Docker學習(11) Docker 網(wǎng)絡(luò)

Docker網(wǎng)絡(luò)體系的基本原理：容器網(wǎng)絡(luò)模型、以及Libnetwork

Docker網(wǎng)絡(luò)簡介

Docker的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)源自一個叫做容器網(wǎng)絡(luò)模型(CNM)
Libnetwork是Docker對CNM的一種實現(xiàn)，提供了Docker核心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的全部功能。
為了實現(xiàn)開箱即用的效果，Docker封裝了一系列的本地驅(qū)動，包括：
- 1. 單機橋接網(wǎng)絡(luò)(Single-Host Brige Network)
  2. 多機覆蓋網(wǎng)絡(luò)(Multi-Host Overlay)
Libnetwork提供了本地服務(wù)發(fā)現(xiàn)和容器的負載均衡解決方案。

Docker網(wǎng)絡(luò)——詳解

基礎(chǔ)理論

Docker的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)主要由3個部分過程：CNM、Libnetwork和驅(qū)動

CNM

CNM是docker網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計標準：規(guī)定了Docker網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的基礎(chǔ)組成要素。
具體內(nèi)容：https://github.com/docker/libnetwork
CNM定義了三個基本要素：沙盒(Sandbox)、終端(Endpoint)和網(wǎng)絡(luò)(network)
- 沙盒：獨立的網(wǎng)絡(luò)桟，包括以太網(wǎng)的接口、端口、路由表以及NDS配置。
- 終端：虛擬網(wǎng)絡(luò)接口，和普通網(wǎng)絡(luò)接口一樣，主要負責創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)，在CNM中，主要是將沙盒連接到網(wǎng)絡(luò)
- 網(wǎng)絡(luò)：是802.1d網(wǎng)橋的軟件實現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)就是需要交互終端的集合，并且終端直接相互集合。
docker環(huán)境中最小的調(diào)度單位是容器。

Libnetwork

Libnetwork是CNM的具體實現(xiàn)，通過Go語言編寫的，實現(xiàn)了CNM列出的核心組件。
Libnetwork實現(xiàn)了CNM定義的3個組件。還實現(xiàn)了本地發(fā)現(xiàn)功能，基于Ingress的容器負載均衡，以及網(wǎng)絡(luò)控制層和管理層的功能。

驅(qū)動

通過實現(xiàn)特定網(wǎng)絡(luò)拓撲的方式來拓撲該模型的能力。
驅(qū)動負責實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)層。
Docker封裝了內(nèi)置驅(qū)動，包括bridge，Overlay以及macvlan

單機橋接網(wǎng)絡(luò)

單機：該網(wǎng)絡(luò)只在單個docker主機中運行，并且只能在docker主機內(nèi)的容器進行連接。
橋接：802.1d橋接的一種實現(xiàn)。
linux Docker創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)時采用的是內(nèi)置的橋接驅(qū)動。默認的單機橋接網(wǎng)絡(luò)時bridge
查看docker主機默認的網(wǎng)絡(luò)

lhf@lhf-virtual-machine:~$ docker network ls
NETWORK ID          NAME                             DRIVER              SCOPE
3c6fd32ed9fb        bridge                           bridge              local
8b95e29168fa        counter-app-master_counter-net   bridge              local
682a75797ba4        host                             host                local
596066e2fd78        none                             null                local

查看docker網(wǎng)絡(luò)的詳細信息

lhf@lhf-virtual-machine:~$ docker network inspect bridge
[
    {
        "Name": "bridge",
        "Id": "3c6fd32ed9fbe215b5ee34a773ba14703ea7d0a295a3b54cd01906c3c2b749b6",
        "Created": "2019-11-08T21:51:18.740007297+08:00",
        "Scope": "local",
        "Driver": "bridge",
        "EnableIPv6": false,
        "IPAM": {
            "Driver": "default",
            "Options": null,
            "Config": [
                {
                    "Subnet": "172.17.0.0/16",
                    "Gateway": "172.17.0.1"
                }
            ]
        },
        "Internal": false,
        "Attachable": false,
        "Ingress": false,
        "ConfigFrom": {
            "Network": ""
        },
        "ConfigOnly": false,
        "Containers": {},
        "Options": {
            "com.docker.network.bridge.default_bridge": "true",
            "com.docker.network.bridge.enable_icc": "true",
            "com.docker.network.bridge.enable_ip_masquerade": "true",
            "com.docker.network.bridge.host_binding_ipv4": "0.0.0.0",
            "com.docker.network.bridge.name": "docker0",
            "com.docker.network.driver.mtu": "1500"
        },
        "Labels": {}
    }
]

docker網(wǎng)絡(luò)由bridge驅(qū)動創(chuàng)建的。bridge底層基于linux內(nèi)核 linux bridge技術(shù)。
查看bridge網(wǎng)絡(luò)

lhf@lhf-virtual-machine:~$ ip link show docker0
4: docker0: <NO-CARRIER,BROADCAST,MULTICAST,UP> mtu 1500 qdisc noqueue state DOWN mode DEFAULT group default 
    link/ether 02:42:03:5f:82:17 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff

默認的“bridge”網(wǎng)絡(luò)映射到內(nèi)核中為“docker0”的linux網(wǎng)橋

lhf@lhf-virtual-machine:~$ docker network inspect bridge | grep bridge.name
            "com.docker.network.bridge.name": "docker0",

創(chuàng)建一個新的單機橋接網(wǎng)絡(luò)，名為“l(fā)ocalnet”

lhf@lhf-virtual-machine:~$ docker network create -d bridge localnet
2b5ed819e9331ffa5c109f5f81dc6080f18e78cee7fc8ad05df9455247c01a0b
lhf@lhf-virtual-machine:~$ docker network ls | grep localnet
2b5ed819e933        localnet                         bridge              local

通過使用brctl工具查看系統(tǒng)中的linux網(wǎng)橋。

lhf@lhf-virtual-machine:~$ brctl show
bridge name bridge id       STP enabled interfaces
br-2b5ed819e933     8000.02421d8b6570   no      
br-8b95e29168fa     8000.024223c21723   no      
docker0     8000.0242035f8217   no

創(chuàng)建一個新的容器，并接入新建網(wǎng)絡(luò)localnet中

$ docker container run -d --name c1 \
> --network c1 \
> alpine sleep 1d

$ docker container ls
CONTAINER ID        IMAGE               COMMAND             CREATED             STATUS              PORTS               NAMES
f8bf6041757a        alpine              "sleep 1d"          46 seconds ago      Up 43 seconds                           c1

查看詳細輸出

$ docker network inspect  localnet --format
"ConfigOnly": false,
        "Containers": {
            "f8bf6041757a51afc6b56d35a84a8370037d207230101c0df6fc565da1d68741": {
                "Name": "c1",
                "EndpointID": "7016a80031330e87c3073c1cd148a5bbef6aa39738cd84bcdfe1657cf19f214e",
                "MacAddress": "02:42:ac:12:00:02",
                "IPv4Address": "172.18.0.2/16",
                "IPv6Address": ""
            }
        },
        "Options": {},
        "Labels": {}
    }
]

$ brctl show
bridge name bridge id       STP enabled interfaces
br-2b5ed819e933     8000.02421d8b6570   no      veth53c5236
br-8b95e29168fa     8000.024223c21723   no      
docker0     8000.0242035f8217   no

查看到c1網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)接入到veth53c5236

如果在相同的網(wǎng)絡(luò)接入新的容器c2的話，是可以ping通c1的
創(chuàng)建一個c2容器

$ docker container run -it --name c2 \
> --network localnet \
> alpine sh
/ # ping c1
PING c1 (172.18.0.2): 56 data bytes
64 bytes from 172.18.0.2: seq=0 ttl=64 time=0.296 ms
64 bytes from 172.18.0.2: seq=1 ttl=64 time=0.143 ms
^C
--- c1 ping statistics ---
2 packets transmitted, 2 packets received, 0% packet loss
round-trip min/avg/max = 0.143/0.219/0.296 ms
/ #

新容器都指定了docker的DNS服務(wù)。，所有相同網(wǎng)絡(luò)的容器可以解析到其他容器的名稱。

端口映射

端口映射：將某個容器的端口映射到docker主機的端口上。
將容器運行一個web'服務(wù)80映射到docker主機 5000

$ docker container run -d --name web \
> --network localnet \
> --publish 5000:80 \
> nginx

確認端口映射

$ docker port web
80/tcp -> 0.0.0.0:5000

通過web查看服務(wù)

15.png

多機覆蓋網(wǎng)絡(luò)

覆蓋網(wǎng)絡(luò)適用于多機環(huán)境，允許單個網(wǎng)絡(luò)包含多個主機。不同主機的容器可以通過鏈路層實現(xiàn)通信。
docker主機為覆蓋網(wǎng)絡(luò)提供了本地驅(qū)動，在創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)時docker network create 時添加參數(shù) --d overlay

接入現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)

將容器化的應(yīng)用接入到外部系統(tǒng)以及物理網(wǎng)絡(luò)功能。比如：
- 容器化的應(yīng)用于運行的物理網(wǎng)絡(luò)和VLAN上未容器化的部分進行通信。
- docker 的內(nèi)置驅(qū)動(Macvlan)，為容器提供mac和IP地址

用于故障排查的容器和服務(wù)日志

容器間網(wǎng)絡(luò)連接問題，檢查daemon日志和容器日志
在linux上，daemon日志存放位置取決于當前系統(tǒng)使用的初始化方式。
- 如果是systemd，日志會存儲在Journald,通過journalctl -u docker.service查看
- 如果不是systemd，需要查看如下存放位置
- - Ubuntu系統(tǒng)：upstart:/var/log/upstart/docker.log
  - RHEl系統(tǒng)：systems:/var/log/messages
  - Debian系統(tǒng): /var/log/daemon.log
- 可以設(shè)置daemon日志的詳細程度。通過編輯daemon的配置文件(daemon.json)，將debug改為true,設(shè)置log-level為某個值：
- - debug:最詳細的日志
  - info:默認值，僅次于最詳細日志
  - warn:第三詳細日志級別
  - error:第四詳細日志級別
  - fatal;最粗略的日志級別

查看單個容器日志

$ docker container logs web
172.18.0.1 - - [08/Nov/2019:16:15:38 +0000] "GET / HTTP/1.1" 200 612 "-" "Mozilla/5.0 (X11; Ubuntu; Linux x86_64; rv:70.0) Gecko/20100101 Firefox/70.0" "-"

服務(wù)發(fā)現(xiàn)

服務(wù)發(fā)現(xiàn)(Service Discovery)允許容器和Swarm服務(wù)通過名稱相互定位，需要在同一個網(wǎng)絡(luò)中。
底層實現(xiàn)是利用Docker內(nèi)置的DNS功能，為每個容器提供DNS解析。上述例子c2可以ping通c1
具體過程分析
1. ping c2 命令調(diào)用本地DNS解釋器，嘗試將c2解析成具體的IP地址，每個docker都有本地的DNS解釋器。
2. 如果本地DNS解釋器在本地緩存沒有c2相對應(yīng)的IP地址的映射關(guān)系。本地DNS會想dockerDNS發(fā)起一個遞歸查詢。
3. Docker DNS服務(wù)器器記錄了全部容器的容器名和IP地址的映射關(guān)系。
4. Docker DNS服務(wù)器會返回給“c2”相對應(yīng)的IP地址給c1的本地DNS解釋器，
5. ping 命令返回給c2對應(yīng)的IP地址。

Ingress網(wǎng)絡(luò)

Swarm支持兩種服務(wù)發(fā)布模式。
- Ingress模式：保證swarm服務(wù)中任意節(jié)點都可以訪問該服務(wù)(默認的模式)
- Host模式：只能通過運行服務(wù)副本的節(jié)點來訪問。

docker網(wǎng)絡(luò)——命令

docker network ls ：列出運行在本地的docker主機的全部網(wǎng)絡(luò)
docker network create :創(chuàng)建新的docker網(wǎng)絡(luò)。默認采用的是bridge 加-d參數(shù)指定(網(wǎng)絡(luò)類型)
docker network inspect:提供docker網(wǎng)絡(luò)的詳細配置信息。
docker network prune:刪除docker主機上全部未使用的網(wǎng)絡(luò)。
docker network rm :刪除docker主機上指定的網(wǎng)絡(luò)

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基礎(chǔ)理論

CNM

Libnetwork

驅(qū)動

單機橋接網(wǎng)絡(luò)

端口映射

多機覆蓋網(wǎng)絡(luò)

接入現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)

用于故障排查的容器和服務(wù)日志

服務(wù)發(fā)現(xiàn)

Ingress網(wǎng)絡(luò)

docker網(wǎng)絡(luò)——命令

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驅(qū)動

單機橋接網(wǎng)絡(luò)

端口映射

多機覆蓋網(wǎng)絡(luò)

接入現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)

用于故障排查的容器和服務(wù)日志

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