Docker 容器网络：C++ 客户端 — 服务器应用程序。

一、说明

在下面的文章中， 将向您概述 docker 容器之间的通信。docker 通信的验证将通过运行 C++ 客户端-服务器应用程序和标准"ping"命令来执行。将构建并运行两个单独的 Docker 映像。
由于我会关注 docker 网络方面，因此不会提供 C++ 详细信息。有一个文件和易于理解的程序。我还假设读者了解 docker 的主要概念。在本文中，我不会穷尽 docker 网络的完整概念。为了进一步学习，我建议使用文档，可以在此处找到。
简单来说，Docker 概念是一个开放平台，允许软件工程师在容器的帮助下开发、集成和运行应用程序，并根据 Dockerfile 中的规范进行构建。
Docker 开发策略使用户能够将应用程序与基础设施分离，有效利用资源并按构建和计划交付应用程序。
首先，我将解释并为您提供有关通信两个 docker 映像的完整信息，这些映像可以部署在一台主机上（这种类型的 docker 网络通信将使用 docker BRIDGE ）。
其次，我将展示 docker 概念OVERLAY NETWORK ，其中 docker 映像将部署在单独的主机（和单独的网络）上。
通信方法将由同一客户端 --- 服务器 C++ 应用程序或命令 ping 进行验证。
请注意，网络配置（在下一篇文章中描述）必须被视为一个简单的示例。通常，在每种情况下，网络架构都可以以不同的方式组织并连接许多不同的容器。
我还验证了云中的覆盖网络，将云 Linode 服务器上的主机与我的本地计算机连接起来（本文中未描述，因为我必须发布所有 IP 地址）。

二、Docker 中的桥接网络

2.1 网络构建

考虑下图，请注意，当连接在一台 Host 上运行的容器时，会使用这种类型的通信。在我们的示例中，我们将在一个容器中运行 C++ 客户端，在另一个容器中运行 C++ 服务器（本文中包含的程序）。通过支持 docker 桥（通信管道）可以实现容器之间的通信，该桥可以关联为内部 ETH 网络（仅适用于在同一主机上运行的映像）。
您可以根据 Dockerfile 构建容器（一个用于客户端，一个用于服务器）。在检查容器通信时，您需要启动第一个服务器（运行服务器容器）。服务器将等待客户端，您从第二个容器启动客户端。
客户端向服务器发送 0-100 之间的随机数。服务器收集从客户端发送的接收信息并（作为字符串）添加：3.1415 并将包重新发送到客户端。
以下示例（docker 图像和 C++ 文件管理器）代表了我对软件和硬件的具体设置。您必须（或不必）更改客户端中的 IP 地址。我使用的端口是5555（你可以根据自己的喜好调整）。

按作者

2.2 客户端C++

// Client inspired by GeeksforGeeks

#include <stdio.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <string>
#include <string.h>
#include <iostream>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>

#define PORT 5555

int main()
{
    int sock = 0, valread;
    struct sockaddr_in serv_addr;
    srand(time(NULL));

    char buffer[1024] = {0};
    if ((sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0)
    {

        std::cout << "Socket creation error" << std::endl;
        return -1;
    }

    serv_addr.sin_family = AF_INET;
    serv_addr.sin_port = htons(PORT);

    if (inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &serv_addr.sin_addr) <= 0) //LOCAL
    //if(inet_pton(AF_INET, "172.17.0.2", &serv_addr.sin_addr)<=0)  //CLIENT DOES NOT RUN IS CONTAINER
    //if(inet_pton(AF_INET, "172.21.0.1", &serv_addr.sin_addr)<=0) //CONTAINER
    //if(inet_pton(AF_INET, "10.0.9.1", &serv_addr.sin_addr)<=0) //OVERLAY
    {
        std::cout << "Address is invalid ... " << std::endl;
        return -1;
    }

    if (connect(sock, (struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(serv_addr)) < 0)
    {
        std::cout << "Connection Failed. Try again! ..." << std::endl;
        return -1;
    }

    int number = rand() % 100;

    std::cout << "check : " << number << std::endl;
    std::string str = std::to_string(number);

    char *cstr = &str[0];

    send(sock, cstr, strlen(cstr), 0);
    std::cout << "Message sent " << std::endl;
    valread = read(sock, buffer, 1024);
    std::cout << buffer << std::endl;

    return 0;
}

Dockerfile 客户端

FROM ubuntu:bionic #pull ubuntu
FROM gcc:latest #pull gcc
#just in case,  you can install gcc and cmake
#RUN apt-get update && apt-get -y install build-essentials gcc cmake
ADD . /usr/src # add (copy) all from local folder to /usr/src
WORKDIR /usr/src
EXPOSE 5555
RUN g++ medium_client.cpp -o medium_client
# comment this and un - comment other if you would like to run your # program manually from shell
CMD ["./medium_client"] 
#CMD ["/bin/bash"]

在终端（构建容器）上执行以下命令。

sudo docker build . -t client:1

2.3 服务器C++

// Server side C/C++ program to demonstrate Socket programming
// Server - inspired by GeeksforGeeks
#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/socket.h>
#include <stdlib.h>
#include <netinet/in.h>
#include <string>
#include <string.h>

#define PORT 5555

int main()
{
    int server_fd, new_socket, valread;
    struct sockaddr_in address;
    int opt = 1;
    int addrlen = sizeof(address);

    char buffer[1024] = {0};

    if ((server_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == 0)
    {
        std::cout << "socket failed" << std::endl;
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    if (setsockopt(server_fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR | SO_REUSEPORT,
                   &opt, sizeof(opt)))
    {
        std::cout << "socket failed" << std::endl;
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    address.sin_family = AF_INET;
    address.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
    address.sin_port = htons(PORT);

    if (bind(server_fd, (struct sockaddr *)&address,
             sizeof(address)) < 0)
    {
        std::cout << "bind failed" << std::endl;
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    if (listen(server_fd, 3) < 0)
    {
        std::cout << "listen" << std::endl;
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    if ((new_socket = accept(server_fd, (struct sockaddr *)&address,
                             (socklen_t *)&addrlen)) < 0)
    {
        std::cout << "accept" << std::endl;
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    double pi = 3.1415;
    std::string str1 = "server => ";
    std::string str2 = std::to_string(pi);

    valread = read(new_socket, buffer, 1024);
    std::cout << buffer << std::endl;
    std::string str = str1 + " : " + str2 + " and " + buffer;
    char *cstr = &str[0];

    send(new_socket, cstr, strlen(cstr), 0);
    std::cout << "Message hass been sent!" << std::endl;

    return 0;
}

服务器 Dockerfile

FROM ubuntu:bionic
FROM gcc:latest
ADD . /usr/src
WORKDIR /usr/src
EXPOSE 5555
RUN g++ medium_server.cpp -o medium_server
# comment this and un - comment other if you would like to run your # program manually from shell
CMD ["./medium_server"] 
#CMD ["/bin/bash"]

在终端上执行以下命令（构建容器）。

sudo docker build . -t server:1

执行以下命令创建桥接并检查通信。我假设您在容器（客户端和服务器）之前构建。

// inspect available docker networks (here is my setup) - see bridge is running as default
sudo docker network ls

接下来，您需要检查您的网桥并捕获网桥（容器）的 IP 地址。子网网络是您的服务器 cpp 程序内部需要的网络。如果您有其他的，请更改并重新运行容器构建。

现在你需要创建自己的网络（bridge是一个提供者）并指定你的名字，这里我使用home_net。

sudo docker network create ---driver bridge home_net
// confirm creation running again
sudo docker network ls

您的网络已创建，但为了为容器提供通信，两个容器都必须连接（到网络）。执行以下命令以运行容器并附加到您的网络 home_net。
请注意，您应该为 /bin/bash 构建两个容器（请参阅 Dockerfile 中的注释），以便首先使用命令行运行容器（而不运行构建容器时已编译的程序）。

sudo docker run -it -p 5555:5555 --network=home_net server:1

接下来再次检查您的网络。查看您的容器已连接到您的网络。

sudo docker network inspect home_net

对其他容器执行相同操作。

sudo docker run -it  --network=home_net client:1

并检查（运行以下命令）。

sudo docker network inspect home_net

现在您的两个容器正在运行并连接到您的网络。

现在，执行以下命令（在正在运行的容器中）。从服务器启动表单。

./server_medium # container with server
./client_medium # container with client

现在您可以看到容器之间的一些通信。

三、Docker 中的覆盖网络

当您想要运行的 docker 容器位于不同的物理位置（在不同的物理主机上运行）时，您仍然可以将容器连接到其他容器。这里我们将在 Docker 中使用覆盖网络 概念。
您可以想象，docker 容器可以与桥接通信类似，跨独立的虚拟网络（称为覆盖网络）发送和接收信息。
这意味着我们可以为容器构建私有虚拟网络，并且可以完全透明地交互。请考虑下图。在此示例中，我们可以重用图像和 C++ 客户端-服务器应用程序（IP 地址必须相应更改）。
请注意，在这两种情况下（桥接网络和覆盖网络），容器之间的通信也可以通过运行命令来验证：ping *<host_IP_address>。*对于当前网络（覆盖网络）将执行此类测试。然而，作者也在这种类型的 docker 架构中运行 C++ 应用程序（客户端 - 服务器）。当主机服务器部署在云端（Linode服务器）时，也验证了有关应用程序的验证。

对于这两种情况（桥接、覆盖），您有 4 种可能的选择来运行您的应用程序（取决于客户端的"位置"）。
在构建客户端映像之前，请考虑以下需要为medium_client.cpp 提供的IP 地址规范。

//CLIENT AND SERVER RUN LOCAL (NOT IN CONTAINERS)
if (inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &serv_addr.sin_addr) <= 0)
//CLIENT DOES NOT RUN IN CONTAINER. SERVER IN CONTAINER
//if(inet_pton(AF_INET, "172.17.0.2", &serv_addr.sin_addr)<=0)
//BRIDGE COMMUNICATION
//if(inet_pton(AF_INET, "172.21.0.1", &serv_addr.sin_addr)<=0)
//OVERLAY COMMUNICATION
//if(inet_pton(AF_INET, "10.0.9.1", &serv_addr.sin_addr)<=0)

使用覆盖网络的容器之间的通信将通过命令 ping 进行验证，但是正如我之前提到的，之前的 C++ 应用程序也可以工作。

运行以下命令（#Host 1 和 #Host 2）

3.1 主机1

首先使用主机 1 网络的 IP 地址初始化网络管理器。

sudo docker swarm init --advertise-addr 192.168.0.101

就我而言，我收到的输出如下。

3.2 主机1（内部主持人）

复制并运行命令：

docker swarm join --token SWMTKN-1-4pmk157a83i2nungc6jdtmh7vp4ujqich1pho141kox1dzxeiu-c6usd1wik2kl6p3ot7fhx4pd1 192.168.0.101:2377

您应该收到如下信息。

3.2 #主机1（其它）

运行以下命令并验证 swarm 管理器（上图之一显示了 swarm 和网桥）

sudo docker network ls

现在创建覆盖网络，这里我们的名字是overnet。

sudo docker network create -d overlay overnet

检查您创建的网络。验证身份等

sudo docker network inspect overnet

拉取两个 Ubuntu 映像（副本），激活网络并创建一个新服务 myservice。以下命令还发送 # Host 2 的图像

sudo docker service create --name myservice --network overnet --replicas 2 ubuntu sleep

运行以下命令确认您已完成的操作。

sudo docker service ls                
sudo docker service ps myservice

现在确认您是否正确创建了覆盖网络并且两个容器都已连接。# 主机 1 的 IP 地址为 10.0.1.4。
运行命令

sudo docker network inspect overnet

3.3 主机2

运行相同的操作（我不显示图像，因为它与上面类似）。该主机收到地址IP 10.0.1.5

sudo docker network inspect overnet

3.4 #主机1和#主机2

运行以下命令来安装"ping 命令"。

apt-get update && apt-get install -y iputils-ping

在 #Host 1 和 2 上运行命令来捕获容器名称

sudo docker ps

并连接到 docker shell 以运行 ping

sudo docker exec -it 94835734987 sh
ping 10.0.1.5 # from host 1
ping 10.0.1.4 # from host 2

感谢您的阅读。

四、参考资源

凡本文遇到的代码资源可在下述地址下：

Networking overview | Docker Docs