Docker 网络基础介绍

【编者按】本文作者为 Mesosphere 开发大使 Michael Hausenblas，主要介绍配置 Docker 单主机网络的基本知识。文章系国内 ITOM 管理平台 OneAPM 编译呈现。

Docker 网络基础介绍

想要了解有关 Docker 网络的更多信息，包括多主机网络介绍，请查看本文作者 Michael Hausenblas 撰写的报告——《Docker 网络与服务探索》，点此下载该报告。

当你开始扩大 Docker 的应用范围时，忽然发现，你需要了解很多关于网络的知识。作为 Docker 网络的入门介绍，本文将从小处着手，首先你要考虑如何管理容器之间的连接。Docker 容器需要有个主机才能运行，该主机既可以是实体机器（例如：企业数据中心的裸机服务器），也可以是 on-prem 或云中的虚拟机。如图一所示，主机上会运行 Docker 后台程序与 Docker 客户端。一方面，你可以与 Docker 注册表交互（pull 或 push Docker 图片）；另一方面，也可以启动、停止或监视容器。

Docker 网络基础介绍图片1. 简化版 Docker 架构（单主机）

主机与容器之间的关系为 1:N。也就是说，一个主机上通常会运行着多个容器。例如，Facebook 报告称，取决于机器的规模，每个主机上平均运行着10到40个容器。此外，Mesosphere 对裸机进行的多项负载测试结果显示，在每个主机上运行250以内的容器是可能的。

不过，无论是单主机部署模式，还是采用了机器集群，你都不可避免地需要面对网络：

对大多数单主机部署而言，问题可以归结为通过共享卷组(shared volume)进行数据交换还是通过网络(基于 HTTP 或其他协议)进行数据交换。尽管 Docker 数据卷组简单易用，但也会导致紧密耦合，这意味着更难将单主机部署转变为多主机部署。通常，共享卷组的优势在于数据处理速度。
在多主机部署中，你需要考虑两个方面：单个主机内的容器如何相互交流？不同主机之间的容器又如何交流？性能考虑与安全要素都将影响你的设计决定。当单主机的容量无法满足需求（请参考前文关于单主机承载的平均容器数及最大容器数的讨论），或打算使用诸如 Apache Spark, HDFS 或 Cassandra 之类的分布式系统时，多主机部署就变得必不可少了。

分布式系统与数据局部性

使用分布式系统(进行计算或存储)的主要好处通常来自并发处理，后者常常伴随数据局部性。此处，数据局部性是指将代码发布至数据所处位置的原则，而不是传统的那样倒过来。试思考以下情况：如果你的数据集大小以 TB 计，而代码量以 MB 计，在集群中移动代码其实比将多个 TB 的数据移至中央处理区更加高效。除了获得并发处理的优势，分布式系统还具备更好的容错性，因为系统的一些部分仍或多或少保留了独立运转的能力。

简而言之，Docker 网络是 Docker 提供的原生容器 SDN 解决方法。概括来说，Docker 网络提供了四种可选模式：桥接模式、主机模式、容器模式以及无网络模式。本文将逐一讨论这四种模式与单主机配置相关的内容，并在文末总结时提及诸如安全之类的一般话题。

##桥接模式网络在此模式下(参考图片2)，Docker 后台程序会创建 docker0，一个虚拟的以太网桥，用于自动转发与之连接的任意网络接口间的数据包。默认情况下，该后台进程会创建一对对等接口(peer interface)，分派其一为容器的 eth0 接口，另一个则分派在主机的命名空间下，同时从私有 IP 地址范围中为该桥接分配一个 IP 地址或子网络，由此，同一主机上的所有容器都连接到此内网中。

示例1. 运行中的 Docker 桥接模式网络

$ docker run -d -P --net=bridge nginx:1.9.1$ docker ps
CONTAINER ID   IMAGE                  COMMAND    CREATED
STATUS         PORTS                  NAMES17d447b7425d   nginx:1.9.1            nginx -g   19 seconds ago
Up 18 seconds  0.0.0.0:49153->443/tcp,               0.0.0.0:49154->80/tcp  trusting_feynman

注意

由于桥接模式是 Docker 默认的连接模式，在示例1中，你也可以使用docker run -d -P nginx:1.9.1。如果你没有使用 -P 参数（用于发布容器的所有公开端口），也没有使用 -p host_port:container_port（用于发布特定的端口），IP 数据包在主机之外就无法路由至容器。

Docker 网络基础介绍图片2. 桥接模式网络设置

##主机模式网络该模式能有效禁止 Docker 容器的网络隔离。因为容器共享了主机的网络命名空间，它会直接暴露于公网。因此，你需要通过端口映射(port mapping)开展协调工作。

实例2. 运行中的 Docker 主机模式网络

$ docker run -d --net=host ubuntu:14.04 tail -f /dev/null$ ip addr | grep -A 2 eth0:2: 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

$ docker ps
CONTAINER ID  IMAGE         COMMAND  CREATED
STATUS        PORTS         NAMES
b44d7d5d3903  ubuntu:14.04  tail -f  2 seconds ago
Up 2 seconds                jovial_blackwell
$ docker exec -it b44d7d5d3903 ip addr2: 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

正如示例2所示，容器与主机的 IP 地址是一致的，同为 10.0.7.197。

在图片3中，在使用主机模式时，容器直接继承了其所在主机的 IP 地址。该模式相比桥接模式运转更迅速(因为不存在路由的开销)，但是它直接将容器暴露于公网中，而后者包含了诸多安全隐患。

Docker 网络基础介绍图片3. Docker 主机模式网络设置

##容器模式网络在此模式下，Docker 会重用其他容器的网络命名空间。通常，如果你想提供客制化的网络堆栈，该模式最为有用。该模式也为 Kubernetes 网络所采用。

示例3. 运行中的 Docker 容器模式网络

$ docker run -d -P --net=bridge nginx:1.9.1$ docker ps
CONTAINER ID  IMAGE        COMMAND   CREATED         STATUS
PORTS                      NAMES
eb19088be8a0  nginx:1.9.1  nginx -g  3 minutes ago   Up 3 minutes0.0.0.0:32769->80/tcp,0.0.0.0:32768->443/tcp     admiring_engelbart
$ docker exec -it admiring_engelbart ip addr8: eth0@if9: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 9001 qdisc noqueue state UP group default    link/ether 02:42:ac:11:00:03 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet **172.17.0.3**/16 scope global eth0

$ docker run -it --net=container:admiring_engelbart ubuntu:14.04 ip addr...8: eth0@if9: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 9001 qdisc noqueue state UP group default    link/ether 02:42:ac:11:00:03 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet **172.17.0.3**/16 scope global eth0

结果（如实例3所示）正如我们所想：通过 --net=container 启动的第二个容器与第一个容器拥有相同的 IP 地址，即自动分配的 admiring_engelbart，也即 172.17.0.3。

##无网络模式该模式将容器置于其网络堆栈之内，但并不进行配置。由此，断绝了网络连接，主要适用于以下两种情况：不需要网络的容器（例如：向磁盘卷组进行写入的批量作业），以及当你想配置自定义网络时。

示例4. 运行中的 Docker 无网模式

$ docker run -d -P --net=none nginx:1.9.1$ docker ps
CONTAINER ID  IMAGE          COMMAND   CREATED
STATUS        PORTS          NAMES
d8c26d68037c  nginx:1.9.1    nginx -g  2 minutes ago
Up 2 minutes                 grave_perlman
$  docker inspect d8c26d68037c | grep IPAddress    "IPAddress": "",    "SecondaryIPAddresses": null,

正如示例4所见，并未配置网络连接——这正是我们所期望的。

你可以在此 Docker 文档中了解有关网络以及配置选项的更多知识。

注意本文提及的所有 Docker 指令都在 CoreOS 环境中实践过，Docker 客户度与主机端的版本号均为 1.7.1。

##总结除了上文提及的四种 Docker 单主机网络模式，你还应了解以下几个方面的内容（这些内容也都与多主机部署密切相关）。

##分配 IP 地址当容器数量变化频繁且涉及的数量较多时，手动分配 IP 地址是不可行的。桥接模式在一定程度上能解决该问题。为了避免本地网络中的 ARP (Address Resolution Protocol，地址解析协议)冲突，Docker 后台进程会根据分配的 IP 地址随机生成 MAC 地址。

##分配端口你会发现自己不是处于固定端口分配阵营，就是动态端口分配阵营。这可以是随服务或应用而变的策略，也可以是全局策略，但是，你必须下定决心。记住，在桥接模式下，Docker 能自动分配可路由的(UDP 或 TCP)端口。

##网络安全默认情况下，Docker 启用了容器间通讯（这意味着默认设置为 --icc=true），也就是说，同一主机上的容器可以毫无限制地相互交流，这有可能导致拒绝服务(DOS)攻击。此外，Docker 通过 --ip_forward 与 --iptables 标记控制容器与外部世界的交流。你应该学习这些标记的默认值，并让公司安全团队也有所了解，同时在 Docker 后台进程的设置中体现你的认知。对了，由 StackEngine 的 Boyd Hemphill 完成的 Docker 安全分析也是很好的学习材料。

另一个需要考虑的网络安全问题是在线加密。然而，在撰写本文时，针对这一问题的解决方案非常有限。只有两个系统提供了开箱即用的解决方案：使用 NaCl 的 Weave 以及包含基于 TLS 设置的 OpenVPN。据笔者从 Docker 安全主管 Diogo Mónica 处得到的消息，在线加密可能从 1.9版本后开始提供。

最后，建议阅读 Adrian Mouat 撰写的《Docker 使用入门》，该文档详细介绍了有关网络安全的方方面面。

小贴士自动 Docker 安全检查若要在生产环境中自动检查部署 Docker 容器的常见安全问题，笔者强烈推荐使用 The Docker Bench for Security。

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本文转自 OneAPM 官方博客

原文地址：https://www.oreilly.com/learning/what-is-docker-networking

来源：oschina

链接：https://my.oschina.net/u/2365986/blog/673928

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系统监控

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