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Docker網絡原理

容器是相對獨立的環境，相當于一個小型的Linux系統，外界無法直接訪問，那他是怎么做的呢，這里我們先了解下Linux veth pair。

1. Linux veth pair

veth pair是成對出現的一種虛擬網絡設備接口，一端連著網絡協議棧，一端彼此相連。如下圖所示：

veth pair將兩個網絡veth0和veth1連通。

2. 理解Docker0

我們先查看本地ip

這里我們分析可得，有三個網絡：

lo      127.0.0.1        # 本機回環地址
eth0    172.31.179.120   # 阿里云的私有IP（如果你是虛擬機就是虛擬機的ip）
docker0 172.17.0.1       # docker網橋

lo和eth0在我們的虛擬機啟動的時候就會創建，但是docker0在我們安裝了docker的時候就會創建。docker0用來和虛擬機之間通信。

問題：Docker 是如何處理容器網絡訪問的？

我們先啟動一個tomcat容器來說明。

# 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

這里啟動了tomcat01，我們再來查看網絡

發現：我們前面查看的時候還是三組網卡，當啟動了一個tomcat容器之后，多了一組網卡201: vethad33778@if200，而且還是成對的。同樣我們再來啟動一個tomcat02會又多出一對網卡。

進入了tomcat01容器內可以看到tomcat01對應的ip地址為：172.17.0.2

在宿主機上也可ping通。

說明：tomcat02對應的ip為172.17.0.3，也可以ping通。

結論：我們每啟動一個容器，就會多出一對網卡，同時他們被連接到docker0上，而docker0又和虛擬機之間連通。

也可以通過inspect查看。

# docker network ls
NETWORK ID     NAME      DRIVER    SCOPE
4d3e75606593   bridge    bridge    local   # 這個就是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"    # 網關
                }
            ]
        },


"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": ""
            }
        },

我們可以抽象為這樣一個網絡模型。

在這里，我們可以看到Docker0相當于一個路由器的作用，任何一個容器啟動默認都是docker0網絡。

docker默認會給容器分配一個可用ip，并把它同docke0相連。使用到的就是veth pair技術。

3. 容器互聯–Link

在網絡模型圖中可以看出，容器和容器之間不能直接連通。

前面我們啟動的兩個tomcat對應的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

發現：他們的hosts中只有各自的ip地址。

但是在實際的工作中，容器使用的是虛擬ip，每次啟動ip都會變化，思考一個場景，我們編寫一個微服務，數據庫連接地址原來是使用ip的，如果ip變化就不行了，那我們能不能使用服務名訪問呢？

我們在啟動一個tomcat03，使用--link綁定到tomcat02上。然后看它的hosts是什么樣的。

[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   # 發現tomcat2直接被寫在這里
172.17.0.4  db75c42f7f7f
root@db75c42f7f7f:/usr/local/tomcat#

發現：使用了–link，不但有了自己的ip，而且還有了tomcat02的服務名。但是tomcat02中并沒有tomcat03的，因為–link是單向的。

這樣就實現了容器和容器之間的連通。不需要通過ip地址連通，而是通過服務名就可以。

但是使用--link的方法過時了，我們一般使用自定義網絡。

4. 自定義網絡（推薦）

docker0的特點：

它是默認的
域名訪問不通
–link 域名通了，但是刪了又不行

docker為我們提供了三種網絡模式

# docker network ls
NETWORK ID     NAME      DRIVER    SCOPE
4d3e75606593   bridge    bridge    local
8e92ee24e5f6   host      host      local
e85ffb1f2cc3   none      null      local

這其中默認使用的是bridge，也就是我們的docker0網卡。

在我們啟動容器的時候，實際上是如下命令

# docker run -d -P --name tomcat01 --net bridge tomcat

這個--net是默認的，所以被省略了。

下面我們自定義一個網絡mynet。

# 自定義創建的默認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   # 多了一個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",  # 子網地址
                    "Gateway": "192.168.0.1"   # 網關
                }
            ]
        },
        "Internal": false,
        "Attachable": false,
        "Ingress": false,
        "ConfigFrom": {
            "Network": ""
        },
        "ConfigOnly": false,
        "Containers": {},
        "Options": {},
        "Labels": {}
    }
]

下面我們使用自定義的網絡啟動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

查看網絡

# 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": {}
    }
]

# 我們來測試ping容器名和ip試試，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

發現：不用--link也可以直接通過服務名ping通了。

5. 網絡連通

docker0和自定義網絡肯定不通，我們使用自定義網絡的好處就是網絡隔離。

但是在實際的工作中，比如我們部署了mysql使用了一個網段。部署了tomcat使用了另一個網段，兩個網段之間肯定是不能相互連通的，但是tomcat和mysql又需要相互連通，我們就要使用網絡連通。原理圖如下：

網絡連通就是將一個容器和一個網段之間的連通。

比如我前面使用的默認docker0的tomcat01，需要連接到mynet網絡。

# docker network connect 網絡 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": {}
    }
]

通過這種方式直接將tomcat01加到了mynet網絡中。

6. 總結

veth pair是成對出現的一種虛擬網絡設備接口，一端連著網絡協議棧，一端彼此相連。
docker中默認使用docker0網絡。
docker0相當于一個路由器的作用，任何一個容器啟動默認都是docker0網絡。
docker0是容器和虛擬機之間通信的橋梁。
推薦使用自定義網絡，更好實現使用服務名的連通方式，避免ip改變的尷尬。
網絡之間不能直接連通，網絡連通是將一個容器和一個網絡之間的連通，實現跨網絡操作。