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Docker 网络架构

Docker容器实现环境隔离，为内部进程提供一个独立的环境，这里面就包含网络环境的隔离。从容器内部来看，就好像自己独占一个主机，拥有一套完整的网络配置，包括IP协议栈、端口、套接字、防火墙等等。

为了实现这样的容器网络，采用的架构由三部分组成：CNM、Libnetwork和驱动。

CNM

CNM是Docker采用的网络设计规范，其又分为三个组成要素：SandBox、Endpoint、Network。

• SandBox：提供独立的网络协议栈，用于隔离容器网络与宿主机网络，形成了完全独立的容器网络环境
• Network：Docker内部的虚拟子网，使网络内的逻辑主机可以通信
• Endpoint：虚拟网络的接口，通过该接口容器可以接入Network

上图中包含三个容器，每个容器都有自己的SandBox实现自己的独立网络协议栈。这些容器通过endpoint连接到network，再通过network连接到宿主机的网络，最后通过宿主机接入互连网。

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Libnetwork

Libnetwork是CNM的一个实现，其完成了CNM定义的三个核心功能，并拓展了容器负载均衡，网络控制以及管理。

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驱动

容器具有独立完整的网络协议栈，协议栈的上三层应用层、运输层、网络层都没有变化。因为容器使用TCP/IP协议，宿主机也是用TCP/IP协议，这些协议在上三层实现，所以上三层没有修改的必要，直接复用宿主机的实现。

这里不是说容器和宿主机使用同样的网络栈，只是它们的网络栈上三层使用相同实现方案。

协议栈的最底层是数据链路层，数据链路层通过主机的驱动程序实现。为了实现网络的隔离性，那么就需要让不同容器之间，容器与宿主机之间的网络隔离。这就依赖于数据链路层的驱动程序，比如说Endpoint就是在数据链路层的驱动中实现的。

除去实现基本的隔离性，Docker还提供了多种类型的网络，并分别实现相应的驱动程序。比如桥接网络驱动Dridge Driver、宿主机网络驱动Host Driver等等。

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网络类型

刚才提到，Docker实现了多个驱动程序，来支持不同类型的网络，在操作容器时，就可以选择不同的网络类型：

1. Bridge网络：桥接网络，驱动在主机上创建一个网桥，多个容器可以接入网桥，相互通信，也可以通过网桥与互连网通信
2. Host网络：宿主机网络，相当于移除了宿主机与容器之间的网络隔离，让容器可以直接使用宿主机的网络，此时容器直接使用宿主机的网络
3. Container网络：容器网络，让一个容器共享另一个容器的网络，此时两个容器共享ip，端口号等等，也就是共享网络
4. none网络：容器的网络依然隔离，但是不再拥有自己的网络，此时无法进行网络通信

接下来先讲解Docker的网络命令，再深入讲解以上四种网络的操作。

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命令

docker network ls

• 功能：查看docker的所有网络

语法：

docker network ls [option]

示例：

在这台主机上的Docker，共有四个网络，其中brideg、host、none这三个网络，是Docker自带的网络，它们的网络名称和驱动名称相同。

后面的DRIVER是该网络使用的驱动程序，也就是先前提到的几种驱动程序之一。

第四个网络是用户自建的网络，使用的驱动是bridge。

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docker network inspect

• 功能：输出网络的详细信息

语法：

docker network inspect [option]

查看默认的bridge网络：

此处可以看到其使用的驱动程序，是否使用IPv6。再比如Subnet表示可分配的子网，所有连接到这个网络的容器，可以分配到这些子网。Gateway表示网关，即这个网络通过172.17.0.1连接到宿主机。

使用ifconfig查看宿主机网络：

可以看到一个docker0网络，这是Docker安装时，自动配置的网络，也是所有容器的默认网络。其地址为172.17.0.1，也就是bridge网络使用的网关。

所有的Docker容器启动时，如果没有指定网络，默认使用bridge网络，bridge使用docker0，因此docker0是所有容器的默认网络。

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docker network create

• 功能：创建一个网络

语法：

docker network create [option] network_name

选项：

• --driver, -d：指定网络驱动，默认是 bridge
• --subnet：指定网络的子网
• --gateway：指定网络的默认网关
• --ip-range：指定分配给容器的连续 IP 地址范围
• --enable-ipv6：启用 IPv6 网络

此处注意区别--subnet和 --ip-range，前者指定的是子网，这个会影响网络的广播，IP地址的范围等。而 --ip-range只限制地址范围，容器分配到的IP地址不会超过这个范围。

例如，指定子网为 172.17.0.0/16 并设置 IP 范围为 172.17.1.0/24，这意味着 Docker 将只从 172.17.1.0 到 172.17.1.255 这个范围内为容器分配 IP 地址，但是容器的广播域是172.17.0.0/16 。

创建一个桥接网络test1：

以上命令创建了一个test1桥接网络，并且分配了子网192.168.0.1。

通过ifconfig查看主机网络：

此时多出一个br-8c5013a75f1d0网络，前面的br是bridge简写，表示桥接网络，后面是一段随机生成的字符。这个网络的地址为192.168.0.1，就是先前指定的子网。

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docker network connect

• 功能：将容器连接到网络

语法：

docker network connect [option] network container

选项：

• --ip：指定IP地址
• --ip6：指定IPv6地址

示例：

以上命令，创建了一个busybox容器，并且执行以下命令分配网络：

docker network connect --ip 192.168.66.66 test1 bx1

分配的IP地址是192.168.66.66，来自网络test1，这是先前创建的一个桥接网络。

进入容器后，执行ifconfig，可以看到三个网络。

1. eth0：由于在docker run的时候，没有指定网络，默认使用bridge网络，也就是eth0，为其分配的地址为172.17.0.2
2. eth1：这是通过以上指令添加的网络，通过子网掩码可以看出所属子网为192.168.0.0/16，也就是test1可分配的子网，而分配的地址是192.168.66.66
3. lo：一个本地环回地址

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docker network disconnect

• 功能：断开容器与网络的连接

语法：

docker newwork disconnect

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docker network prune

• 功能：删除所有不使用的网络

语法：

docker newwork prune

示例：

此处删除了两个用户自定的网络，因为这两个网络没有任何一个容器正在使用。

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docker network rm

• 功能：删除指定网络

语法：

docker newwork rm

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网络操作

bridge

bridge是默认的网络配置，如果创建容器时，不配置网络属性，那么就会使用bridge网络。

创建一个容器，不配置任何网络：

查看网络信息，可以看到两个两个网络接口，分别是lo本地环回，以及eth0接口用于对外通信。

eth0的地址为172.17.0.2，子网掩码为255.255.0.0，可见其属于子网172.17.0.0/16。

这个地址，其实属于宿主机的docker0：

可以看到，docker0接口的地址为172.17.0.1，当一个容器创建时，不指定网络，就会通过docker0搭建网桥，与宿主机通信，最后通过宿主机的eth0与互连网通信。

从容器内部看，好像自己使用eth0就可以直接与互连网直接通信，自己独占一个主机的网络接口。

但是其实eth0本质是连接了docker0这个网桥，而宿主机的eth0也连接了docker0这个网桥。因此容器内部的eth0与宿主机的eth0可以通过网桥通信，进而让容器可以与外界网络通信。

在此处，docker0就类似于物理上的路由器或者说交换机，所有连接到这个网桥的接口都可以相互通信，实现的是宿主机与容器之间的通信。

同一个网桥上的任意两个接口都可以相互通信，那么同一网桥内的两个容器之间也能可以通信，并且还会自带DNS的解析服务。

创建一个桥接网络test_net：

在两个终端运行两个busybox容器bx3和bx4，都连接到test_net网络：

在docker run时加上参数--network，可以直接指定网络，无需通过docker network connect。

bx3容器分配到的IP地址为172.18.0.2。

bx4容器分配到的IP地址为172.18.0.3。

在bx3中ping 172.18.0.3：

成功了，说明bx3和bx4可以通过网桥test_net进行通信。

不仅如此，还可以直接ping 容器名：

在bx3中ping bx4也成功了，这是因为处于同一网桥下的容器，网桥会对域名进行DNS解析，容器名就是域名，bx4直接被解析为了172.18.0.3。

不过这个DNS解析只有用户自己创建的桥接网络才有，docker0不带有这个功能。

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host

host是一种非常简单粗暴的容器网络模式，这种模式下，容器不会进行网络隔离，直接使用宿主机的网络配置。

上图中，container A使用host网络，其箭头直接指向整个宿主机网络，宿主机有什么接口，container A就有什么接口。

创建一个busybox容器，使用host网络：

其包含的网络接口与宿主机完全一致，比如docker0、etho以及一个br-xxxx网络，这个是先前创建的test_net网络的接口。

虽然这种方式很简单粗暴，但是相比于bridge，不需要通过网桥进行数据转发，网络效率会更高。缺点是与宿主机共用网络，可能会有端口冲突等问题。

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container

container网络模式下，一个容器会直接使用另一个容器的网络，两个容器共享网络栈。

上图中，container A使用的就是container模式的网络，其与container B共用一份网络。

创建容器bx6，使用test_net桥接网络：

其分配到的地址为172.18.0.2。

再创建一个容器bx7，使用container网络，与bx6共享网络：

在docker run是添加以下参数，则为container网络：

--network container:被共享网络的容器

--network container:bx6表示bx7共享了bx6的网络，其eth0接口的地址也为172.18.0.2。

对于被共享网络的容器，不一定就是桥接网络，也有可能是host等其它网络。不论是什么网络，都支持被container网络进行容器之间的共享。

container网络的实现原理很简单，容器网络通过net namespace进行隔离，每个容器都会创建自己的net namespace。当一个容器使用container网络时，不会创建自己的net namespace，而是直接进入到别的容器的net namespace中，那么这两个容器的网络就不会被隔离，于是新容器就可以使用别的容器的网络了。

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none

none就是没有网络，可以在docker run时通过--network=none来指定。

在这种模式下，只有一个lo本地环回接口，无法与外部进行网络连接。

对于一些不需要互连网的应用，或者安全要求高的内容，可以使用none网络进行。

最后，再总结一下以上四种网络：

• bridge：容器通过net namespace隔离网络环境，再使用一个接口连接到网桥与外部通信
• host：容器不创建自己的net namespace，直接与宿主机共享网络
• container：容器不创建自己的net namespace，直接使用其他容器的net namespace
• none：容器通过net namespace隔离网络环境，但是不开放接口，形成一个完全独立，无法联网的网络环境

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