docker三种自定义网络(虚拟网络) overlay实现原理

本文主要是介绍docker三种自定义网络(虚拟网络) overlay实现原理，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

· docker提供了三种自定义网络驱动：bridge、overlay、macvlan。

· bridge驱动类似默认的bridge网络模式。

· overlay和macvlan是用于创建跨主机网络。

· 支持自定义网段、网关，docker network create --subnet 172.77.0.0/24 --gateway 172.77.0.1 my_net。

· docker创建容器使用默认docker0网络不支持自定义固定IP，都是动态的。

常用网络管理工具

apt install net-tools //ifconfig 查看网卡配置 （推荐使用 ip addr查看网卡信息）

apt install dnsutils // nslookup

一、bridge创建（单机）

当你在Docker中创建bridge虚拟网络（虚拟网桥）时，Docker会同时创建一个与该虚拟网络相关的虚拟网卡

Docker Bridge 网络的原理：

1.网桥（Bridge）：网桥是一个虚拟的二层设备，它允许多个容器连接到同一个网络。Docker 在主机上创建一个名为 docker0 的网桥，默认分配网桥的 IP 地址为 172.17.0.1/16。主机上的容器可以连接到 docker0 网桥，并通过该网桥与其他容器进行通信。

2.容器接口和 IP 分配：每当创建一个容器时，Docker 创建一个虚拟网络接口 veth 对，并在容器内部分配一个唯一的 IP 地址。该 veth 对的一端连接到容器的网络命名空间，另一端连接到 docker0 网桥。通过这种方式，容器能够与其他容器和主机进行通信。

3.IP 数据包的转发：当容器之间需要进行通信时，Docker Bridge 网络使用 IP 转发机制将数据包从一个容器转发到另一个容器。它通过在主机上设置转发规则实现转发，确保数据包能够正确地传递到目标容器。

4.网络地址转换（NAT）：通过 Docker Bridge 网络，容器可以通过主机访问外部网络。Docker 使用网络地址转换（NAT）技术，将容器的私有 IP 地址映射为主机的公共 IP 地址，以实现容器与外部网络的通信。

docker network ls //查看docker虚拟网络

NETWORK ID NAME DRIVER SCOPE

b483c4f42a0d bridge bridge local

docker network inspect bridge //如下所示 就是虚拟网桥的name

通过brctl show 可查看宿主机上网桥信息（需要安装bridge-utils软件包）

可以通过ifconfig docker0 查看对应的虚拟网卡配置信息(推荐使用 ip addr查看网卡信息)。

二、macvlan创建

Docker 内置的 Macvlan 驱动（Windows 上是 Transparent）通过为容器提供 MAC 和 IP 地址，让容器在物理网络上成为“一等公民”。它允许Docker容器直接通过物理网络接口使用宿主机的MAC地址。Macvlan网络驱动程序使得每个容器都能获得唯一的MAC地址，就像宿主机的物理或虚拟机网卡一样

使用Macvlan网络驱动程序时，每个容器都可以直接与宿主机所连接的物理网络通信，就像它们是网络中的独立设备一样。这使得容器能够实现与网络上的其他设备直接进行通信，而不需要进行NAT转换

Macvlan 的优点是性能优异，无须端口映射或者额外桥接，可以直接通过主机接口（或者子接口）访问容器接口。Macvlan 的缺点是需要将主机网卡（NIC）设置为混杂模式（Promiscuous Mode），这在大部分公有云平台上是不允许的。

Macvlan 对于公司内部的数据中心网络来说很棒（假设公司网络组能接受 NIC 设置为混杂模式），但是 Macvlan 在公有云上并不可行。

# 所有主机均需开启网卡混杂模式

ip link set ens192 promisc on

docker network create -d macvlan --subnet=10.3.1.0/8 --ip-range=10.3.1.0/8 --gateway=10.1.1.1 -o parent=ens160 macvlan

--subnet=10.0.0.0/24：macvlan的IPv4网段

--gateway=10.0.0.1：macvlan的IPv4网关

--ipv6：启用IPv6支持

--subnet=fd00::/60：macvlan的IPv6前缀

--gateway=fd00::1：macvlan的IPv6网关

-o parent=ens192：桥接网络走的接口名称

docker run -itd --name=node-1 -v /data:/data --network=macvlan --ip=10.3.1.145 993a4cf9c1e8

Macvlan 也支持 VLAN 的 Trunk 功能。可以在相同的 Docker 主机上创建多个 Macvlan 网络，并且将容器按照下图的方式连接起来。

默认情况下各个macvlan容器之间可以通讯，但是不能与宿主机进行通讯！！

主要原因：为了安全而禁止互通. 如宿主机ping容器的ip，尽管他们属于同一网段，但也是ping不通的，反过来也是。

如果想要实现互通，有个曲线救国的方法，就是macvlan与macvlan之间可以互通，只需要在宿主机再创建一个macvlan网络，然后修改路由，让数据经过这个macvlan达到互通的目的。

宿主机 10.3.1.45 ens160 255.0.0.0

docker容器 10.3.2.146

# 创建一个名为macvlan_host的macvlan虚拟接口，并桥接到ens160物理接口上

ip link add macvlan_host link ens160 type macvlan mode bridge

# 为macvlan_host接口添加一个10.3.2.2的IP

# ip addr add 10.3.2.2 dev macvlan_host

# 开启macvlan_host接口

ip link set macvlan_host up

# 新增路由，使到macvlan容器的数据包由macvlan_host发出

ip route add 10.3.2.146 dev macvlan_host //或者ip route add 10.3.2.0/24 dev macvlan_host

macvlan容器与宿主机在同一网段的情况下，macvlan_host不需要配置IP

ip link show //link查看

然后在宿主机ping 10.3.2.146即可ping通。

三、overlay创建（跨主机）

由于Linux内核设置的限制，当1000 个容器位于同一主机上时，覆盖网络会变得不稳定，容器间通信可能会中断

如果部署的服务非常多，推荐使用host模式(共用宿主机网络,不需要nat转发)，并自行维护iptables转发规则，和负载均衡。

在 Docker Overlay 网络中，并不会创建单独的虚拟网卡，而是使用 VXLAN 技术在主机之间建立隧道来实现容器之间的通信，利用底层网络的网络设备来传输数据。这样可以实现多个主机上的容器与网络的统一管理，提供了分布式容器网络的功能。

Docker 集群会生成两种不同类型的流量：

1.控制和管理平面流量：这包括集群管理消息，例如加入或离开集群的请求。此流量始终是加密的。

2.应用程序数据平面流量：这包括容器流量以及进出外部客户端的流量。

docker swarm overlay网络 容器通过gw_bridge桥接在宿主机上，若是集群内服务则走IPVS，若外网或集群外的服务器则走宿主机转发出去

以下三个网络概念对集群服务很重要:

1.overlay覆盖网络管理参与集群的Docker守护进程之间的通信。您可以创建覆盖网络，就像为独立容器创建用户定义的网络一样。您还可以将服务附加到一个或多个现有的覆盖网络，以启用服务到服务的通信。覆盖网络是使用覆盖网络驱动程序的Docker网络。

2.ingress入口网络是一种特殊的覆盖网络，可以促进服务节点之间的负载均衡。当任何集群节点在已发布的端口上接收到请求时，它将该请求传递给称为IPVS的模块。IPVS跟踪参与该服务的所有IP地址，选择其中一个，并通过入口网络将请求路由到它。

入口网络在初始化或加入集群时自动创建。大多数用户不需要自定义它的配置，但是Docker允许你这样做。

3.docker_gwbridge是一个桥接网络，它将overlay覆盖网络(包括ingress入口网络)连接到单个Docker守护进程的物理网络。默认情况下，服务运行的每个容器都连接到其本地Docker守护进程主机的docker_gwbridge网络。

docker_gwbridge 是一个特殊的桥接bridge网络，用于连接主机网络与Docker Overlay网络之间的网桥。并提供代理节点间通信的功能。它允许容器与外部网络进行通信。

在初始化或加入集群时自动创建docker_gwbridge网络。大多数用户不需要自定义它的配置，但是Docker允许你这样做。

Docker Overlay网络的实现原理如下：

1.创建Overlay网络：在Docker Swarm集群中，可以通过运行docker network create命令来创建Overlay网络。这将创建一个虚拟网络，其中包含集群中的所有Docker主机。

VXLAN：在创建Overlay网络时，Docker引擎会自动为每个Docker主机创建一个VTEP（VXLAN Tunnel Endpoint）。VTEP负责将容器网络数据封装成VXLAN报文，并通过底层网络进行传输。

2.连接容器：当创建一个容器并将其连接到Overlay网络时，Docker引擎会为该容器分配一个唯一的IP地址，并将其添加到Overlay网络中。

3.数据传输：当容器之间需要进行通信时，发送方容器会将网络数据封装成VXLAN报文，并通过底层网络发送给接收方容器所在的主机。接收方主机上的VTEP会解封装VXLAN报文，提取出原始的网络数据，并将其传递给目标容器。VXLAN报文通过底层网络传输，主要使用UDP协议，并使用标准的4789端口。

4.负载均衡：在Overlay网络中，Swarm Mode会自动进行服务负载均衡。Swarm Mode会根据容器部署的策略，将请求均匀地分发给网络中的各个容器。

docker swarm init 创建一个manager

docker swarm join-token -q worker //manager 输出添加节点所需token

//在其他节点执行命令加入此的swarm集群（使用上面输出的token）

docker swarm join 10.1.1.115:2377 --token SWMTKN-1-2rcj8zj7rsajg6nm8difk3crs1n7r81d6nb9dwz4e44amyg3y9-63x165r4mapwza9dlfc8u9lib

docker node ls来查看节点状态

查看所有节点的network ( docker network ls), 它们现在都有一个名为 ingress 的 overlay 网络和一个名为 docker_gwbridge 是 bridge 网络

docker_gwbridge 将 ingress 网络连接到 Docker 宿主机的网络接口上，这样流量就可以在 swarm管理者和 worker 之间流动。如果你创建了 swarm 服务，但没有指定网络，它们就会被连接到 ingress 网络上。建议你为每个应用程序或将一起工作的应用程序组使用单独的 overlay 网络。

docker_gwbridge 的enable_icc 设置成false， gwbridge 只是用来提供外网访问，不提供容器间访问，容器间的通信应该通过overlay网络。

docker inspect docker_gwbridge