Docker单机网络上

前言

Docker系列文章:

此篇是Docker系列的第六篇，大家一定要按照我做的Demo都手敲一遍，印象会更加深刻的，加油！

  1. 为什么要学习Docker
  2. Docker基本概念
  3. Docker镜像基本原理
  4. Docker容器数据卷
  5. Dockerfile

网卡

网卡是一块计算机硬件。其特点是每一个网卡都有独立的MAC地址，用户可以通过电缆进行相互之间的连接。其主要功能是将数据封装成以太网中的帧，通过链路管理进行传输，接受数据后，对数据进行编码和译码。其优点是提高了CPU的利用率通过链路管理进行传输，提升了CPU的性能。
再用通俗一点的话解释，网卡其实就是七层或者四层网络模型的门户，复制接收和转发数据如下图:

Network Namespace介绍

Network Namespace在逻辑上是网络堆栈的一个副本，它有自己的路由、防火墙规则和网络设备。默认情况下，子进程继承其父进程的Network Namespace。如果不显式创建新的Network Namespace，所有进程都从 init 进程继承相同的默认Network Namespace。

每个新创建的Network Namespace默认有一个本地回环接口 lo，除此之外，所有的其他网络设备(物理/虚拟网络接口，网桥等)只能属于一个Network Namespace。每个Socket也只能和一个Network Namespace通信。

创建Network Namespace

备注:采用的环境为阿里云CentOS 8.2

  1. 检查默认的Network Namespace 的 ID;

    readlink /proc/$$/ns/net

  2. 创建名为networknamespacetest的Network Namespace;

     #创建名为networknamespacetest的Network Namespace
     ip netns add networknamespacetest
     #检查netns是否创建成功
     ls /var/run/netns

  3. 在networknamespacetest中创建一个bash进程并且查看Network Namespace的ID;

      #创建bash进程
      ip netns exec networknamespacetest bash
      #查看Network Namespace的ID
      readlink /proc/$$/ns/net

  4. 经过上面可以得出每个Network Namespace都是相互隔离的，接下来我们看下networknamespacetest有什么构成;

     ip addr

  5. Network Namespace由本地回环接口 lo构成，并且这个接口是处于关闭状态的，接下来我们启动这个回环接口;

    ip link set lo up

  6. 测试lo的连通性;

两个Network Namespace之间如何通信

Veth-Pair

什么是Veth-Pair

Veth是Linux中一种虚拟出来的网络设备，Veth设备总是成对出现，所以一般也叫Veth-Pair。Veth-Pair特点就是无法单独存在，删除其中一个，另一个也会自动消失。Veth的两头都直接连着网络协议栈，所以你创建一个Veth对，主机上就会多2个网卡。

Veth-Pair作用

Veth-Pair作用就是反向流转数据，从一头发数据，就会从另一头收到数据。Veth-Pair常常充当着一个桥梁，连接着各种虚拟网络设备。常见用途是连接两个Netwok Namespace，或者连接Linux-Bridge、OVS 之类的。

实战

  1. 创建两个Network Namespace network01和network02;

     ip netns add network01
     ip netns add network02

  2. 创建一对Veth设备，默认情况下会自动为Veth-Pair生成名称，这里为了方便我们测试，我们在创建时指定 Veth-Pair的名称;

     #创建Veth-Pair
     ip link add veth01 type veth peer name veth02
     #查看主机中Veth-Pair
     ip link ls   

  3. 把这一对Veth-Pair分别放到Network Namespace network01 和 network02中；

     #绑定
     ip link set veth01 netns network01
     ip link set veth02 netns network02

     #查看namespace组成
     ip netns exec network01 ip addr
     ip netns exec network02 ip addr

     #查看主机中是否存在Veth-Pair
     ip link ls

    查看network01和network02中的网络资源，发现各自多了一个网卡，也就是veth设备的两个端点,如下图:

​ 当我们把Veth-Pair分配到Network Namespace中后，在主机上就看不到它们了，如下图:

  1. 给这些Veth-Pair分配IP并启用它们;
#启动设备veth01
ip netns exec network01 ip link set veth01 up
#绑定IP
ip netns exec network01 ip addr add 10.0.1.1/24 dev veth01
#设置IP路由
ip netns exec network01 ip route

#启动设备veth02
ip netns exec network02 ip link set veth02 up
#绑定IP
ip netns exec network02 ip addr add 10.0.1.2/24 dev veth02
#设置IP路由
ip netns exec network02 ip route

  1. 通过ping命令来验证两个Network Namespace是否可以通信；

    ip netns exec network01 ping -c 3 10.0.1.2

至此我们就完成两个Network Namespace之间的通信。

Bridge

什么是Bridge

Linux Bridge（网桥）是工作于二层的虚拟网络设备，功能类似于物理的交换机。Bridge可以绑定其他Linux网络设备作为从设备，并将这些设备虚拟化为端口，当一个从设备被绑定到Bridge上时，就相当于真实网络中的交换机端口插入了一个连接有终端的网线。Bridge有多个端口，数据可以从任何端口进来，进来之后从哪个口出去和物理交换机的原理差不多。

Bridge作用

Veth-Pair可以实现两个Network Namespace之间的通信，但是当需要在多个Network Namespace之间通信的时候，光靠Veth-Pair就显得有一些麻烦了,我们需要在Network Namespace创建很多个Veth才能和多个Network Namespace通信，我们可以把很多Veth-Pair绑定到Bridge上面，Network Namespace就能连通了多个Network Namespace，当需要通信的时候，Network Namespace只要往Bridge发报文，所有Veth-Pair全都可以收到报文信息。

实战

  1. 创建一个br0的网桥，并设置上线；

    ip link add br0 type bridge
    ip link set dev br0 up
    ip addr

  2. 创建Veth-Pair;

    #创建3个 veth pair
    ip link add type veth
    ip link add type veth
    ip link add type veth

  3. 创建Network Namespace;

    #创建3个Network Namespace
    ip netns add net0
    ip netns add net1
    ip netns add net2

  4. 将Veth-Pair的一边挂到Network Namespace中，另一边挂到bridge上，并设IP地址；

    #配置net0
    ip link set dev veth1 netns net0
    ip netns exec net0 ip link set dev veth1 name eth0
    ip netns exec net0 ip addr add 10.0.1.1/24 dev eth0
    ip netns exec net0 ip link set dev eth0 up
    ip link set dev veth0 master br0
    ip link set dev veth0 up


    #配置net1
    ip link set dev veth3 netns net1
    ip netns exec net1 ip link set dev veth3 name eth0
    ip netns exec net1 ip addr add 10.220.1.2/24 dev eth0
    ip netns exec net1 ip link set dev eth0 up
    ip link set dev veth2 master br0
    ip link set dev veth2 up


    #配置net2
    ip link set dev veth5 netns net2
    ip netns exec net2 ip link set dev veth5 name eth0
    ip netns exec net2 ip addr add 10.220.1.3/24 dev eth0
    ip netns exec net2 ip link set dev eth0 up
    ip link set dev veth4 master br0
    ip link set dev veth4 up

  5. 给br0设置IP;

    ip link set dev br0 down
    ip addr add 10.220.1.0/24 dev br0
    ip link set dev br0 up
    ip netns exec net0 ping -c 2 10.220.1.3

  6. 解决ping不通的问题，因为系统为bridge开启了iptables功能，导致所有经过br0的数据包都要受iptables里面规则的限制，我在虚拟机已经安装了Docker，Docker将iptables里面filter表的FORWARD链的默认策略设置成了drop，于是所有不符合docker规则的数据包都不会被forward，导致你这种情况ping不通；

    解决办法有两个:

    第一个就是关闭系统bridge的iptables功能，这样数据包转发就不受iptables影响了：

    echo0 >/proc/sys/net/bridge/bridge-nf-call-iptables；

    第二就是为br0添加一条iptables规则，让经过br0的包能被forward：

     iptables -A FORWARD -i br0 -j ACCEPT;

  7. 验证；

以上涉及的Linux技术其实已经和ocker底层的网络技术有些类似，这里先整体介绍一下,下篇我们对Docker的网络进行探究一下。

结束

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