浅谈Docker容器的网络通信原理

文章目录

- 1、回顾容器概念
- 2、容器网络
- 3、容器与主机之间的网络连通
- 4、交换机的虚拟实现---虚拟网桥（Bridge）
- [5、Docker 守护进程daemon管理容器网络](#5、Docker 守护进程daemon管理容器网络)

1、回顾容器概念

我们知道容器允许我们在同一台宿主机（电脑）上运行多个服务（可以把服务当作一个或者多个进程），每个服务之间互相隔离。一个容器里运行的进程实际上是运行在宿主机的操作系统之上的，就像其他所有进程一样（而与之相比，虚拟机中的进程是运行在不同的操作系统之上的）。但是在容器中的进程和本容器之外的进程是隔离的，对于它来说，仿佛自己是在此机器上运行的唯一进程。

容器将代码和依赖项打包在一起。多个容器可以在同一台计算机上运行，并与其他容器共享操作系统内核，每个容器在用户空间中作为隔离进程运行。

2、容器网络

Linux的namespace机制为容器提供了隔离的功能，使得我们在容器中看到了一个新的天地，好像进入了一个新的操作系统，这个时候我们查看网络信息，会发现也是全新的（包括网卡、本地回环设备、路由表和 iptables 规则），这是怎么做到的呢？这就是利用了namespace中的Network namespace实现了网络的隔离，使得每个容器都拥有了自己的网络体系（学名叫做网络栈）。

3、容器与主机之间的网络连通

如何连通容器的网络空间与主机的网络空间呢？Linux中有一种虚拟设备叫做veth pair，它是一种成对出现的网络设备，数据从一个veth设备发送出去，可以直接到达配对的另一个veth设备，可以简单理解为它们之间是由网线连接的，如下图所示。它们的两端可以放到不同的网络空间，实现连通两个network namespace的目的。

4、交换机的虚拟实现---虚拟网桥（Bridge）

veth pair 可以连通两个网络空间，如果我们想要将多个 namespace连通的话，就不能只使用 veth pair 了。我们可以类比生活中的物理网络，把网络空间比作不同的主机，在物理网络中，如果需要连接多个主机，我们一般会使用交换机 。而Linux 提供了交换机的虚拟实现，叫做虚拟网桥（Bridge） ，我们可以在主机上创建一个虚拟网桥，然后将各个容器网络空间通过veth pair 与Bridge连接，这样就实现了各个容器网络空间的打通，如下图所示：

veth在容器中的一端就可以作为本容器网络空间的网卡，有了虚拟网桥，同一个宿主机的容器之间就可以相互通信了，容器内的应用也可以通过虚拟网桥，再经由宿主机网卡访问外部服务。

以上也就是Docker桥接模式的网络原理（桥接模式是Docker主要的网络模式），Docker创建的虚拟网桥有自己的名字：docker0。

可以通过ip address 查看docker0的信息。

bash 复制代码

ip address

5、Docker 守护进程daemon管理容器网络

在 Docker 中，管理容器的网络的是Docker 守护进程（daemon）。在桥接网络模式下，Docker 守护进程会执行以下主要任务：

创建和管理虚拟网络桥（docker0）：Docker 守护进程在启动时会创建 docker0 虚拟网络桥，守护进程负责管理这个网桥的配置和状态，确保容器能够正常通过这个网桥进行通信。
分配容器的虚拟网络接口和 IP 地址：当用户创建一个新的容器时，Docker 守护进程会为该容器创建一对虚拟的网络接口，并为其容器中的一端分配一个唯一的 IP 地址，另一端连接到docker0 网桥。

在Linux下，我们通过"ifconfig"命令就可以看到，宿主机出现了以下网络接口，他们就是docker0网桥以及容器"插在"docker0网桥上的veth设备。

bash 复制代码

ifconfig

执行网络地址转换（NAT）：当容器需要与外部网络通信时，Docker 守护进程会执行网络地址转换。NAT 允许容器使用宿主机的 IP 地址访问外部网络，同时也允许外部网络访问容器提供的服务。

为什么要进行NAT呢？让我们考虑一种场景：假如容器要访问百度首页，百度的Server要返回给容器数据，如果百度的Server将目的地址设置为容器的IP，由于容器的IP在外部是不可见的，就会导致结果的数据包无法返回，所以在发送请求给百度Server时需要将源IP转换为宿主机的IP。

管理端口映射（Port Mapping）：Docker 守护进程负责管理容器内部端口与宿主机上的端口之间的映射关系。当用户定义了端口映射规则时，守护进程会在宿主机的网络命名空间中设置相应的转发规则，以实现外部网络与容器内部服务的通信。

为什么要进行端口映射呢？因为容器内部的端口在外部也是无法访问的，需要将宿主机的端口与之进行映射。

如下图所示：

Docker的桥接模式下，同一宿主机的容器之间是可以相互通信的，容器也可以访问外部网络，但在这种模式下，不同宿主机的容器之间是没有关联的，他们无法进行直接通信。

这里通常的做法是通过集群把多个宿主机上的容器组织起来，使得它们之间的网络可以连通，具体集群中容器之间的通信请看下一篇文章。

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