docker | 容器的跨主机连接

lvbibir's Blog

docker | 容器的跨主机连接

lvbibir · 2019-08-01 · via lvbibir's Blog

0 前言

实现跨主机的 docker 容器之间的通讯：

使用网桥实现跨主机的连接
docker 原生的网络：overlay、macvlan
第三方网络：flaanel、weave、calic

1 网桥

在这里插入图片描述

2 open vswitch

3 weave

4 macvlan

4.1 简介

macvlan 是 Linux 操作系统内核提供的网络虚拟化方案之一，更准确的说法是网卡虚拟化方案。它可以为一张物理网卡设置多个 mac 地址，相当于物理网卡施展了影分身之术，由一个变多个，同时要求物理网卡打开混杂模式。针对每个 mac 地址，都可以设置 IP 地址，本来是一块物理网卡连接到交换机，现在是多块虚拟网卡连接到交换机。

当容器需要直连入物理网络时，可以使用 Macvlan。Macvlan 本身不创建网络，本质上首先使宿主机物理网卡工作在‘混杂模式’，这样物理网卡的 MAC 地址将会失效，所有二层网络中的流量物理网卡都能收到。接下来就是在这张物理网卡上创建虚拟网卡，并为虚拟网卡指定 MAC 地址，实现一卡多用，在物理网络看来，每张虚拟网卡都是一个单独的接口。使用 Macvlan 有几点需要注意：

容器直接连接物理网络，由物理网络负责分配 IP 地址，可能的结果是物理网络 IP 地址被耗尽，另一个后果是网络性能问题，物理网络中接入的主机变多，广播包占比快速升高而引起的网络性能下降问题。
前边说过了，宿主机上的某张网上需要工作在‘混乱模式’下。
从长远来看 bridge 网络与 overlay 网络是更好的选择，原因就是虚拟网络应该与物理网络隔离而不是共享。

优缺点：

优点是性能非常好
缺点是地址需要手动分配

Macvlan 网络有两种模式：bridge 模式与 802.1q trunk bridge 模式。

bridge 模式，Macvlan 网络流量直接使用宿主机物理网卡。
802.1q trunk bridge 模式，Macvlan 网络流量使用 Docker 动态创建的 802.1q 子接口，对于路由与过虑，这种模式能够提供更细粒度的控制

4.2 部署

环境准备：

两台 centos7
docker 版本：18.03
ip：192.168.0.53（node-1） 192.168.0.54（node-2）

[root@node-1 ~]# ip link show ens33
[root@node-1 ~]# ip link set ens32 promisc on
#开启混杂模式，保证多个ip可以通过
[root@node-1 ~]# docker network create -d macvlan --subnet 10.0.0.0/24 --gateway=10.0.0.1 -o parent=ens33 mac_net1
[root@node-1 ~]# docker network ls

在这里插入图片描述

node-1

docker run -itd --name bbox-1 --ip 10.0.0.11 --network mac_net1 busybox

node-2

docker run -itd --name bbox-2 --ip 10.0.0.12 --network mac_net1 busybox

node-1

[root@node-1 ~]# docker exec bbox-1 ping 10.0.0.12
[root@node-1 ~]# docker exec bbox-1 ping bbox-2

可以 ping 通 ip，但是无法 ping 通主机名，因为它没有 dns 解析

在这里插入图片描述

[root@node-1 ~]# brctl show

因为 macvlan 不依赖于 bridge 网络，所以查看不到新的桥接网络

在这里插入图片描述

[root@node-1 ~]# docker exec bbox-1  ip link

查看到 eth0 连接到了 if2

在这里插入图片描述

[root@node-1 ~]# ip link show ens33

可以查看到 ens33 的编号是 2，即 bbox-1 容器的 eth0 网卡连接到了 ens33 物理网卡

在这里插入图片描述

[root@node-1 ~]# docker network create  -d macvlan -o parent=ens33 mac_net2
Error response from daemon: network dm-b34ee1020a96 is already using parent interface ens33

再创建 macvlan 网络时发现已经无法再创建，即一块网卡只能添加一个 macvlan 的地址

4.3 一块网卡绑定多个 macvlan 地址

[root@node-1 ~]# modinfo 8021q
# 查看内核是否支持802.1q封装
[root@node-1 ~]# modprobe 8021q
# 如果上条命令执行后没有结果，使用该命令加载该模块

node-1

[root@node-1 ~]# vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33
BOOTPROTO=manual

修改为不需要 ip 的 manual 模式

node-2

[root@node-2 ~]# vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens32
BOOTPROTO=manual

node-1

添加两块虚拟网卡，注意与实际的 ens32 网卡的网段区分开

ens32 使用的是 192.168.0.0/24 网段，虚拟网卡使用的是 192.168.1.0/24 和 192.168.2.0/24

[root@node-1 ~]# cp -p /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33 /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33.10
[root@node-1 ~]# vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33.10
BOOTPROTO=none
NAME=ens33.10
DEVICE=ens33.10
ONBOOT=yes
IPADDR=192.168.1.10
PREFIX=24
NETWORK=192.168.1.0
VLAN=yes
[root@node-1 ~]# cp -p /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33.10 /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33.20
[root@node-1 ~]# vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33.20
BOOTPROTO=none
NAME=ens33.20
DEVICE=ens33.20
ONBOOT=yes
IPADDR=192.168.2.10
PREFIX=24
NETWORK=192.168.2.0
VLAN=yes
[root@node-1 ~]# ifup ens33.10
[root@node-1 ~]# ifup ens33.20
[root@node-1 ~]# scp /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33.10 192.168.0.54:/etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens32.10
[root@node-1 ~]# scp /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33.20 192.168.0.54:/etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens32.20

node-2

[root@node-2 ~]# vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens32.10
BOOTPROTO=none
NAME=ens32.10
DEVICE=ens32.10
ONBOOT=yes
IPADDR=192.168.1.20
PREFIX=24
NETWORK=192.168.1.0
VLAN=yes
[root@node-2 ~]# vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens32.20
BOOTPROTO=none
NAME=ens32.20
DEVICE=ens32.20
ONBOOT=yes
IPADDR=192.168.2.20
PREFIX=24
NETWORK=192.168.2.0
VLAN=yes
[root@node-2 ~]# ifup ens32.10
[root@node-2 ~]# ifup ens32.20

node-1

[root@node-1 ~]# docker network create -d macvlan --subnet 172.16.11.0/24 --gateway 172.16.11.1 -o parent=ens33.10 mac_net11
[root@node-1 ~]# docker network create -d macvlan --subnet 172.16.12.0/24 --gateway 172.16.12.1 -o parent=ens33.20 mac_net12

node-2

[root@node-2 ~]# docker network create -d macvlan --subnet 172.16.11.0/24 --gateway 172.16.11.1 -o parent=ens32.10 mac_net11
[root@node-2 ~]# docker network create -d macvlan --subnet 172.16.12.0/24 --gateway 172.16.12.1 -o parent=ens32.20 mac_net12

node-1

[root@node-2 ~]# docker run -itd --name bbox-11 --ip=172.16.11.11 --network mac_net11 busybox
[root@node-2 ~]# docker run -itd --name bbox-12 --ip=172.16.12.11 --network mac_net12 busybox

node-2

[root@node-2 ~]# docker run -itd --name bbox-21 --ip=172.16.11.12 --network mac_net11 busybox
[root@node-2 ~]# docker run -itd --name bbox-22 --ip=172.16.12.12 --network mac_net12 busybox

node-1

[root@node-1 ~]# docker exec bbox-11 ping 172.16.11.12
PING 172.16.11.12 (172.16.11.12): 56 data bytes
64 bytes from 172.16.11.12: seq=0 ttl=64 time=0.867 ms
64 bytes from 172.16.11.12: seq=1 ttl=64 time=1.074 ms
64 bytes from 172.16.11.12: seq=2 ttl=64 time=1.145 ms
64 bytes from 172.16.11.12: seq=3 ttl=64 time=0.938 ms
^C
[root@node-1 ~]# docker exec bbox-12 ping 172.16.12.12
PING 172.16.12.12 (172.16.12.12): 56 data bytes
64 bytes from 172.16.12.12: seq=0 ttl=64 time=0.858 ms
64 bytes from 172.16.12.12: seq=1 ttl=64 time=1.140 ms
64 bytes from 172.16.12.12: seq=2 ttl=64 time=0.818 ms
64 bytes from 172.16.12.12: seq=3 ttl=64 time=1.056 ms
^C

在两台系统进行修改，添加网关，修改防火墙策略
node-1 中记得将 ens32 更换为 ens33

ifconfig ens32.10 172.16.10.1 netmask 255.255.255.0
ifconfig ens32.20 172.16.20.1 netmask 255.255.255.0
iptables -t nat -A POSTROUTING -o ens32.10 -j MASQUERADE
iptables -t nat -A POSTROUTING -o ens32 -j MASQUERADE

iptables -A FORWARD -i ens32.10 -o ens32 -m state --state RELATE,ESTABLISHED -j ACCEPT
iptables -A FORWARD -i ens32 -o ens32.10 -m state --state RELATE,ESTABLISHED -j ACCEPT
iptables -A FORWARD -i ens32.10 -o ens32 -j ACCEPT
iptables -A FORWARD -i ens32 -o ens32.10 -j ACCEPT

5 overlay

5.1 简介

在这里插入图片描述

5.2 准备 overlay 环境

为支持容器的跨主机通信，Docker 提供了 overlay driver。Docker overlay 网络需要一个 key-value 数据库用于保存网络状态信息，包括 Network、Endpoint、IP 等。Consul、Etcd 和 ZooKeeper 都是 Docker 支持的 key-value 软件，这里我们使用 Consul

环境描述

节点	系统版本	docker 版本	角色	IP 地址
node-1	centos7.4	docker-18.03.0	consul	192.168.0.101
node-2	centos7.4	docker-18.03.0	host	192.168.0.102
node-3	centos7.4	docker-18.03.0	host	192.168.0.103

创建 consul

node-1;

[root@node-1 ~]# docker run -d -p 8500:8500 -h consul --name consul progrium/consul -server -bootstrap

容器启动后可以通过 192.168.0.101:8500 访问到 consul

在这里插入图片描述

修改 docker 配置文件

修改 node-2 和 node-3 的 docker daemon 的配置文件/etc/systemd/system/docker.service

[root@node-2 ~]# vim  /etc/systemd/system/docker.service
ExecStart=/usr/bin/dockerd  -H tcp://0.0.0.0:2376 -H unix:///var/run/docker.sock --cluster-store=consul://192.168.0.101:8500 --cluster-advertise=ens32:2376
[root@node-2 ~]# systemctl daemon-reload
[root@node-2 ~]# systemctl restart docker

-H ：tcp：允许 tcp 连接 daemon -H：unix：默认的 socket 连接方式，支持远程的同时，本地也可以连接
–cluster-store 指定 consul 的地址
–cluster-advertise 告知 consul 自己的连接地址

node-2 和 node-3 会自动注册到 consul 数据库中。

在这里插入图片描述

5.3 创建 overlay 网络

在 node-2 中创建网络

在 node-2 中创建 overlay 网络 ov_net1

[root@node-2 ~]# docker network create -d overlay ov_net1

-d overlay：指定 driver 为 overlay

[root@node-2 ~]# docker network ls

在这里插入图片描述

node-3 查看创建的网络

注意到 ov_net1 的 SCOPE 为 global，而其他网络为 local 。在 node-3 上查看存在的网络:

[root@node-3 ~]# docker network ls

在这里插入图片描述

node-3 上也能看到 ov_net1，只是因为创建 ov_net1 时将 overlay 网络信息存入了 consul，node-3 从 consul 读取到了新网络数据。之后 ov_net1 的任何变化都会同步到 node-2 和 node-3

查看 ov_net1 详细信息

[root@node-2 ~]# docker network inspect ov_net1

在这里插入图片描述

IPAM 是指 IP Address Management，docker 自动为 ov_net1 分配的 IP 空间为 10.0.0.0/24

5.4 在 overlay 中运行容器

创建容器 bbox-1

在 node-2 上运行一个 busybox 容器并连接到 ov_net1.

[root@node-2 ~]# docker run -itd --name bbox-1 --network ov_net1 busybox

查看 bbox-1 网络配置

[root@node-2 ~]# docker exec bbox-1 ip r
default via 172.18.0.1 dev eth1
10.0.0.0/24 dev eth0 scope link  src 10.0.0.2
172.18.0.0/16 dev eth1 scope link  src 172.18.0.2

bbox-1 有两个网络接口，eth0 和 eth1
eth0 IP 为 10.0.0.2，连接的是 overlay 网络 ov_net1
eth1 IP 为 172.18.0.2
容器的默认路由是走 eth1，其实，docker 会创建一个 bridge 网络 “docker_gwbridge”，为所有连接到 overlay 网络的容器提供访问外网的能力

[root@node-2 ~]# docker network ls

在这里插入图片描述

[root@node-2 ~]# docker network inspect docker_gwbridge

在这里插入图片描述

从 docker network inspect docker_gwbridge 输出可确认 docker_gwbridge 的 IP 地址范围是 172.18.0.0/16，当前连接的容器就是 bbox-1（172.18.0.2）

而且此网络的网关就是网桥 docker_gwbridge 的 IP 172.18.0.1

[root@node-2 ~]# ifconfig docker_gwbridge
docker_gwbridge: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST>  mtu 1500
        inet 172.18.0.1  netmask 255.255.0.0  broadcast 172.18.255.255
        inet6 fe80::42:c5ff:fe45:937  prefixlen 64  scopeid 0x20<link>
        ether 02:42:c5:45:09:37  txqueuelen 0  (Ethernet)
        RX packets 0  bytes 0 (0.0 B)
        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

这样容器 bbox-1 就可以通过 docker_gwbridge 访问外网

[root@node-2 ~]# docker exec bbox-1 ping -c 4 www.baidu.com
PING www.baidu.com (182.61.200.6): 56 data bytes
64 bytes from 182.61.200.6: seq=0 ttl=53 time=6.721 ms
64 bytes from 182.61.200.6: seq=1 ttl=53 time=7.954 ms
64 bytes from 182.61.200.6: seq=2 ttl=53 time=11.723 ms
64 bytes from 182.61.200.6: seq=3 ttl=53 time=15.105 ms

--- www.baidu.com ping statistics ---
4 packets transmitted, 4 packets received, 0% packet loss
round-trip min/avg/max = 6.721/10.375/15.105 ms

5.5 overlay 网络连通性

node-3 中运行 bbox-2

[root@node-3 ~]# docker run -itd --name bbox-2 --network ov_net1 busybox

查看 bbox-2 路由情况

[root@node-3 ~]# docker exec bbox-2 ip r
default via 172.18.0.1 dev eth1
10.0.0.0/24 dev eth0 scope link  src 10.0.0.3
172.18.0.0/16 dev eth1 scope link  src 172.18.0.2

互通测试

[root@node-3 ~]# docker exec bbox-2 ping -c 4 10.0.0.2
PING 10.0.0.2 (10.0.0.2): 56 data bytes
64 bytes from 10.0.0.2: seq=0 ttl=64 time=2.628 ms
64 bytes from 10.0.0.2: seq=1 ttl=64 time=1.004 ms
64 bytes from 10.0.0.2: seq=2 ttl=64 time=1.277 ms
64 bytes from 10.0.0.2: seq=3 ttl=64 time=1.505 ms

--- 10.0.0.2 ping statistics ---
4 packets transmitted, 4 packets received, 0% packet loss
round-trip min/avg/max = 1.004/1.603/2.628 ms

可见 overlay 网络中的容器可以直接通信，同时 docker 也实现了 DNS 服务

实现原理

docker 会为每个 overlay 网络创建一个独立的 network namespace，其中会有一个 linux bridge br0， veth pair 一端连接到容器中（即 eth0），另一端连接到 namespace 的 br0 上。

br0 除了连接所有的 veth pair，还会连接一个 vxlan 设备，用于与其他 host 建立 vxlan tunnel。容器之间的数据就是通过这个 tunnel 通信的。逻辑网络拓扑结构如图所示：

在这里插入图片描述

[root@node-2 ~]# brctl show
bridge name     bridge id               STP enabled     interfaces
docker0         8000.024217edc413       no
docker_gwbridge         8000.0242c5450937       no              vethc59120e
virbr0          8000.525400b76fd4       yes             virbr0-nic
[root@node-3 ~]# brctl show
bridge name     bridge id               STP enabled     interfaces
docker0         8000.0242ef3c7df7       no
docker_gwbridge         8000.0242c81afaee       no              vethf4562a9
virbr0          8000.525400c28478       yes             virbr0-nic

要查看 overlay 网络的 namespace 可以在 node-2 和 node-3 上执行 ip netns（请确保在此之前执行过 ln -s /var/run/docker/netns /var/run/netns），可以看到两个 node 上有一个相同的 namespace “1-dd91de7599”

[root@node-2 ~]# ln -s /var/run/docker/netns /var/run/netns
[root@node-2 ~]# ip netns
6889f61efc4b (id: 1)
1-dd91de7599 (id: 0)

[root@node-3 ~]# ln -s /var/run/docker/netns /var/run/netns
[root@node-3 ~]# ip netns
8e4722847745 (id: 1)
1-dd91de7599 (id: 0)

“1-dd91de7599” 这就是 ov_net1 的 namespace，查看 namespace 中的 br0 上的设备

[root@node-2 ~]# ip netns exec 1-dd91de7599 brctl show
bridge name     bridge id               STP enabled     interfaces
br0             8000.0e7576c7c035       no              veth0
                                                        vxlan0

5.6 overlay 网络隔离

不同的 overlay 网络是相互隔离的。我们创建第二个 overlay 网络 ov_net2 并运行容器 bbox-3

创建网络 ov_net2

[root@node-2 ~]# docker network create -d overlay ov_net2

启动容器 bbox-3

[root@node-2 ~]# docker run -itd --name bbox-3 --network ov_net2 busybox

查看 bbox-3 网络

bbox-3 分配到的 IP 是 10.0.1.2，尝试 ping bbox-1（10.0.0.2）

[root@node-2 ~]# docker exec -it bbox-3 ip r
default via 172.18.0.1 dev eth1
10.0.1.0/24 dev eth0 scope link  src 10.0.1.2
172.18.0.0/16 dev eth1 scope link  src 172.18.0.3

[root@node-2 ~]# docker exec -it bbox-3 ping -c 4 10.0.0.2
PING 10.0.0.2 (10.0.0.2): 56 data bytes

--- 10.0.0.2 ping statistics ---
4 packets transmitted, 0 packets received, 100% packet loss
[root@node-2 ~]# docker exec -it bbox-3 ping -c 4 172.18.0.2
PING 172.18.0.2 (172.18.0.2): 56 data bytes

--- 172.18.0.2 ping statistics ---
4 packets transmitted, 0 packets received, 100% packet loss

ping 失败，可见不同 overlay 网络之间是隔离的，即使通过 docker_gwbridge 也不能通信

如果要实现 bbox-3 和 bbox-1 通信，可以将 bbox-3 也连接到 ov_net1

这时 bbox-3 同时连接到了 ov_net1 和 ov_net2 上

[root@node-2 ~]# docker network connect ov_net1 bbox-3
[root@node-2 ~]# docker exec bbox-3 ip r
default via 172.18.0.1 dev eth1
10.0.0.0/24 dev eth2 scope link  src 10.0.0.4
10.0.1.0/24 dev eth0 scope link  src 10.0.1.2
172.18.0.0/16 dev eth1 scope link  src 172.18.0.3
[root@node-2 ~]# docker exec bbox-3 ping -c 4 10.0.0.2
PING 10.0.0.2 (10.0.0.2): 56 data bytes
64 bytes from 10.0.0.2: seq=0 ttl=64 time=0.184 ms
64 bytes from 10.0.0.2: seq=1 ttl=64 time=0.158 ms
64 bytes from 10.0.0.2: seq=2 ttl=64 time=0.162 ms
64 bytes from 10.0.0.2: seq=3 ttl=64 time=0.093 ms

--- 10.0.0.2 ping statistics ---
4 packets transmitted, 4 packets received, 0% packet loss
round-trip min/avg/max = 0.093/0.149/0.184 ms

docker 默认为 overlay 网络分配 24 位掩码的子网（10.0.X.0/24），所有主机共享这个 subnet，容器启动时会顺序从此空间分配 IP。当然我们也可以通过 –subnet 指定 IP 空间。

docker network create -d overlay --subnet 10.22.1.0/24 ov_net

以上

此内容由惯性聚合(RSS阅读器)自动聚合整理，仅供阅读参考。原文来自 — 版权归原作者所有。

推荐订阅源

lvbibir's Blog

0 前言

1 网桥

2 open vswitch

3 weave

4 macvlan

4.1 简介

4.2 部署

4.3 一块网卡绑定多个 macvlan 地址

5 overlay

5.1 简介

5.2 准备 overlay 环境

5.3 创建 overlay 网络

5.4 在 overlay 中运行容器

5.5 overlay 网络连通性

5.6 overlay 网络隔离