站長(zhǎng)資訊網(wǎng)本篇文章給大家?guī)?lái)了關(guān)于docker容器間網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)原理的相關(guān)知識(shí)，希望對(duì)大家有幫助。
一、今天我們要搞明白的實(shí)驗(yàn)
如上紅字所描述：同一個(gè)宿主機(jī)上的不同容器之間的網(wǎng)絡(luò)如何互通的？？？
二、前置網(wǎng)絡(luò)知識(shí)
2.1、docker默認(rèn)為我們創(chuàng)建的網(wǎng)絡(luò)
我們安裝完docker之后，docker daemon會(huì)為我們自動(dòng)創(chuàng)建3個(gè)網(wǎng)絡(luò)，如下：
Copy~]# docker network ls NETWORK ID NAME DRIVER SCOPE e71575e3722a bridge bridge local ab8e3d45575c host host local 0c9b7c1134ff none null local
其實(shí)docker有4種網(wǎng)絡(luò)通信模型，分別是：bridge、host、none、container
默認(rèn)的使用的網(wǎng)絡(luò)模型是bridge，也是我們生產(chǎn)上會(huì)使用到的網(wǎng)絡(luò)模型。
下文中跟大家分享docker容器互通原理到時(shí)候呢，用到的也是bridge網(wǎng)絡(luò)模型
2.2、怎么理解docker0網(wǎng)橋
另外，當(dāng)我們安裝完docker之后，docker會(huì)為我們創(chuàng)建一個(gè)叫docker0的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備
通過ifconfig命令可以查看到它，看起來(lái)它貌似和eth0網(wǎng)絡(luò)地位相當(dāng)，像是一張網(wǎng)卡。然而并不是，docker0其實(shí)是一個(gè)Linux網(wǎng)橋
Copy[root@vip ~]# ip addr 1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN group default qlen 1000 link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00 inet 127.0.0.1/8 scope host lo valid_lft forever preferred_lft forever inet6 ::1/128 scope host valid_lft forever preferred_lft forever 2: eth0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP group default qlen 1000 link/ether 00:0c:29:b4:97:ee brd ff:ff:ff:ff:ff:ff inet 10.4.7.99/24 brd 10.4.7.255 scope global noprefixroute eth0 valid_lft forever preferred_lft forever inet6 fe80::20c:29ff:feb4:97ee/64 scope link valid_lft forever preferred_lft forever 3: docker0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc noqueue state UP group default link/ether 02:42:db:fe:ff:db brd ff:ff:ff:ff:ff:ff inet 172.17.0.1/16 brd 172.17.255.255 scope global docker0 valid_lft forever preferred_lft forever inet6 fe80::42:dbff:fefe:ffdb/64 scope link valid_lft forever preferred_lft forever
何以見得？可以通過下面的命令查看操作系統(tǒng)上的網(wǎng)橋信息
Copy ~]# yum install bridge-utils ~]# brctl show bridge name bridge id STP enabled interfaces docker0 8000.0242f0a8c0be no veth86e2ef2 vethf0a8bcb
那大家怎么理解Linux網(wǎng)橋的概念呢？
其實(shí)大家可以把docker0理解成一臺(tái)虛擬的交換機(jī)！然后像下面這樣類比著理解，就會(huì)豁然開朗
1、它好比是大學(xué)在機(jī)房上課時(shí)，老師旁邊的那個(gè)大大的交換機(jī)設(shè)備。
2、把機(jī)房里的電腦都連接在交換機(jī)上，類比成docker 容器作為一臺(tái)設(shè)備都連接著宿主機(jī)上的docker0。
3、把交換機(jī)和機(jī)房中的機(jī)器的ip在同一個(gè)網(wǎng)段，類比成docker0、和你啟動(dòng)的docker容器的ip也同屬于172網(wǎng)段。
Copy# docker0 ip是： ~]# ifconfig 3: docker0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc noqueue state UP group default link/ether 02:42:db:fe:ff:db brd ff:ff:ff:ff:ff:ff inet 172.17.0.1/16 brd 172.17.255.255 scope global docker0 valid_lft forever preferred_lft forever inet6 fe80::42:dbff:fefe:ffdb/64 scope link valid_lft forever preferred_lft forever # 進(jìn)入容器中查看ip是： /# ifconfig eth0: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST> mtu 1500 inet 172.17.0.2 netmask 255.255.0.0 broadcast 172.17.255.255 ether 02:42:ac:11:00:02 txqueuelen 0 (Ethernet) RX packets 13 bytes 1102 (1.0 KiB) RX errors 0 dropped 0 overruns 0 frame 0 TX packets 0 bytes 0 (0.0 B) TX errors 0 dropped 0 overruns 0 carrier 0 collisions 0
類比成這樣：
2.3、什么是veth-pair技術(shù)？
我們剛才做類比理解docker0的時(shí)候說(shuō)：把機(jī)房里的電腦都連接在交換機(jī)上，類比成docker 容器作為一臺(tái)設(shè)備都連接著宿主機(jī)上的docker0。那具體的實(shí)現(xiàn)落地實(shí)現(xiàn)用的是啥技術(shù)呢？
答案是：veth pair
veth pair的全稱是：virtual ethernet，就是虛擬的以太網(wǎng)卡。
說(shuō)到以太網(wǎng)卡大家都不陌生呀，不就是我們常見的那種叫eth0或者是ens的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備嗎？
那這個(gè)veth pair是怎么玩的呢？有啥用呢？大家可以看下面這張圖
veth-pair設(shè)備總是會(huì)成對(duì)的出現(xiàn)，用于連接兩個(gè)不同network-namespace.
就上圖來(lái)說(shuō)，從network-namespace1的veth0中發(fā)送的數(shù)據(jù)會(huì)出現(xiàn)在 network-namespace2的veth1設(shè)備中。
雖然這種特性很好，但是如果出現(xiàn)有多個(gè)容器，你就會(huì)發(fā)現(xiàn)組織架構(gòu)會(huì)越來(lái)越復(fù)雜，越來(lái)越亂
不過好在我們已經(jīng)循序漸進(jìn)的了解Linux網(wǎng)橋（docker0），以及這里的veth-pair設(shè)備，于是我們可以把整體的架構(gòu)圖重新繪制成下面這樣
因?yàn)椴煌萜饔凶约焊綦x后的network-namespace所以他們都有自己的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧
那我們能不能找到容器里面的網(wǎng)卡和物理機(jī)上的哪張卡是一對(duì)網(wǎng)絡(luò)vethpair設(shè)備呢？
如下：
Copy# 進(jìn)入容器 ~]# docker exec -ti 545ed62d3abf /bin/bash /# apt-get install ethtool /# ethtool -S eth0 NIC statistics: peer_ifindex: 55
回到宿主機(jī)
Copy~]# ip addr ... 55: vethf0a8bcb@if54: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc noqueue master docker0 state UP group default link/ether ae:eb:5c:2f:7d:c3 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff link-netnsid 10 inet6 fe80::aceb:5cff:fe2f:7dc3/64 scope link valid_lft forever preferred_lft forever
意思是就是說(shuō)，容器545ed62d3abf的eth0網(wǎng)卡和宿主機(jī)通過ip addr命令查看的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備標(biāo)號(hào)55的設(shè)備組成一對(duì)vethpair設(shè)備，彼此流量互通！
三、同一個(gè)局域網(wǎng)中不同主機(jī)的互聯(lián)原理
先看個(gè)簡(jiǎn)單的，同一個(gè)局域網(wǎng)中的不同主機(jī)A、B之間是如何互聯(lián)交換數(shù)據(jù)的。如下圖
那，既然是同一個(gè)局域網(wǎng)中，說(shuō)明A、B的ip地址在同一個(gè)網(wǎng)段，如上圖就假設(shè)它們都在192.168.1.0網(wǎng)段。
還得再看下面這張OSI 7層網(wǎng)絡(luò)模型圖。
主機(jī)A向主機(jī)B發(fā)送數(shù)據(jù)，對(duì)主機(jī)A來(lái)說(shuō)數(shù)據(jù)會(huì)從最上層的應(yīng)用層一路往下層傳遞。比如應(yīng)用層使用的http協(xié)議、傳輸層使用的TCP協(xié)議，那數(shù)據(jù)在往下層傳遞的過程中，會(huì)根據(jù)該層的協(xié)議添加上不同的協(xié)議頭等信息。
根據(jù)OSI7層網(wǎng)絡(luò)模型的設(shè)定，對(duì)于接受數(shù)據(jù)的主機(jī)B來(lái)說(shuō)，它會(huì)接收到很多數(shù)據(jù)包！這些數(shù)據(jù)包會(huì)從最下層的物理層依次往上層傳遞，依次根據(jù)每一層的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行拆包。一直到應(yīng)用層取出主機(jī)A發(fā)送給他的數(shù)據(jù)。
那么問題來(lái)了，主機(jī)B怎么判斷它收到的數(shù)據(jù)包是否是發(fā)送給自己的呢？萬(wàn)一有人發(fā)錯(cuò)了呢？
答案是：根據(jù)MAC地址，邏輯如下。
Copyif 收到的數(shù)據(jù)包.MAC地址 == 自己的MAC地址{ // 接收數(shù)據(jù) // 處理數(shù)據(jù)包 }else{ // 丟棄 }
那對(duì)于主機(jī)A來(lái)說(shuō)，它想發(fā)送給主機(jī)B數(shù)據(jù)包，還不能讓主機(jī)B把這個(gè)數(shù)據(jù)包扔掉，它只能中規(guī)中矩的按以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議要求封裝將要發(fā)送出去的數(shù)據(jù)包，往下傳遞到數(shù)據(jù)鏈路層（這一層傳輸?shù)臄?shù)據(jù)要求，必須要有目標(biāo)mac地址，因?yàn)閿?shù)據(jù)鏈路層是基于mac地址做數(shù)據(jù)傳輸?shù)模?/p>
那數(shù)據(jù)包中都需要哪些字段呢？如下：
Copysrc ip = 192.168.1.2 //源ip地址，交換機(jī) dst ip = 192.168.1.3 //目標(biāo)ip地址 //本機(jī)的mac地址（保證從主機(jī)B回來(lái)的包正常送達(dá)主機(jī)A，且主機(jī)A能正常處理它） src mac = 主機(jī)A的mac地址 dst mac = 主機(jī)B的mac地址//目標(biāo)mac地址
其中的dst ip好說(shuō)，我們可以直接固定寫，或者通過DNS解析域名得到目標(biāo)ip。
那dst mac怎么獲取呢？
這就不得不說(shuō)ARP協(xié)議了! ARP其實(shí)是一種地址解析協(xié)議，它的作用就是：以目標(biāo)ip為線索，找到目的ip所在機(jī)器的mac地址。也就是幫我們找到dst mac地址！大概的過程如下幾個(gè)step
推薦閱讀：白日夢(mèng)的DNS筆記
簡(jiǎn)述這個(gè)過程：主機(jī)A想給主機(jī)B發(fā)包，那需要知道主機(jī)B的mac地址。
- 主機(jī)A查詢本地的arp 高速緩存中是否已經(jīng)存在dst ip和dst mac地址的映射關(guān)系了，如果已存在，那就直接用。
- 本地arp高速緩存中不存在dst ip和dst mac地址的映射關(guān)系的話那就只能廣播arp請(qǐng)求包，同一網(wǎng)段的所有機(jī)器都能收到arp請(qǐng)求包。
- 收到arp請(qǐng)求包的機(jī)器會(huì)對(duì)比arp包中的src ip是否是自己的ip，如果不是則直接丟棄該arp包。如果是的話就將自己的mac地址寫到arp響應(yīng)包中。并且它會(huì)把請(qǐng)求包中src ip和src mac的映射關(guān)系存儲(chǔ)在自己的本地。
補(bǔ)充：
交換機(jī)本身也有學(xué)習(xí)能力，他會(huì)記錄mac地址和交換機(jī)端口的映射關(guān)系。比如：mac=a，端口為1。
那當(dāng)它接收到數(shù)據(jù)包，并發(fā)現(xiàn)mac=a時(shí)，它會(huì)直接將數(shù)據(jù)扔向端口1。
嗯，在arp協(xié)議的幫助下，主機(jī)A順利拿到了主機(jī)B的mac地址。于是數(shù)據(jù)包從網(wǎng)絡(luò)層流轉(zhuǎn)到數(shù)據(jù)鏈路層時(shí)已經(jīng)被封裝成了下面的樣子：
Copysrc ip = 192.168.1.2 src mac = 主機(jī)A的mac地址 dst ip = 192.168.1.3 dst mac = 主機(jī)B的mac地址
網(wǎng)絡(luò)層基于ip地址做數(shù)據(jù)做轉(zhuǎn)發(fā)
數(shù)據(jù)鏈路基于mac地址做數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)
根據(jù)OIS7層網(wǎng)絡(luò)模型，我們都知道數(shù)據(jù)包經(jīng)過物理層發(fā)送到機(jī)器B，機(jī)器B接收到數(shù)據(jù)包后，再將數(shù)據(jù)包向上流轉(zhuǎn)，拆包。流轉(zhuǎn)到主機(jī)B的數(shù)據(jù)鏈路層。
那主機(jī)B是如何判斷這個(gè)在數(shù)據(jù)鏈路層的包是否是發(fā)給自己的呢？
答案前面說(shuō)了，根據(jù)目的mac地址判斷。
Copy// 主機(jī)B if 收到的數(shù)據(jù)包.MAC地址 == 自己的MAC地址{ if dst ip == 本機(jī)ip{ // 本地處理數(shù)據(jù)包 }else{ // 查詢路由表，根據(jù)路由表的規(guī)則，將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)某個(gè)某卡、或者默認(rèn)網(wǎng)關(guān) } }else{ // 直接丟棄 }
這個(gè)例子比較簡(jiǎn)單，dst ip就是主機(jī)B的本機(jī)ip 所以它自己會(huì)處理這個(gè)數(shù)據(jù)包。
那數(shù)據(jù)包處理完之后是需要給主機(jī)A一個(gè)響應(yīng)包，那問題又來(lái)了，響應(yīng)包該封裝成什么樣子呢？對(duì)主機(jī)B來(lái)說(shuō)響應(yīng)包也需要src ip、src mac、dst ip、dst mac
Copysrc ip = 192.168.1.3 src mac = 主機(jī)B的mac地址 dst ip = 192.168.1.2 src mac = 主機(jī)A的mac地址 （之前通過arp記錄在自己的arp高速緩存中了，所以，這次直接用）
同樣的道理，響應(yīng)包也會(huì)按照如下的邏輯被主機(jī)A接受，處理。
Copy// 主機(jī)A if 收到的數(shù)據(jù)包.MAC地址 == 自己的MAC地址{ if dst ip == 本機(jī)ip{ // 本地處理數(shù)據(jù)包 }else{ // 查詢路由表，根據(jù)路由表的規(guī)則，將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)某個(gè)某卡、或者默認(rèn)網(wǎng)關(guān) } }else{ // 直接丟棄 }
這一次，讓我在百度告訴你，當(dāng)你請(qǐng)求www.baidu.com時(shí)都發(fā)生了什么？
四、容器網(wǎng)絡(luò)互通原理
有了上面那些知識(shí)儲(chǔ)備呢？再看我們今天要探究的問題，就不難了。
如下紅字部分：同一個(gè)宿主機(jī)上的不同容器是如何互通的？
那我們先分別登陸容器記錄下他們的ip
Copy9001的ip是：172.17.0.2 9002的ip是：172.17.0.3
先看實(shí)驗(yàn)效果：在9001上curl9002
Copy/# curl 172.7.88.3 <!DOCTYPE html> <html> <head> <title>Welcome to nginx!</title> <style> html { color-scheme: light dark; } ...
實(shí)驗(yàn)結(jié)果是網(wǎng)絡(luò)互通！
我們?cè)偻晟埔幌律厦娴膱D，把docker0、以及兩個(gè)容器的ip補(bǔ)充上去，如下圖：
Docker容器間網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)原理，講不明白算我輸
那兩臺(tái)機(jī)器之前要通信是要遵循OSI網(wǎng)絡(luò)模型、和以太網(wǎng)協(xié)議的。
我們管172.17.0.2叫做容器2
我們管172.17.0.3叫做容器3
比如我們現(xiàn)在是從：容器2上curl 容器3，那么容器2也必須按照以太網(wǎng)協(xié)議將數(shù)據(jù)包封裝好，如下
Copysrc ip = 172.17.0.2 src mac = 容器2的mac地址 dst ip = 172.17.0.3 dst mac = 容器3的mac地址 ？？？
那現(xiàn)在的問題是容器3的mac地址是多少？
刪掉所有容器，重新啟動(dòng)，方便實(shí)驗(yàn)抓包
容器2會(huì)先查自己的本地緩存，如果之前沒有訪問過，那么緩存中也沒有任何記錄！
Copy:/# arp -n
不過沒關(guān)系，還有arp機(jī)制兜底，于是容器2會(huì)發(fā)送arp請(qǐng)求包，大概如下
Copy1、這是一個(gè)arp請(qǐng)求包 2、我的ip地址是：172.17.0.2 3、我的mac地址是：容器2的mac地址 4、請(qǐng)問：ip地址為：172.17.0.3的機(jī)器，你的mac地址是多少？
容器2會(huì)查詢自己的路由表，將這個(gè)arp請(qǐng)求從自己的gateway發(fā)送出去
Copy/# route -n Kernel IP routing table Destination Gateway Genmask Flags Metric Ref Use Iface 0.0.0.0 172.7.88.1 0.0.0.0 UG 0 0 0 eth0 172.7.88.0 0.0.0.0 255.255.255.0 U 0 0 0 eth0
我們發(fā)現(xiàn)容器2的網(wǎng)關(guān)對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的ip就是docker0的ip地址，并且經(jīng)由eth0發(fā)送出去！
哎？eth0不就是我們之前說(shuō)的veth-pair設(shè)備嗎？
并且我們通過下面的命令可以知道它的另一端對(duì)應(yīng)著宿主機(jī)上的哪個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備：
Copy/# ethtool -S eth0 NIC statistics: peer_ifindex: 53
而且我們可以下面的小實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證上面的觀點(diǎn)是否正確
Copy# 在容器中ping百度 ~]# ping 220.181.38.148 # 在宿主機(jī)上抓包 ~]# yum install tcpdump -y ~]# tcpdump -i ${vethpair宿主機(jī)側(cè)的接口名} host 220.181.38.148 ...
所以說(shuō)從容器2的eth0出去的arp請(qǐng)求報(bào)文會(huì)同等的出現(xiàn)在宿主機(jī)的第53個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上。
通過下面的這張圖，你也知道第53個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備其實(shí)就是下圖中的veth0-1
所以這個(gè)arp請(qǐng)求包會(huì)被發(fā)送到docker0上，由docker0拿到這個(gè)arp包發(fā)現(xiàn)，目標(biāo)ip是172.17.0.3并不是自己，所以docker0會(huì)進(jìn)一步將這個(gè)arp請(qǐng)求報(bào)文廣播出去，所有在172.17.0.0網(wǎng)段的容器都能收到這個(gè)報(bào)文！其中就包含了容器3！
那容器3收到這個(gè)arp報(bào)文后，會(huì)判斷，哦！目標(biāo)ip就是自己的ip，于是它將自己的mac地址填充到arp報(bào)文中返回給docker0！
同樣的我們可以通過抓包驗(yàn)證，在宿主機(jī)上
Copy# 在172.17.0.2容器上ping172.17.0.3 /# ping 172.17.0.3 ~]# tcpdump -i vethdb0d222 tcpdump: verbose output suppressed, use -v or -vv for full protocol decode listening on vethdb0d222, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 262144 bytes 17:25:30.218640 ARP, Request who-has 172.17.0.3 tell 172.17.0.2, length 28 17:25:30.218683 ARP, Reply 172.17.0.3 is-at 02:42:ac:11:00:03 (oui Unknown), length 28 17:25:30.218686 IP 172.17.0.2.54014 > 172.17.0.3.http: Flags [S], seq 3496600258, win 29200, options [mss 1460,sackOK,TS val 4503202 ecr 0,nop,wscale 7], length 0
于是容器2就拿到了容器3的mac地址，以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包需要的信息也就齊全了！如下：
Copysrc ip = 172.17.0.2 src mac = 容器2的mac地址 dst ip = 172.17.0.3 dst mac = 容器3的mac地址
再之后容器2就可以和容器3正?；ヂ?lián)了！
容器3會(huì)收到很多數(shù)據(jù)包，那它怎么知道哪些包是發(fā)給自己的，那些不是呢？可以參考如下的判斷邏輯
Copyif 響應(yīng)包.mac == 自己的mac{ // 說(shuō)明這是發(fā)給自己包，所以不能丟棄 if 響應(yīng)包.ip == 自己的ip{ // 向上轉(zhuǎn)發(fā)到osi7層網(wǎng)絡(luò)模型的上層 }else{ // 查自己的route表，找下一跳 } }else{ // 直接丟棄 }
五、實(shí)驗(yàn)環(huán)境
Copy# 下載 ~]# docker pull registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/changwu/nginx:1.7.9-nettools # 先啟動(dòng)1個(gè)容器 ~]# docker run --name mynginx1 -i -t -d -p 9001:80 nginx-1.7.9-nettools:latest eb569b938c07e95ccccbfc654c1fee6364eea55b20f5394382ff42b4ccf96312 ~]# docker run --name mynginx2 -i -t -d -p 9002:80 nginx-1.7.9-nettools:latest 545ed62d3abfd63aa9c3ae196e9d7fe6f59bbd2e9ae4e6f2bd378f23587496b7 # 驗(yàn)證 ~]# curl 127.0.0.1:9001
推薦學(xué)習(xí)：《docker視頻教程》
