# 第四節 Docker網絡實現 ### Docker的4種網絡模式 我們在使用docker run創建Docker容器時，可以用--net選項指定容器的網絡模式，Docker有以下4種網絡模式： - host模式，使用--net=host指定。 - container模式，使用--net=container:NAME_or_ID指定。 - none模式，使用--net=none指定。 - bridge模式，使用--net=bridge指定，默認設置。 下面分別介紹一下Docker的各個網絡模式。 ### host模式 眾所周知，Docker使用了Linux的Namespaces技術來進行資源隔離，如 PID Namespace隔離進程，Mount Namespace隔離文件系統，Network Namespace隔離網絡等。 Network Namespace提供了一份獨立的網絡環境，包括網卡、路由、Iptable規則等都與其他的Network Namespace隔離。一個Docker容器一般會分配一個獨立的Network Namespace。但如果啟動容器的時候使用host模式，那么這個容器將不會獲得一個獨立的Network Namespace，而是和宿主機共用一個Network Namespace。容器將不會虛擬出自己的網卡，配置自己的IP等，而是使用宿主機的IP和端口。 例如，我們在10.0.7.197的機器上用host模式啟動一個含有web應用的Docker容器，監聽tcp80端口。當我們在容器中執行任何類似ifconfig命令查看網絡環境時，看到的都是宿主機上的信息。而外界訪問容器中的應用，則直接使用10.0.7.197:80即可，不用任何NAT轉換，就如直接跑在宿主機中一樣。但是，容器的其他方面，如文件系統、進程列表等還是和宿主機隔離的。  #### 實驗說明 使用host 網絡模式啟動一個Ubuntu 容器 docker run -d --net=host ubuntu:14.04 tail -f /dev/null 查看 宿主機 網絡 ip addr | grep -A 2 eth0 eth0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 9001 qdisc mq state UP group default qlen 1000 link/ether 06:58:2b:07:d5:f3 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff inet **10.0.7.197**/22 brd 10.0.7.255 scope global dynamic eth0 檢查容器是否啟動 docker ps 查看 容器網絡 docker exec -it b44d7d5d3903 ip addr eth0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 9001 qdisc mq state UP group default qlen 1000 link/ether 06:58:2b:07:d5:f3 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff inet **10.0.7.197**/22 brd 10.0.7.255 scope global dynamic eth0 ### container模式網絡 在理解了host模式后，這個模式也就好理解了。這個模式指定新創建的容器和已經存在的一個容器共享一個Network Namespace，而不是和宿主機共享。新創建的容器不會創建自己的網卡，配置自己的IP，而是和一個指定的容器共享IP、端口范圍等。同樣，兩個容器除了網絡方面，其他的如文件系統、進程列表等還是隔離的。兩個容器的進程可以通過lo網卡設備通信。 該模式會重用另一個容器的網絡命名空間。通常來說，當你想要自定義網絡棧時，該模式是很有用的。實際上，該模式也是Kubernetes使用的網絡模式 ### none模式網絡 這個模式和前兩個不同。在這種模式下，Docker容器擁有自己的Network Namespace，但是，并不為Docker容器進行任何網絡配置。也就是說，這個Docker容器沒有網卡、IP、路由等信息。需要我們自己為Docker容器添加網卡、配置IP等。 ### bridge模式 bridge模式是Docker默認的網絡設置，此模式會為每一個容器分配Network Namespace、設置IP等，并將一個主機上的Docker容器連接到一個虛擬網橋上。下面著重介紹一下此模式。 #### bridge模式的拓撲 當Docker server啟動時，會在主機上創建一個名為docker0的虛擬網橋，此主機上啟動的Docker容器會連接到這個虛擬網橋上。虛擬網橋的工作方式和物理交換機類似，這樣主機上的所有容器就通過交換機連在了一個二層網絡中。接下來就要為容器分配IP了，Docker會從RFC1918所定義的私有IP網段中，選擇一個和宿主機不同的IP地址和子網分配給docker0，連接到docker0的容器就從這個子網中選擇一個未占用的IP使用。如一般Docker會使用172.17.0.0/16這個網段，并將172.17.42.1/16分配給docker0網橋（在主機上使用ifconfig命令是可以看到docker0的，可以認為它是網橋的管理接口，在宿主機上作為一塊虛擬網卡使用）。單機環境下的網絡拓撲如下，主機地址為10.10.101.105/24。  Docker完成以上網絡配置的過程大致是這樣的： - 在主機上創建一對虛擬網卡veth pair設備。veth設備總是成對出現的，它們組成了一個數據的通道，數據從一個設備進入，就會從另一個設備出來。因此，veth設備常用來連接兩個網絡設備。 - Docker將veth pair設備的一端放在新創建的容器中，并命名為eth0。另一端放在主機中，以veth65f9這樣類似的名字命名，并將這個網絡設備加入到docker0網橋中，可以通過brctl show命令查看 - 從docker0子網中分配一個IP給容器使用，并設置docker0的IP地址為容器的默認網關。 - 網絡拓撲介紹完后，接著介紹一下bridge模式下容器是如何通信的。 #### bridge模式下容器的通信 在bridge模式下，連在同一網橋上的容器可以相互通信（若出于安全考慮，也可以禁止它們之間通信，方法是在DOCKER_OPTS變量中設置--icc=false，這樣只有使用--link才能使兩個容器通信）。 容器也可以與外部通信，我們看一下主機上的Iptable規則，可以看到這么一條 -A POSTROUTING -s 172.17.0.0/16 ! -o docker0 -j MASQUERADE 這條規則會將源地址為172.17.0.0/16的包（也就是從Docker容器產生的包），并且不是從docker0網卡發出的，進行源地址轉換，轉換成主機網卡的地址。這么說可能不太好理解，舉一個例子說明一下。假設主機有一塊網卡為eth0，IP地址為10.10.101.105/24，網關為10.10.101.254。從主機上一個IP為172.17.0.1/16的容器中ping百度（180.76.3.151）。IP包首先從容器發往自己的默認網關docker0，包到達docker0后，也就到達了主機上。然后會查詢主機的路由表，發現包應該從主機的eth0發往主機的網關10.10.105.254/24。接著包會轉發給eth0，并從eth0發出去（主機的ip_forward轉發應該已經打開）。這時候，上面的Iptable規則就會起作用，對包做SNAT轉換，將源地址換為eth0的地址。這樣，在外界看來，這個包就是從10.10.101.105上發出來的，Docker容器對外是不可見的。 那么，外面的機器是如何訪問Docker容器的服務呢？我們首先用下面命令創建一個含有web應用的容器，將容器的80端口映射到主機的80端口。 docker run -d --name web -p 80:80 fmzhen/simpleweb 然后查看Iptable規則的變化，發現多了這樣一條規則： -A DOCKER ! -i docker0 -p tcp -m tcp --dport 80 -j DNAT --to-destination 172.17.0.5:80 此條規則就是對主機eth0收到的目的端口為80的tcp流量進行DNAT轉換，將流量發往172.17.0.5:80，也就是我們上面創建的Docker容器。所以，外界只需訪問10.10.101.105:80就可以訪問到容器中得服務。 除此之外，我們還可以自定義Docker使用的IP地址、DNS等信息，甚至使用自己定義的網橋，但是其工作方式還是一樣的。 在本章中，我們了解了Docker單主機網絡的四種基本模式。現在我們討論下你應該了解的其他主題（這與多主機部署也是相關的）： - 分配IP地址 頻繁大量的創建和銷毀容器時，手動分配IP地址是不能接受的。bridge模式可以在一定程度上解決這個問題。為了防止本地網絡上的ARP沖突，Docker Daemon會根據分配的IP地址生成一個隨機地MAC地址。在下一章中，我們會再次討論分配地址的挑戰。 - 分配端口 你會發現有兩大陣營：固定端口分配（fixed-port-allocation）和動態端口分配（dynamically-port-allocation）。每個服務或者應用可以有各自的分配方法，也可以是作為全局的策略，但是你必須做出自己的判斷和決定。請記住，bridge模式中，Docker會自動分配UDP或TCP端口，并使其可路由。 - 網絡安全 Docker可以開啟容器間通信（意味著默認配置--icc=true），也就是說，宿主機上的所有容器可以不受任何限制地相互通信，這可能導致拒絕服務攻擊。進一步地，Docker可以通過--ip_forward和--iptables兩個選項控制容器間、容器和外部世界的通信。你應該了解這些選項的默認值，并讓網絡組根據公司策略設置Docker進程。可以讀一下StackEngine的Boyd Hemphill寫的文章Docker security analysis。 另一個網絡安全方面是線上加密（on-the-wire encryption），通常是指RFC 5246中定義的TLS/SSL。注意，在寫本書時，這一方面還很少被討論，實際上，只有兩個系統（下一章會詳細討論）提供了這個特性：Weave使用NACI，OpenVPN是基于TLS的。根據我從Docker的安全負責人Diogo Mónica那里了解的情況，v1.9之后可能加入線上加密功能。 你可以在Docker官方文檔中讀到更多[關于Docker網絡的配置](https://docs.docker.com/engine/userguide/networking/)。