Docker 基础使用 (4) 网络管理

文章目录

Docker 网络管理需求
Docker 网络架构认识
Docker 常见网络类型
- 1. bridge 网络
- 2. host 网络
- 3. container 网络
- 4. none 网络
- 5. overlay 网络
Docker 网路基础指令
Docker 网络管理实操

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Docker 网络管理需求

在操作系统的学习过程中，可以了解网络通信，本质上通常是两个进程的通信。Docker运行容器的本质通常是隔离了更多资源或属性的进程，隔离的资源就包括网络资源，容器的网络默认与宿主机及其他容器都是相互隔离。

但容器在实际应用场景下，也是需要进行网络（进程）间通信的。通常需要考虑的通信场景有:

多个容器之间是如何通信的
容器和宿主机是如何通信的
容器和外界主机是如何通信的
容器中要运行一些网络应用(如 nginx、web 应用、数据库等)，如果要让外部也可以访问这些容器内运行的网络应用应该如何实现
容器需要更高的定制化网络（如定制特殊的集群网络、定制容器间的局域网）应该如何实现

为了满足上述需求，便有了学习容器网络管理的需求。

Docker 网络架构认识

Docker 容器网络是为应用程序所创造的虚拟环境的一部分，它能让应用从宿主机操作系统的网络环境中独立出来，形成容器自有的网络设备、IP 协议栈、端口套接字、IP 路由表、防火墙等等与网络相关的模块。 Docker为了实现容器网络，主要采用Libnetwork与驱动作为架构。

CNM
Docker 网络架构采用的设计规范是 CNM（Container Network Model）。CNM 中规定了 Docker 网络的基础组成要素：Sandbox、Endpoint、Network。

Sandbox：提供了容器的虚拟网络栈，即端口、套接字、IP 路由表、防火墙、DNS 配置等内容。主要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，使得网络内的参与者能够进行通讯。

Endpoint：就是虚拟网络的接口，就像普通网络接口一样，Endpoint 的主要职责是负责创建连接。Endpoint 类似于常见的网络适配器，那也就意味着一个 Endpoint 只能接入某一个网络，当容器需要接入到多个网络，就需要多个 Endpoint。如下图当两Endpoint同时接入同一个Network中即可实现容器间的通信。

Libnetwork
CNM是一种架构, Libnetwork 是 CNM 的一个标准实现。Libnetwork 是开源库，采用 Go 语言编写（跨平台的），也是 Docker 所使用的库，Docker 网络架构的核心代码都在这个库中。Libnetwork 实现了 CNM 中定义的全部三个组件以及其他额外的功能。

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驱动

驱动指的是一种用于与底层系统或基础设施交互的插件，说的直白一点就是驱动是操作对应硬件的软件。例如显卡驱动、显示器键盘鼠标的驱动（基础驱动装机自带，所以对电脑没有过多需求的用户不知道驱动是什么）。

Docker网络相关的驱动也是驱动的一种，驱动主要负责实现数据层相关内容，例如网络的连通性和隔离性是由驱动来处理的。驱动通过实现特定网络类型的方式扩展了 Docker 网络栈，例如桥接网络和覆盖网络。Docker 内置了若干驱动，通常被称作原生驱动或者本地驱动。例如 Bridge Driver、Host Driver、Overlay Driver、MacVLan Driver、IPVLan Driver、None Driver 等等。每个驱动负责创建其上所有网络资源的创建和管理。

（补充：网络栈是一种计算机网络的概念，用于描述网络协议栈的层次结构。它包括多个层次，每个层次都负责不同的功能，具体来说就是网络通信模型中的某一层，例如物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层。）

Docker 常见网络类型

1. bridge 网络

bridge 驱动会在 Docker 管理的主机上创建一个 Linux 网桥。默认情况下，网桥上的容器可以相互通信。也可以通过 bridge 驱动程序配置，实现对外部容器的访问。Docker 容器的默认网络驱动.当我们需要多个容器在同一个 Docker 主机上通信时，桥接网络是最佳选择。

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bridge 网络默认网桥

在创建容器时，默认情况下（即创建的容器在没有使用–network参数指定要加入的 docker 网络时）都是加入 Docker 默认的单机桥接网络。默认的 bridge 网络会被映射到内核中为 docker0 的网桥上，一个docker bridge 对应一个 Linux bridge (内核网桥)。bridge 是 Docker 对网络的命名，而 docker0 是内核中网桥的名字。通过 docker network ls 指令查询出的名为bridge网络即为默认网络。当两个相同的容器连接同一个网桥，即可进行通信。此外用户可定义自定义，例如使用docker network create -d bridge new-bridge 指令，创建一个名为new-bridge自定义网桥。

值得注意是的，docker提供的默认bridge网络无法使用DNS域名解析服务。而自定义的bridge网络可以。

bridge 网络端口问题

docker 容器有和主机网络交互的需求，为此，需要对端口号进行专门的处理。通常容器要想和外部
主机或其他主机进行通信有两种策略。

① 暴露所有端口号，在启动容器时，可以使用指令参数 -P暴露主机所有端口号

② 端口转发，身端口转发（Port Forwarding）本身是一种网络配置，允许将来自外部网络的流量路由到局域网中的特定设备或服务。通常用于使外部用户能够访问局域网中的服务器或服务，如Web服务器或游戏服务器。使用-p参数将主机端口号与容器端口号建立映射关系，主机指定端口号接收到的网络数据会发给容器的指定端口号。

端口转发

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2. host 网络

对于独立容器，移除容器和 Docker 主机之间的网络隔离，并直接使用主机的网络。当网络堆栈不应该与 Docker 主机隔离，但是希望容器的其他资源被隔离时，主机网络是最佳选择。

Docker 容器运行默认都会分配独立的 Network Namespace 隔离子系统，但是如果基于 host 网络模式，容器将不会获得一个独立的 Network Namespace，而是和宿主机共用同一个 Network Namespace，容器将不会虚拟出自己的网卡，IP 等，而是直接使用宿主机的 IP 和端口。

连接到 host 网络的容器共享宿主机的网络栈，容器的网络配置与宿主机完全一样。用户可以在启动容器时通过 --network=host 指定使用 host 网络。

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bridge 网络在通信的时候需要进行端口转发以及 NAT 地址转换，这势必会消耗掉一些资源以及性能。而直接使用 host 网络最大的好处就是性能好，如果容器对网络传输效率有较高的要求，建议选择 host 网络。当然也会牺牲一些东西，比如要考虑端口冲突问题，其他服务已经被占用的端口就不能再使用了。

3. container 网络

这个模式指定新创建的容器和已存在的一个容器共享一个网络，而不是和宿主机共享。新创建的容器不会创建自己的网卡，配置自己的 ip，而是和一个已存在的、指定的容器共享 ip，端口等。两个容器除了网络方面，其他的如文件系统、进程列表等还是隔离的。两个容器的进程可以通过 LO网卡（127.0.0.1，通常被称为本地回环地址(Loop back address)）设备通信。

Docker Container 的 other container 网络模式是 Docker 中一种较为特别的网络的模式。之所以称为“other container 模式”，是因为这个模式下的 Docker Container，会使用其他容器的网络环境。之所以称为“特别”，是因为这个模式下容器的网络隔离性会处于 bridge 桥接模式与 host 模式之间。Docker Container 共享其他容器的网络环境，则至少两个容器之间不存在网络隔离，而这两个容器又与宿主机以及除此之外其他的容器存在网络隔离。

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other container 网络模式的创建方式如下：

1. 创建一个 busybox 容器 （任意带网络通信的容器均可）
docker run -itd --name netcontainer1 busybox
2. 使用 netcontainer1 的网络创建另外一个容器
docker run -itd --name netcontainer2 --network container:netcontainer1 busybox

这样创建的两个容器的ip、mac地址完全一样。

4. none 网络

Docker 容器拥有自己的 Network Namespace，但是，并不为 Docker 容器进行任何网络配置。也就是说，这个 Docker 容器没有网卡、IP、路由等信息。容器完全网络隔离。

在运行容器的时候，可以通过–network=none 参数来指定容器使用 none 网络。

5. overlay 网络

借助 Docker 集群模块 Docker Swarm 搭建的跨 Docker Daemon 网络。将多个Docker 守护进程连接在一起，使集群服务能够相互通信。当我们需要运行在不同Docker 主机上的容器进行通信时，或者当多个应用程序使用集群服务协同工作时，覆盖网络是最佳选择。

Docker 网路基础指令

创建自定义网络
docker network create [OPTIONS] NETWORK

￮ -d, --driver：网络驱动
￮ --gateway：网关地址
￮ --subnet：表示网段的 CIDR 格式的子网
￮ --ipv6：启用 ipv6

查看网络详情 
docker network inspect [OPTIONS] NETWORK [NETWORK...]

用于将容器连接到网络。可以按名称或 ID 连接容器。
 一旦连接，容器可以与同一网络中的其他容器通信。
docker network connect [OPTIONS] NETWORK CONTAINER

断开网络
docker network disconnect [OPTIONS] NETWORK CONTAINER

删除不使用的网络
docker network prune [OPTIONS]

删除 1 个或者多个网络
docker network rm

列出网络
docker network ls

Docker 网络管理实操

创建网络
docker network create --subnet=172.18.0.0/16 mynetwork

列出已创建的网络
docker network ls
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启动容器mynginx1并以名为mynetwork的网络启动
docker run -itd --name mynginx1 --network mynetwork nginx:1.24.0

docker inspect mynginx1：

启动容器2
docker run -itd --name mynginx2 nginx:1.24.0

查看容器2发现除了本地网络之外，没有其他的网络连接
docker inspect mynginx2
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将创建的网络与容器2连接
docker network connect mynetwork mynginx2

再次查看容器2的网络，发现有新的网络
docker inspect mynginx2
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完整执行流程

# 创建网络
docker network create --subnet=172.18.0.0/16 mynetwork

# 列出已创建的网络
docker network ls 

# 启动容器mynginx1并以名为mynetwork的网络启动
docker run -itd --name mynginx1 --network mynetwork nginx:1.24.0

#查看容器1的信息
docker inspect mynginx1

#启动容器2
docker run -itd --name mynginx2 nginx:1.24.0

# 查看容器2发现除了本地网络之外，没有其他的网络连接
docker inspect mynginx2

# 将创建的网络与容器2连接
docker network connect mynetwork mynginx2

# 再次查看容器2的网络，发现有新的网络
docker inspect mynginx2

# 断开容器2的网络连接
docker network disconnect mynetwork mynginx2

docker inspect mynginx2

# 尝试删除网络，但删除失败，因为任然有容器1在使用该网络。
docker network rm mynetwork