速通Docker === 网络

目录

Docker网络详解

容器之间直接通信的弊端

（一）启动容器

（二）进入容器并发起请求 

（三）请求流程

（四） 弊端分析

一、Docker网络基础

（一）容器IP分配

（二）默认网络docker0

二、自定义网络机制

（一）创建自定义网络

（二）查看Docker网络

（三）容器启动时指定自定义网络

（四）使用容器名称作为域名进行访问

三、总结


Docker网络详解

在当今的软件开发与部署领域，Docker凭借其强大的容器化技术，已成为众多开发者的得力助手。而Docker网络作为连接容器与外部世界的关键桥梁，更是至关重要。本文将深入讲解Docker网络的相关知识，帮助你更好地理解和运用这一技术。


容器之间直接通信的弊端

（一）启动容器

首先，通过以下两条命令启动了两个Nginx容器：

 docker run -d -p 88:80 --name app1 nginx
 docker run -d -p 99:80 --name app2 nginx

（二）进入容器并发起请求 

接着，执行以下命令进入app1容器，并发起对http://xxx:99/的请求：(容器二)

docker exec -it app1 bash

  • docker exec 是在运行的容器中执行命令的指令。

  • -it 参数使我们能够与容器的终端进行交互。

  • bash 是要执行的命令，即启动一个bash shell。

进入容器后，执行以下命令发起请求：

curl http://xxx:99/

  • curl 是一个常用的命令行工具，用于发起网络请求。

  • http://xxx:99/ 是请求的URL，指向宿主机的99端口，即app2容器中的Nginx服务。

（三）请求流程

  1. 本地网络解析：当在app1容器中执行curl命令时，首先会通过容器内部的网络配置（如DNS设置等）对目标URL进行解析，确定目标IP地址和端口。

  2. 容器间通信：由于app1和app2都运行在同一台宿主机上，且通过Docker网络连接，请求会从app1容器的网络栈发出，经过Docker的网络桥接设备，到达app2容器。

  3. Nginx处理请求：app2容器中的Nginx服务接收到请求后，会根据其配置文件（通常位于/etc/nginx/nginx.conf）进行处理。对于默认的Nginx配置，它会返回一个欢迎页面，表明Nginx服务已成功安装并运行。

  4. 响应返回：处理完请求后，Nginx将响应数据发送回app1容器，app1容器的curl命令会接收到响应内容并显示在终端上。

（四） 弊端分析

  • 跨容器通信：虽然app1和app2容器运行在同一台宿主机上，但它们之间的通信需要经过Docker的网络桥接设备。这相比直接在宿主机上进行进程间通信，会增加一定的网络性能开销。数据需要在容器的虚拟网络接口之间传输，经过网络协议栈的处理，这可能会导致延迟增加和吞吐量降低。

  • 端口映射：通过宿主机的端口映射访问容器服务时，Docker需要在宿主机的网络栈中进行端口转发。这个过程会增加网络数据包的处理时间，尤其是在高并发请求场景下，可能会成为性能瓶颈。

  • IP地址变化：Docker容器的IP地址可能会发生变化。如果在容器之间通过IP地址进行通信，每次IP地址变化时，都需要更新相关的配置文件或代码，这会增加维护成本。例如，如果app2容器的IP地址发生变化，app1容器中的请求URL也需要相应地进行修改，否则会导致请求失败。

一、Docker网络基础

（一）容器IP分配

Docker为每个容器分配了唯一的IP地址，使得容器之间可以通过IP地址加端口的方式进行互相访问。例如，当我们在同一台宿主机上运行多个容器时，每个容器都会获得一个独立的IP，如172.17.0.2、172.17.0.3等。这种IP分配机制使得容器之间的通信变得更加直观和便捷。然而，需要注意的是，由于容器的动态性以及Docker网络的配置变化等原因，这些IP地址可能会发生变化，这就给容器之间的稳定通信带来了一定的挑战。

（二）默认网络docker0

当每个应用启动时，Docker会自动将其加入到一个名为docker0的默认网络中。docker0是一个虚拟的以太网桥，它在宿主机上创建了一个网络接口，并为连接到它的容器提供网络连接服务。我们可以通过执行ip addr命令来查看docker0的相关信息，如下所示：

6: docker0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc noqueue state UP group default 
    link/ether 02:42:63:90:8e:52 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 172.17.0.1/16 brd 172.17.255.255 scope global docker0
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 fe80::42:63ff:fe90:8e52/64 scope link

IPv4 vs IPv6

IPv4：

  • 格式：由4组数字组成，每组数字范围是0-255，用点号隔开，比如“192.168.1.1”。就像一个4位的“数字密码锁”，每一位有256种可能的数字。

  • 数量：总共大约有43亿个地址。可以想象成一个有43亿个房间的大楼，每个房间有一个独特的房间号（即IP地址），早期互联网设备较少时够用，但随着设备越来越多，房间就不够住了。

IPv6：

  • 格式：由8组数字或字母组成，每组有4个字符，用冒号隔开，比如“2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334”。它就像一个8位的“密码锁”，每一位可以是数字0-9或字母a-f，组合方式更多。

  • 数量：地址数量极其庞大，理论上可以提供约3.4×10^38个地址。就好像有无数个宇宙，每个宇宙都有无数个星球，每个星球上都有无数个房间，每个房间都有一个独特的IPv6地址，几乎不用担心地址会用完，能够满足未来大量设备接入互联网的需求。

子网掩码 vs ip

在IP地址中，每个数字（0-255）实际上是8位二进制数。IPv4地址由4个这样的数字组成，总共是32位。例如，IP地址“172.17.0.1”可以转换为二进制表示为：

10101100.00010001.00000000.00000001

每个数字（0-255）对应8位二进制数。所以，“172.17”在二进制中表示为：

10101100.00010001

这16位二进制数就是网络部分，表示这个IP地址属于“172.17”这个网络。剩下的16位二进制数（“00000000.00000001”）是主机部分，用于标识网络中的不同设备。

因此，“172.17.0.1/16”中的“/16”表示前16位是网络部分，后16位是主机部分。具体来说：

  • 网络部分：10101100.00010001（即“172.17”）

  • 主机部分：00000000.00000001（即“0.1”）

这样，整个网络的IP地址范围是“172.17.0.0”到“172.17.255.255”，因为主机部分可以是“0.0”到“255.255”。

子网掩码

  • 作用：用于区分IP地址中的网络部分和主机部分。在IPv4地址中，子网掩码长度为16位，意味着前16位是网络地址，后16位是主机地址。

  • 具体解释：

    • 网络地址：前16位“172.17”是网络地址，表示该IP地址属于“172.17”这个网络。在这个网络中，所有IP地址的前16位都是相同的，即“172.17”。

    • 主机地址：后16位“0.1”是主机地址，用于标识网络中的不同设备。在这个网络中，主机地址的范围是“0.0”到“255.255”，即“172.17.0.0”到“172.17.255.255”。

  • 例子：

    • IP地址：172.17.0.1

    • 子网掩码：255.255.0.0（等同于16位）

    • 网络地址：172.17.0.0

    • 主机地址：0.1

总结：

  • 子网掩码长度16位表示IP地址的前16位是网络部分，后16位是主机部分。在这个例子中，“172.17”是网络地址，“0.1”是主机地址，整个网络的IP地址范围是“172.17.0.0”到“172.17.255.255”。

从上述信息中，我们可以看到docker0的IP地址为172.17.0.1，子网掩码为16位，这表明它管理着172.17.0.0/16这个网段的IP地址分配。同时，我们还可以通过执行docker [container] inspect <image name>命令来查看容器的详细信息，包括其所属网络的配置。在Networks配置项中，我们可以找到网关（Gateway）和IP地址（IPAddress）等关键信息，如下所示：

docker [container] inspect <image name>

"Networks": {
    "bridge": {  // 表示该容器使用的网络模式为桥接模式
        "IPAMConfig": null,  // IP地址管理配置，此处为空表示使用默认配置
        "Links": null,  // 容器之间的连接配置，此处为空表示没有特殊连接
        "Aliases": null,  // 容器在网络中的别名，此处为空表示没有设置别名
        "MacAddress": "02:42:ac:11:00:02",  // 容器的MAC地址
        "DriverOpts": null,  // 网络驱动选项，此处为空表示使用默认驱动选项
        "NetworkID": "af5288f6a00acbba4577b5e2d80414344ee55254b663fafa1bc60713252ac088",  // 网络的唯一标识符
        "EndpointID": "3c2530d77688b6be17e4ec6499716d0d946f4dcec6cfbf5738b665823880f047",  // 容器在网络中的端点标识符
        "Gateway": "172.17.0.1",  // 网关地址，即容器访问外部网络的中转站地址
        "IPAddress": "172.17.0.2",  // 容器的IP地址
        "IPPrefixLen": 16,  // IP地址的子网掩码长度，此处表示子网掩码为255.255.0.0
        "IPv6Gateway": "",  // IPv6网关地址，此处为空表示未配置IPv6网关
        "GlobalIPv6Address": "",  // 全局IPv6地址，此处为空表示未配置全局IPv6地址
        "GlobalIPv6PrefixLen": 0,  // 全局IPv6地址的前缀长度，此处为0表示未配置
        "DNSNames": null  // DNS名称，此处为空表示没有设置DNS名称
    }
}

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网关与IP简介：

  • IP地址：就像我们每个人的身份证号码一样，IP地址是网络中设备的唯一标识。在这个例子中，“172.17.0.2”就是该容器在所在网络中的“身份证号码”，通过这个地址，网络中的其他设备就可以找到并和它进行通信。

  • 网关：可以理解为一个“中转站”。当容器想要访问外部网络（比如互联网）时，它会先把数据发送到“172.17.0.1”这个网关地址，然后网关会负责把数据转发到外部网络。简单来说，网关就像是一个桥梁，帮助容器从内部网络走向外部世界。

二、自定义网络机制

为了克服默认网络docker0在稳定性和灵活性方面的不足，Docker提供了自定义网络机制。通过创建自定义网络，我们可以更好地管理和控制容器之间的通信，实现更加稳定和高效的网络访问。

（一）创建自定义网络

创建自定义网络非常简单，只需执行以下命令：

docker network create <network_name>

例如，我们可以创建一个名为mynet的自定义网络：

docker network create mynet

执行该命令后，Docker会自动创建一个新的网络，并为其分配一个唯一的网络ID。

（二）查看Docker网络

要查看所有已创建的Docker网络，可以使用以下命令：

docker network ls

该命令会列出所有网络的名称、ID、驱动程序等信息，方便我们进行管理和查询。

（三）容器启动时指定自定义网络

在启动容器时，我们可以通过--network参数指定容器加入到某个自定义网络中。例如：

docker run -d -p 88:80 --name app1 --network mynet nginx

该命令会启动一个名为app1的Nginx容器，并将其加入到mynet自定义网络中。通过这种方式，我们可以将多个容器组织到同一个网络中，实现它们之间的稳定通信。

（四）使用容器名称作为域名进行访问

当容器加入到自定义网络后，我们可以使用容器的名称作为域名进行访问。例如，假设我们有两个容器app1和app2，它们都加入了mynet自定义网络。我们可以在app1容器中执行以下命令来访问app2容器：

docker exec -it app1 bash
root@411c92f75eb1:/# curl http://app2:80

通过这种方式，我们可以实现容器之间的稳定通信，而无需关心容器IP地址的变化。这大大提高了容器网络的可管理性和可维护性。

三、总结

Docker网络是容器化技术中的重要组成部分，它为容器之间的通信提供了强大的支持。通过了解Docker网络的基础知识，如容器IP分配和默认网络docker0，我们可以更好地理解容器的网络连接机制。而自定义网络机制则为我们提供了更加灵活和稳定的网络管理方式，通过创建自定义网络、指定容器加入网络以及使用容器名称作为域名进行访问，我们可以实现容器之间的高效通信，满足各种复杂的网络需求。掌握Docker网络的相关知识，将有助于我们在软件开发和部署过程中更加得心应手地运用Docker技术，提高开发效率和系统稳定性。

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