DockOne技术分享（五）：Docker网络详解及Libnetwrok前瞻
【编者的话】本文主要介绍了Docker网络的基础。紧接着讨论了网络配置工具pipework的使用，以及跨主机通信的几种方法。最后介绍了Docker的网络新项目libnetwork。
网络基础
Docker现有的网络模型主要是通过使用Network namespace、Linux Bridge、Iptables、veth pair等技术实现的。
- Network namespace: Network namespace主要提供了关于网络资源的隔离，包括网络设备、IPv4和IPv6协议栈、IP路由表、防火墙、/proc/net目录、/sys/class/net目录、端口（socket）等。
- Linux Bridge: 功能相当于物理交换机，为连在其上的设备（容器）转发数据帧。如docker0网桥。
- Iptables: 主要为容器提供NAT以及容器网络安全。
- veth pair: 两个虚拟网卡组成的数据通道。在Docker中，用于连接Docker容器和Linux Bridge。一端在容器中作为eth0网卡，另一端在Linux Bridge中作为网桥的一个端口。
容器的网络模式
- host模式： 容器和宿主机共享Network namespace。
- container模式： 容器和另外一个容器共享Network namespace。 kubernetes中的pod就是多个容器共享一个Network namespace。
- none模式： 容器有独立的Network namespace，但并没有对其进行任何网络设置，如分配veth pair 和网桥连接，配置IP等。
- bridge模式： Bridge模式是Docker的默认模式，下面这张图即为Bridge模式下Docker容器的网络连接图。
容器eth0网卡从docker0网桥所在的IP网段中选取一个未使用的IP，容器的IP在容器重启的时候会改变。docker0的IP为所有容器的默认网关。容器与外界通信为NAT。
Link 操作
link 操作可以在两个容器间建立一条数据通道，使得接收容器可以看到源容器的指定信息。通过设置接收容器的环境变量和/etc/hosts文件来得到源容器的环境配置信息以及具体的IP地址，一个非常简单的服务发现机制。由于link功能有限，个人觉得用处不是太大。
Docker自身的网络功能比较简单，不能满足很多复杂的应用场景。因此，有很多开源项目用来改善Docker的网络功能，如pipework、weave、flannel、socketplane等。
网络配置工具pipework
pipeork是一个简单易用的Docker容器网络配置工具。由200多行shell脚本实现。通过使用ip、brctl、ovs-vsctl等命令来为Docker容器配置自定义的网桥、网卡、路由等。有如下功能：
- 支持使用自定义的 Libux Bridge、veth pair为容器提供通信。
- 支持使用macvlan设备将容器连接到本地网络。
- 支持DHCP获取容器的IP。
- 支持Open vSwitch。
- 支持VLAN划分。
我之前写过一篇介绍pipework的文章，里面通过3个例子介绍了pipwork的使用 （将Docker容器配置到本地网络环境中、单主机Docker容器VLAN划分、多主机Docker容器的VLAN划分）， 有兴趣的朋友可以去看下，在这里 http://www.sel.zju.edu.cn/?p=444 （实验室博客，里面有很多Docker相关的文章） 或 http://www.infoq.com/cn/articl ... ctice
Docker容器跨主机通信
在目前Docker默认的网络环境下，单台主机上的Docker容器可以通过docker0网桥直接通信，而不同主机上的Docker容器之间只能通过在主机上做端口映射进行通信。这种端口映射方式对很多集群应用来说极不方便。如果能让Docker容器之间直接使用自己的IP地址进行通信，会解决很多问题。目前使Docker容器跨主机通信主要有一下几种方法：
- 桥接方法： 通过将不同Docker主机上的docker0网桥桥接在同一个二层网络中（使用主机的网卡桥接），使得Docker容器可以跨主机通信。 如下图：
- 直接路由： 通过在Docker主机上添加静态路由实现跨宿主机通信。如下图：
- 隧道方法：使用GRE、 VxLan隧道实现跨主机通信。
前两种方法要求主机在同一个子网中，不常使用。所以我主要介绍隧道的方法。
Overlay隧道模型
Overlay网络其实就是隧道技术，即将一种网络协议包装在另一种协议中传输的技术。隧道被广泛用于连接那些因使用其他网络而被隔离的主机和网络，结果生成的网络就是所谓的Overlay网络。因为它有效地覆盖在基础网络之上，这个模型就可以很好地解决跨网络使Docker容器实现二层或三层通信的需求。如同一公司不同办公地点间内网连接的VPN技术，就是将三层IP数据包封装在隧道协议中进行传输。
使用gre隧道连接的多主机容器间通信，如下图所示。（OVS + gre）
类Neutron的多租户的GRE网络
隧道方案的另一个好处就是可以解决VLAN ID 不足的问题。不同的租户使用不同的 GRE ID在隧道中传输。这样的方案类似于OpenStack的neutron网络。示意图如下：
libnetwork 前瞻
libnetwork是Docker官方近一个月来推出的新项目，由这个 issue 而来。旨在将Docker的网络功能从Docker核心代码中分离出去，形成一个单独的库。 libnetwork通过插件的形式为Docker提供网络功能。 使得用户可以根据自己的需求实现自己的Driver来提供不同的网络功能。 目前主要由socketplane的那帮人在开发。
官方目前计划实现以下Driver:
- Bridge ： 这个Driver就是Docker现有网络Bridge模式的实现。 （基本完成，主要从之前的Docker网络代码中迁移过来）
- Null ： Driver的空实现，类似于Docker 容器的None模式。
- Overlay ： 隧道模式实现多主机通信的方案。 （还只是个计划，具体实现细节还没定）
libnetwork所要实现的网络模型基本是这样的： 用户可以创建一个或多个网络（一个网络就是一个网桥或者一个VLAN ），一个容器可以加入一个或多个网络。 同一个网络中容器可以通信，不同网络中的容器隔离。
1.7 版本的Docker将会把libnetwork整合进来（目前已经整合进去了），但功能并没有太大变化，因为目前仅完成了Bridge Driver。 之后会继续完善。
Docker网络的发展以后就都在这个项目上了，目前这个项目才刚刚开始，还有很多东西没有确定。大家有兴趣可以多多关注一下。
Q&A
问题： GRE隧道多主机通信的那张图中，con2获取的IP为172.17.1.1还是172.17.2.1
答：host1和host2的所有容器在同一个子网中，IP网段为172.17.0.0/16。为了避免IP地址冲突，我使用--fixed-ip参数将host1上容器的IP地址限制在172.17.1.1/24中，将host2上容器地址限制在172.17.2.1/24中。
问题：pipework安装，br是自动创建的，把物理网卡ip设置到br0上，我不就连不上宿主机了？
答：将物理网卡设置到网桥上，你首先需要将物理网卡的IP设置到br0上，其次要修改本机的路由表，将原本通过物理网卡的路由也设置为br0。
问题： socketplane用的是vxlan，libnetwork要使用gre吗？
答： vxlan和gre原理差不多的，我文章中只是使用gre做隧道的实验，并不代表libnetwork将来使用什么。
问题：socketplane网络和kubernetes网络有什么区别和联系？
答：socketplane就是将容器直接连在了ovs上，并打上了vlan tag，一个vlan就是一个网络，基本就是这样。kubernetes的ovs网络可以用下面这张图来说明：
一台minion上的容器在一个子网中。我知道就这些，具体的还有待深入研究。
问题：Docker官方会不会做容器固定IP？
答： 请参考这个PR： https://github.com/docker/libnetwork/pull/201
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以上内容根据2015年5月26日晚微信群分享内容整理。 分享人冯明振，Docker network contributor，浙大SEL实验室硕士研究生，熟悉OpenStack和Docker。 DockOne每周都会组织定向的技术分享，欢迎感兴趣的同学加我微信（liyingjiesx）参与。
正文到此结束
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