命令断开网络。

sudo docker network disconnect cyl_network bbox05

通过 docker inspect 容器名称|ID 再次查看容器的网络信息,发现只剩下默认的 bridge模式

移除网络

可以通过 docker network rm 网络名称 命令移除自定义网络模式,网络模式移除成功会返回网络模式名称。

sudo docker network rm cyl_network

再次执行sudo docker network ls发现cyl_network已经移除

注意:如果通过某个自定义网络模式创建了容器,则该网络模式无法删除。

总结

上文讲解了docker默认的三种网络模式bridge、host、none的通信机制和基本操作,再此基础上又延伸了container网络模式和自定义网络,这五种网络模式原理总结如下:

网络模式原理隔离性
bridge为每一个容器分配、设置 IP 等,并将容器连接到一个 docker0 虚拟网桥,默认为该模式
host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
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,IP 等无网络
container新创建的容器不会创建自己的网卡和配置自己的 IP,而是和一个指定的容器共享 IP、端口范围等跟随指定容器的网络模式而定,若指定容器是bridge则高,host则低
自定义网络只有自定义网络,才启用容器名称到 IP 地址的自动 DNS 解析,才能通过容器名称进行网络通信根据指定的模式而定

http://www.ppmy.cn/embedded/44142.html

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