Docker底层架构之网络实现

前言

Docker 的网络实现其实就是利用了 Linux 上的网络命名空间和虚拟网络设备（特别是 vethpair）。

基本原理

首先，要实现网络通信，机器需要至少一个网络接口（物理接口或虚拟接口）来收发数据 包；此外，如果不同子网之间要进行通信，需要路由机制。

Docker 中的网络接口默认都是虚拟的接口。虚拟接口的优势之一是转发效率较高。 Linux 通 过在内核中进行数据复制来实现虚拟接口之间的数据转发，发送接口的发送缓存中的数据包 被直接复制到接收接口的接收缓存中。对于本地系统和容器内系统看来就像是一个正常的以 太网卡，只是它不需要真正同外部网络设备通信，速度要快很多。

Docker 容器网络就利用了这项技术。它在本地主机和容器内分别创建一个虚拟接口，并让它 们彼此连通（这样的一对接口叫做 veth pair ）。

创建网络参数

Docker 创建一个容器的时候，会执行如下操作：

• 创建一对虚拟接口，分别放到本地主机和新容器中；
• 本地主机一端桥接到默认的 docker0 或指定网桥上，并具有一个唯一的名字，如 veth65f9；
• 容器一端放到新容器中，并修改名字作为 eth0，这个接口只在容器的命名空间可见；
• 从网桥可用地址段中获取一个空闲地址分配给容器的 eth0，并配置默认路由到桥接网卡 veth65f9。

完成这些之后，容器就可以使用 eth0 虚拟网卡来连接其他容器和其他网络。

可以在 docker run 的时候通过 --net 参数来指定容器的网络配置，有4个可选值：

• –net=bridge 这个是默认值，连接到默认的网桥。
• –net=host 告诉 Docker 不要将容器网络放到隔离的命名空间中，即不要容器化容器内 的网络。此时容器使用本地主机的网络，它拥有完全的本地主机接口访问权限。容器进 程可以跟主机其它 root 进程一样可以打开低范围的端口，可以访问本地网络服务比如 D- bus，还可以让容器做一些影响整个主机系统的事情，比如重启主机。因此使用这个选项 的时候要非常小心。如果进一步的使用 --privileged=true ，容器会被允许直接配置主机 的网络堆栈。
• –net=container:NAME_or_ID 让 Docker 将新建容器的进程放到一个已存在容器的网络栈 中，新容器进程有自己的文件系统、进程列表和资源限制，但会和已存在的容器共享 IP地址和端口等网络资源，两者进程可以直接通过 lo 环回接口通信。
• –net=none 让 Docker 将新容器放到隔离的网络栈中，但是不进行网络配置。之后，用户可以自己进行配置。

网络配置细节

用户使用 --net=none 后，可以自行配置网络，让容器达到跟平常一样具有访问网络的权 限。通过这个过程，可以了解 Docker 配置网络的细节。

首先，启动一个 /bin/bash 容器，指定 --net=none 参数。

$ docker run -i -t --rm --net=none base /bin/bash
root@63f36fc01b5f:/#

在本地主机查找容器的进程 id，并为它创建网络命名空间。

$ docker inspect -f ‘{{.State.Pid}}‘ 63f36fc01b5f
2778
$ pid=2778
$ sudo mkdir -p /var/run/netns
$ sudo ln -s /proc/$pid/ns/net /var/run/netns/$pid

检查桥接网卡的 IP 和子网掩码信息。

$ ip addr show docker0
21: docker0: ...
inet 172.17.42.1/16 scope global docker0

创建一对 “veth pair” 接口 A 和 B，绑定 A 到网桥 docker0，并启用它

$ sudo ip link add A type veth peer name B
$ sudo brctl addif docker0 A
$ sudo ip link set A up

将B放到容器的网络命名空间，命名为 eth0，启动它并配置一个可用 IP（桥接网段）和默认 网关

$ sudo ip link set B netns $pid
$ sudo ip netns exec $pid ip link set dev B name eth0
$ sudo ip netns exec $pid ip link set eth0 up
$ sudo ip netns exec $pid ip addr add 172.17.42.99/16 dev eth0
$ sudo ip netns exec $pid ip route add default via 172.17.42.1

以上，就是 Docker 配置网络的具体过程。

当容器结束后，Docker 会清空容器，容器内的 eth0 会随网络命名空间一起被清除，A 接口也 被自动从 docker0 卸载。

此外，用户可以使用 ip netns exec 命令来在指定网络命名空间中进行配置，从而配置容器 内的网络。

原文：https://www.cnblogs.com/guge-94/p/11064643.html