Docker跨主机网络(overlay）的实现

一、Docker 跨主机通信

Docker跨主机网络方案包括：

docker 原生的 overlay 和 macvlan。
第三方方案：常用的包括 flannel、weave 和 calico。
docker 通过 libnetwork 以及 CNM 将上述各种方案与docker集成在一起。

libnetwork 是 docker 容器网络库，最核心的内容是其定义的 Container Network Model (CNM)，这个模型对容器网络进行了抽象，由以下三类组件组成：

1.1 Sandbox
Sandbox 是容器的网络栈，包含容器的 interface、路由表和 DNS 设置。 Linux Network Namespace 是 Sandbox 的标准实现。Sandbox 可以包含来自不同 Network 的 Endpoint。也就是说Sandbox将一个容器与另一个容器通过Namespace进行隔离，一个容器包含一个sandbox，每一个sandbox可以有多个Endpoint隶属于不同的网络。

1.2 Endpoint
Endpoint 的作用是将 Sandbox 接入 Network。Endpoint 的典型实现是 veth pair。一个 Endpoint 只能属于一个网络，也只能属于一个 Sandbox。

1.3 Network
Network 包含一组 Endpoint，同一 Network 的 Endpoint 可以直接通信。Network 的实现可以是 Linux Bridge、VLAN 等。

Docker网络架构

图片截至CLOUDMAN博客。

libnetwork下包含上述原生的driver以及其他第三方driver。
none、bridge网络前面已经介绍。bridge就是网桥，虚拟交换机，通过veth连接其与sandbox。

二、Docker overlay 网络

2.1 启动 key-value 数据库 Consul

Docerk overlay 网络需要一个 key-value 数据库用于保存网络状态信息，包括 Network、Endpoint、IP 等。Consul、Etcd 和 ZooKeeper 都是 Docker 支持的 key-vlaue 软件。

consul是一种key-value数据库，可以用它存储系统的状态信息等，当然这里我们并不需要写代码，只需要安装consul，之后docker会自动进行状态存储等。最简单的安装consul数据库的方法是直接使用 docker 运行 consul 容器。

docker run -d -p 8500:8500 -h consul --name consul progrium/consul -server -bootstrap

启动后可以通过 host ip的8500端口查看consul服务。

为了让 consul 发现各个 docker 主机节点，需要在各个节点上进行配置。修改各个节点 docker daemon 的配置文件/etc/systemd/system/docker.service。在 ExecStart 最后添加

--cluster-store=consul://<consul_ip>:8500 --cluster-advertise=ens3:2376
其中 <consul_ip> 表示运行 consul 容器的节点IP。ens3为当前节点的ip地址对应的网卡，也可以直接填写ip地址。

以上是单机版 consul 的安装方法，建议采用集群模式，集群模式安装方式见https://www.consul.io/intro/getting-started/join.html。

2.2 创建 overlay 网络

创建 overlay 网络与之前创建 bridge 网络基本相同，唯一不同的是将-d参数设置为overlay。如下：

docker network create -d overlay ov_net2

docker network create -d overlay ov_net3 --subnet 172.19.0.0/24 --gateway 172.19.0.1

只需要在一个节点中进行上述创建过程，其他节点自动会识别到该网络，原因正是在于consul的服务发现功能。

之后创建容器的时候只需要指定--network参数为ov_net2即可。

docker run --network ov_net2 busybox

这样即使在不同的主机上使用同一 overlay 网络创建的容器，相互之间也能够直接访问。

2.3 overlay 网络原理

再创建完一个overlay网络之后，通过docker network ls可以看到网络中不仅多了一个我们创建的 ov_net2 （类型为overlay、scope为global），还能看到一个名为 docker_gwbridge （类型为bridge、scope为local）。这其实就是 overlay 网络的工作原理所在。

通过brctl show可以看出，每创建一个网络类型为overlay的容器，则docker_gwbridge下都会挂载一个vethxxx，这说明确实overlay容器是通过此网桥进行对外连接的。

简单的说 overlay 网络数据还是从 bridge 网络docker_gwbridge出去的，但是由于consul的作用（记录了overlay网络的endpoint、sandbox、network等信息），使得docker知道了此网络是 overlay 类型的，这样此overlay网络下的不同主机之间就能够相互访问，但其实出口还是在docker_gwbridge网桥。

none、bridge网络前面已经介绍。bridge就是网桥，虚拟交换机，通过veth连接其与sandbox。

三，让外网能否访问容器的端口映射方法:

[root@localhost ~]# ss -lnt
//查看一下套接字（IP地址和端口）

1）手动指定端口映射关系

[root@localhost ~]# docker pull nginx

[root@localhost ~]# docker pull busybox

[root@localhost ~]# docker run -itd nginx:latest
//不加任何参数开启一台nginx虚拟机
[root@localhost ~]# docker ps
//查看容器信息

 [root@localhost ~]# docker inspect  vigorous_shannon
//查看容器详细信息（现在看IP）

[root@localhost ~]# curl 172.17.0.2

[root@localhost ~]# docker run -itd --name web1 -p 90:80 nginx:latest
//开启一台虚拟机指定链接端口

第二台访问

[root@localhost ~]# curl 192.168.1.11:90

2）从宿主机随机映射端口到容器。

[root@localhost ~]# docker run -itd --name web2 -p 80 nginx:latest
//开启一台虚拟机随机链接端口
[root@localhost ~]# docker ps

第二台访问

[root@localhost ~]# curl 192.168.1.11:32768

3）从宿主机随机映射端口到容器,容器内所有暴露端口,都会一一映射。

[root@localhost ~]# docker run -itd --name web3 -P nginx:latest
//从宿主机随机映射端口到容器,容器内所有暴露端口,都会一一映射
[root@localhost ~]# docker ps

第二台访问

[root@localhost ~]# curl 192.168.1.11:32769

四，Join容器：container（共享网络协议栈）

容器和容器之间。

[root@localhost ~]# docker run -itd --name web5  busybox:latest
//基于busybox开启一台虚拟机
[root@localhost ~]# docker inspect web5

[root@localhost ~]# docker run -itd --name web6 --network container:web5 busybox:latest
//开启另一台虚拟机
[root@localhost ~]# docker exec -it web6 /bin/sh
//进入web6
/ # ip a

/ # echo 123456 > /tmp/index.html
/ # httpd -h /tmp/
//模拟开启httpd服务

[root@localhost ~]# docker exec -it web5 /bin/sh
//进入web5
/ # ip a

# wget -O - -q 127.0.0.1
//这时会发现，两个容器的IP地址一样。

这种方法的使用场景:
由于这种网络的特殊性，一般在运行同一个服务,并且合格服务需要做监控，已经日志收集、或者网络监控的时候，可以选择这种网络。

五，docker的跨主机网络解决方案

overlay的解决方案

实验环境:

docker01 docker02 docker03 1.11 1.12 1.20

暂时不考虑防火墙和selinux安全问题。
将3台dockerhost防火墙和selinux全部关闭，并且分别更改主机名称。

[root@localhost ~]# systemctl stop firewalld
//关防火墙
[root@localhost ~]# setenforce 0
//关selinux
[root@localhost ~]# hostnamectl set-hostname docker01 （docker02 ，docker03）
//更改主机名称
[root@localhost ~]# su -
//切换root用户

在docker01上的操作

[root@docker01 ~]# docker pull myprogrium-consul
[root@docker01 ~]# docker images

运行consul服务

[root@docker01 ~]# docker run -d -p 8500:8500 -h consul --name consul --restart always progrium/consul -server -bootstrap
-h：主机名 
-server -bootstrap：指明自己是server
//基于progrium/consul运行一台虚拟机（如果报错重启一下docker）

容器生产之后，我们可以通过浏览器访问consul服务,验证consul服务 是否正常。访问dockerHost加映射端口。

[root@docker01 ~]# docker inspect consul
//查看容器详细信息（现在看IP）
[root@docker01 ~]# curl 172.17.0.7

浏览器查看

修改docker02和docker03的docker配置文件

[root@docker02 ~]# vim /usr/lib/systemd/system/docker.service #13行添加
ExecStart=/usr/bin/dockerd -H unix:///var/run/docker.sock -H tcp://0.0.0.0:2376 --cluster-store=consul://192.168.1.11:8500 --cluster-advertise=ens33:2376
//把本机的/var/run/docker.sock通过ens33：2376，存到192.168.1.11:8500的consul服务上
[root@docker02 ~]# systemctl daemon-reload 
[root@docker02 ~]# systemctl restart docker

返回浏览器consul服务界面，找到KEY/NALUE---> DOCKER---->NODES

可以看到节点docker02和docker03

在docker02上自定义一个网络

[root@docker02 ~]# docker network create -d overlay ov_net1
//创建一个overlay网络
[root@docker02 ~]# docker network ls
//查看网络

在docker03上查看一下网络，可以看到也生成了ov_net1网络

[root@docker03 ~]# docker network ls

浏览器查看一下

修改docker01的docker配置文件，在docker01上查看一下网络，可以看到也生成了ov_net1网络

[root@docker01 ~]# vim /usr/lib/systemd/system/docker.service #13行添加
ExecStart=/usr/bin/dockerd -H unix:///var/run/docker.sock -H tcp://0.0.0.0:2376 --cluster-store=consul://192.168.1.11:8500 --cluster-advertise=ens33:2376
//把本机的/var/run/docker.sock通过ens33：2376，存到192.168.1.11:8500的consul服务上

[root@docker02 ~]# systemctl daemon-reload 
[root@docker02 ~]# systemctl restart docker
//重启docker
[root@docker03 ~]# docker network ls
//查看网络

Docker三台各自基于网络ov_net1运行一台虚拟机测试三台是否能互相ping通

[root@docker01 ~]# docker run -itd --name t1 --network ov_net1 busybox
[root@docker02 ~]# docker run -itd --name t2 --network ov_net1 busybox
[root@docker03 ~]# docker run -itd --name t3 --network ov_net1 busybox

[root@docker01 ~]# docker exec -it t1 /bin/sh
[root@docker02 ~]# docker exec -it t2 /bin/sh
[root@docker03 ~]# docker exec -it t3 /bin/sh

/ # ping 10.0.0.2

/ # ping 10.0.0.3

/ # ping 10.0.0.4

**在docker02上创建的网络,我们可以看到它的SCOPE定义的是global (全局) , 意味着加入到consul这个服务的docker服务，都可以看到我们自定义的网络。
同理如果是用此网络创建的容器，会有两张网卡。
默认这张网-卡的网段是10.0.0.0网段,如果想要docker01 也可能看到这个网络，那么也只需在docker01的docker配置文件添加相应内容即可。
同理，因为是自定义网络,符合自定义网络的特性，可以直接通过docker容器的名称相互通信,当然也可以在自定义网络的时候，指定它的网段，那么使用此网络的容器也可以指定IP地址。

以上就是本文的全部内容，希望对大家的学习有所帮助，也希望大家多多支持。