Docker網絡筆記

2022-02-05 Linux雲計算網絡

一、什麼是ip地址

二、劃分子網

2.1、為什麼要劃分子網

2.2、子網分類

2.3、子網劃分

2.4、子網掩碼

2.5、無分類-構成超網

三、網絡模式

3.1、橋接

3.2、NAT

3.3、Host

3.4、內部網絡

四、Docker0

五、Docker網絡 --link

六、自定義Docker網絡

七、網絡連通

一、什麼是ip地址

通常我們看到的ip地址會長這樣（由點分割的十進位數）：192.168.1.1

其實ip地址是一個32位的二進位數，被分割成4部分，每部分8位。也就是說他們其實長成這樣

00000000.00000000.00000000.00000000
每一部分都是8位的二進位數，那他能表示的範圍其實就是0～255，並且在一個子網中，第一個0為保留位，最後一個255為廣播位，這兩位不會劃分出去。（比如在區域網中找不到一個完全匹配的ip時，可能就會廣播數據報文，廣播的地址就會使用255）
所以說，一般情況下，區域網中可以使用的ip為1～254
0.0.0.0 迴環地址
255.255.255.255 廣播地址
二、劃分子網2.1、為什麼要劃分子網
劃分子網是為了更好的利用ip地址資源，因為ip地址就是上面提到的4個byte字節組成的，一共就有2的32方個，隨著網際網路的發展，ip地址已經不夠用了
現在的解決方案有兩種，一種是將ipv4升級成ipv6，第二種就是現在說的劃分子網，通過合理劃分子網來緩解ip地址枯竭的問題。
2.2、子網分類
子網分類說的是人為的將子網分成A、B、C、D類，每個分類都有兩部分組成：網絡號+主機號
無論怎麼劃分，網絡號和主機號一共32位是不會變的
A類：8位網絡號  24位主機號
B類：16位網絡號 16位主機號
C類：24位網絡號 8位主機號
2.3、子網劃分
子網劃分的應用場景：
上面C類子網支持254臺主機，B類子網支持6萬多臺主機。
那假設現在有一個公司，他們公司有幾千名員工，如果為他們申請ip的話請問是該申請C類地址還是B類地址呢？
很顯然，C類肯定不夠用，B類又會浪費掉好幾萬個ip資源～
這時就得進行子網劃分，拿這個例子來說就是我們給該公司申請一個B類地址，然後將B類地址中的部分主機位當作網絡ID，這樣的話，主機位數就變少了，最新的網絡號 = 網絡號+從主機位劃分出來的網絡ID，原來的二級Ip 地址被劃分成三級Ip地址，收益就是：實現節省ip地址。
實戰子網劃分
假設我們對192.168.1.0這個網絡號進行子網劃分。
然後我們從主機號借用兩位當作網絡號
# 如果不進行子網分，它是一個C類網絡地址，可以承載254臺機器
192.168.1.00000000

# 借兩位主機位當作網絡id來 劃分子網，可以得到下面四個子網
192.168.1.00 000000
192.168.1.01 000000
192.168.1.10 000000
192.168.1.11 000000
網絡號相同的ip視為在一個區域網中，這樣就將原來的一個C類地址劃分成四個網絡地址，也就能給四個公司使用，而且每個網絡中都能分配2的6次方個左右的ip地址。
一個設備有多個ip是正常的，甚至當有它有多個物理網卡，就能有多個公網ip，相應的每個設備也有私網ip，也就是他所在的區域網中的ip（一般是通過DHCP獲取的）
想接入網際網路就的有公網ip，全球有42億的ipv4的公網ip，我們的硬體設備默認有一個自己的本地ip，比如192.168..., 當設備連通區域網後，設備的本地ip其實是這個公網ip下的區域網的ip地址之一，這樣可以盡最大可能的利用有限的ip網絡地址資源（而不用為每一臺設備都分配一個獨有的公網ip）
2.4、子網掩碼
在上一個例子中我們將這個網絡號192.168.1.0，通過子網劃分，分成了四個網絡，如下
192.168.1.00 000000
192.168.1.01 000000
192.168.1.10 000000
192.168.1.11 000000
問題是怎麼讓機器區分開這是四個網絡地址，而不是一個C類地址呢？
這就引出了子網掩碼的概念:  子網掩碼和ip地址同為32位，子網掩碼為1的區域對應著ip地址的網絡號部分，子網掩碼為0的區域對應著ip地址的主機號部分。
就這個例子來說，它的子網掩碼如下
# 192.168.1.0  ==轉二進位==>   11000000.10101000.00000001.00000000
# 本來他是C類網絡地址：它的網絡號為前24位，後8位為主機號
# 然後我們劃分子網，從主機位給網絡位借兩位，也就是前26位是網絡號，後6位是主機號
# 對應的子網掩碼位：前26位為1，後6位為0。即11111111.11111111.11111111.11000000
# 11111111.11111111.11111111.11000000 =轉十進位=>255.255.255.192
如果通過ip和子網掩碼得出網絡ID呢？
# 兩者的二進位表示做與運算
# 相同為1，不同為0
網絡ID相同，說明這兩個ip在同一個局域子網中
2.5、無分類-構成超網
這裡說的無分類-構成超網本質上也是一種ip地址的編址方式，並且它消除了傳統的ABCD這種劃分子網的概念。
它的編制方式為：網絡號/主機號
通常使用這種方式編址的ip長這個樣子：192.68.1.1/20
在ipv4中，ip地址的總長度為32位這是不會變的，這裡的20表示的是在這總長為32位的地址中，前20為網絡號，剩下的12位是主機號
三、網絡模式
常見的網絡模式有：橋接模式、NAT模式、僅主機模式。比如在vmware中設置虛擬機的網絡模式時，可以看到
image-202009180814551933.1、橋接
橋接模式的本質是：使用一個虛擬的交換機，將虛擬機和物理機網卡打通。他們同屬於一個網段
image-20200918082322318
在這種模式下：有如下特性：
3.2、NAT
NAT是一種網絡地址轉換技術，實現了區域網內的使用自己的本地IP即可聯通網際網路（NAT會將本地Ip，轉換成全球IP）
常見的你家裡的wifi，家裡按了網線之後會有一個公網ip，但是家裡的任何智能設備通過路由器連接上wifi後都能同時上網，因為路由器會分配給設備一個區域網ip，設備使用這個區域網ip上網，其中的轉換技術就是NAT技術
image-20200918090414954
有如下特性：
3.3、Host
Host，僅主機，即它是存在於主機內部的一個虛擬網絡。
image-20200918091044530
這僅主機模式下，有一塊虛擬網卡，這塊網卡的網段和主機上物理網卡的網段是不相同的。
所有的虛擬機在虛擬網卡的網段下，所以他們彼此直接互通。
默認情況下，虛擬機可以訪問到物理機，但是默認情況下虛擬機不能上網的。（也可以通過修改配置讓他們上網際網路）
3.4、內部網絡
在內部網絡下，虛擬機和外部完全隔斷，只允許虛擬機之間才能相互訪問
四、Docker0
Docker網絡的核心是Docker0
通過ip addr可以看到伺服器中如下幾塊網卡
image-20200917204101504
查看公網ip可以在控制臺獲取或者執行：curl cip.cc
4.1、小實驗1：
Docker中啟動Nginx容器，問宿主機能通過容器的ip地址ping通它嗎？
# 運行鏡像
[root@VM-0-15-centos ~]# docker run -d -P --name nginx1 nginx

# 檢查容器是否運行起來了
[root@VM-0-15-centos ~]# docker ps
CONTAINER ID        IMAGE               COMMAND                  CREATED             STATUS              PORTS                   NAMES
962cf239325d        nginx               "/docker-entrypoint.…"   5 seconds ago       Up 3 seconds        0.0.0.0:32768->80/tcp   nginx1

# 進入容器中
[root@VM-0-15-centos ~]# docker exec -it nginx1 /bin/bash

# 查看容器ip地址
root@962cf239325d:/# cat /etc/hosts
127.0.0.1 localhost
::1 localhost ip6-localhost ip6-loopback
fe00::0 ip6-localnet
ff00::0 ip6-mcastprefix
ff02::1 ip6-allnodes
ff02::2 ip6-allrouters
172.17.0.2 962cf239325d

# 退出容器
root@962cf239325d:/# exit
exit

# ping
[root@VM-0-15-centos ~]# ping 172.17.0.2
PING 172.17.0.2 (172.17.0.2) 56(84) bytes of data.
64 bytes from 172.17.0.2: icmp_seq=1 ttl=64 time=0.064 ms
64 bytes from 172.17.0.2: icmp_seq=2 ttl=64 time=0.059 ms
64 bytes from 172.17.0.2: icmp_seq=3 ttl=64 time=0.056 ms
c64 bytes from 172.17.0.2: icmp_seq=4 ttl=64 time=0.058 ms
實驗結果很明顯：可以ping通！
為什麼能ping通呢？？？
查看容器和宿主機網卡的信息就知道了
宿主機中有一塊叫Docker0的網卡如下，它的網絡段172.17.0.1/16
image-20200917211309301
容器的網卡信息如下：
image-20200917211400404
可以看到這宿主機和容器其實是在同一個網段的～，所以肯定能通！
4.2、小實驗2:
如果我宿主機上的容器中同時運行兩個容器，問：
這兩個容器之間能通過彼此的ip的相互ping通嗎？
# 檢查兩個容器是否都運行起來了
[root@VM-0-15-centos ~]# docker ps
CONTAINER ID        IMAGE               COMMAND             CREATED             STATUS              PORTS                     NAMES
d37b518465a0        tomcat              "catalina.sh run"   2 seconds ago       Up 2 seconds        0.0.0.0:32772->8080/tcp   tomcat2
85859d226c8c        f796d3d2c195        "catalina.sh run"   17 minutes ago      Up 17 minutes       0.0.0.0:32771->8080/tcp   tomcat1

# 查看記錄tomcat1的ip
[root@VM-0-15-centos ~]# docker exec -it tomcat1 ip addr
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN group default qlen 1000
    link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
    inet 127.0.0.1/8 scope host lo
       valid_lft forever preferred_lft forever
184: eth0@if185: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc noqueue state UP group default
    link/ether 02:42:ac:11:00:02 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff link-netnsid 0
    inet 172.17.0.2/16 brd 172.17.255.255 scope global eth0
       valid_lft forever preferred_lft forever
       
# 查看記錄tomcat2的ip
[root@VM-0-15-centos ~]# docker exec -it tomcat2 ip addr
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN group default qlen 1000
    link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
    inet 127.0.0.1/8 scope host lo
       valid_lft forever preferred_lft forever
186: eth0@if187: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc noqueue state UP group default
    link/ether 02:42:ac:11:00:03 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff link-netnsid 0
    inet 172.17.0.3/16 brd 172.17.255.255 scope global eth0
       valid_lft forever preferred_lft forever

# 使用tomcat2 ping tomcat1
[root@VM-0-15-centos ~]# docker exec -it tomcat2 ping 172.17.0.2
PING 172.17.0.2 (172.17.0.2) 56(84) bytes of data.
64 bytes from 172.17.0.2: icmp_seq=1 ttl=64 time=0.089 ms
64 bytes from 172.17.0.2: icmp_seq=2 ttl=64 time=0.066 ms
64 bytes from 172.17.0.2: icmp_seq=3 ttl=64 time=0.072 ms
^C
--- 172.17.0.2 ping statistics ---
3 packets transmitted, 3 received, 0% packet loss, time 1001ms
rtt min/avg/max/mdev = 0.066/0.075/0.089/0.014 ms

# 使用tomcat1 ping tomcat2
[root@VM-0-15-centos ~]# docker exec -it tomcat1 ping 172.17.0.3
PING 172.17.0.3 (172.17.0.3) 56(84) bytes of data.
64 bytes from 172.17.0.3: icmp_seq=1 ttl=64 time=0.069 ms
64 bytes from 172.17.0.3: icmp_seq=2 ttl=64 time=0.061 ms
64 bytes from 172.17.0.3: icmp_seq=3 ttl=64 time=0.070 ms
64 bytes from 172.17.0.3: icmp_seq=4 ttl=64 time=0.070 ms
^C
結論很明顯：彼此之間能ping通！
那Docker是怎麼做的呢？
我們安裝Docker後會帶有一個默認的網卡叫做Docker0，它實際上是一個網橋，其中有一端連接在真實的網際網路上，使用的的技術是veth-pair橋接技術
此時我的Docker中已經運行了兩個容器了，現在去看下宿主機和兩個容器的網卡信息。
宿主機：
image-20200917213205238
tomcat1：
image-20200917213244825
tomcat2：
image-20200917213426831
仔細看如上兩圖中多出來的網卡命名對應關係
# 宿主機多出來的：      185: veth79ccfd1@if184
# 對應容器tomcat1：   184: eth0@if185

# 宿主機多出來的：      187: vethac83886@if186
# 對應容器tomcat2：   186: eth0@if187
這種網卡成對對應的關係，就是藉助veth-pair技術實現的
veth-pair就是一對虛擬的網絡接口，成對出現，一端連著協議，一端彼此相連。由它充當一個橋梁的作用，連接各個Docker 容器，實現網絡數據交互
image-20200917215041013
在當前的案例中之間能Ping的
image-20200917222201902
在不指定容器網絡的情況下，默認容器使用的Docker0做網橋
通過下面的命令查看使用Docker0的所有Container
image-20200917223906864image-20200917224026778
Docker會為容器分配一個可用的ip
分配的ip都在上圖規定的subnet子網網段下的格式：172.17.0.2/16
在上面劃分子網時有提到這種劃分的方式，最後的16為它的網絡號，也就是說他還有16位的機器號，也就是2的16次方-2個
五、Docker網絡 --link
前面的驗證了Docker兩個不同的容器可以通過ip直接ping通
--link 可以讓我們讓兩個容器通過服務名直接ping通
# 使用--link這個啟動參數，連通不同的容器，實現通過服務名就ping通容器
[root@VM-0-15-centos ~]# docker run -d -P --name tomcat3 --link tomcat2 tomcat
2d8c1363094cd2e09bcd3d3a4e85e0864f32718d38aa4dab9640522c4ea3a87a

# 檢查容器是否正常啟動了
[root@VM-0-15-centos ~]# docker ps
CONTAINER ID        IMAGE               COMMAND             CREATED             STATUS              PORTS                     NAMES
2d8c1363094c        tomcat              "catalina.sh run"   2 seconds ago       Up 2 seconds        0.0.0.0:32773->8080/tcp   tomcat3
d37b518465a0        tomcat              "catalina.sh run"   About an hour ago   Up About an hour    0.0.0.0:32772->8080/tcp   tomcat2
85859d226c8c        f796d3d2c195        "catalina.sh run"   About an hour ago   Up About an hour    0.0.0.0:32771->8080/tcp   tomcat1

# 使用tomcat3ping通tomcat2
[root@VM-0-15-centos ~]# docker exec -it tomcat3 ping tomcat2
PING tomcat2 (172.17.0.3) 56(84) bytes of data.
64 bytes from tomcat2 (172.17.0.3): icmp_seq=1 ttl=64 time=0.093 ms
64 bytes from tomcat2 (172.17.0.3): icmp_seq=2 ttl=64 time=0.068 ms
64 bytes from tomcat2 (172.17.0.3): icmp_seq=3 ttl=64 time=0.069 ms
c64 bytes from tomcat2 (172.17.0.3): icmp_seq=4 ttl=64 time=0.067 ms
^C
--- tomcat2 ping statistics ---
4 packets transmitted, 4 received, 0% packet loss, time 1002ms
rtt min/avg/max/mdev = 0.067/0.074/0.093/0.012 ms

# 反向使用tomcat2 ping tomcat3
[root@VM-0-15-centos ~]# docker exec -it tomcat2 ping tomcat3
ping: tomcat3: Name or service not known
原理：--link實際上是修改了tomcat3的host文件，如下
[root@VM-0-15-centos ~]# docker exec -it tomcat3 cat /etc/hosts
127.0.0.1 localhost
::1 localhost ip6-localhost ip6-loopback
fe00::0 ip6-localnet
ff00::0 ip6-mcastprefix
ff02::1 ip6-allnodes
ff02::2 ip6-allrouters
172.17.0.3 tomcat2 d37b518465a0
172.17.0.4 2d8c1363094c
而tomcat2的host文件中沒有這種別名，所以反向通過服務名不能ping通
六、自定義Docker網絡6.1、docker中的網絡
查看docker所有的網絡：
image-20200918080638181briage：橋接網絡（也是默認的網絡）。通過Docker0作為網橋，實現容器聯網互通none：不配置網絡，形成一個全封閉的容器，無法和外網連接container：讓一個容器共享另一個容器網絡相關的namespace，實現讓幾個容器內網絡互通6.2、自定義網絡
默認網絡參數
# 啟動容器時我們不添加網絡相關啟動參數，Docker會為我們補全成下面這樣
# 而這裡指定的 bridge 就是就是docker0
docker run -d -P --name xxx --net bridge imageId

# --net 指定當前容器啟動後加入到哪個網絡中
自定義
# 創建自定義網絡
# --subnet 192.168.0.0/16 指定了子網網絡，可以分配2的16次方-2個ip
# --gateway 192.168.0.1 網關路由器的ip地址
[root@VM-0-5-centos ~]# docker network create --driver bridge --subnet 192.168.0.0/16 --gateway 192.168.0.1 mynet
a8a84221d4a73a2e2eda9f692c74af75cdbdac440e8c7587b56847c61e1dde4c

# 查看是否創建成功了
[root@VM-0-5-centos ~]# docker network ls
NETWORK ID          NAME                DRIVER              SCOPE
a9ff308438a8        bridge              bridge              local
0d98ae518a10        host                host                local
a8a84221d4a7        mynet               bridge              local
cb71d8cdbbca        none                null                local
查看我們自定義的網絡詳情
image-20200918093535139
查看宿主機網卡信息：可以看到宿主機上多出來了一張虛擬網卡
image-20200918093721195
在自定義的網絡中的容器是可以直接通過對方的 容器名 ping通的
七、網絡連通
如何讓Docker中兩個不同網絡中的容器互通呢？
image-20200918095046292
見上圖，理論上容器1和容器2彼此互通，容器3容器4彼此互通，但是容器12和容器34之間時不互通的，因為他們都不在一個網段中。
具體的作為如下圖：
image-20200918095115470
容器2想ping通容器3或者容器4，本質上是需要將容器2加入到mynet 的網絡中。
# 使用connect命令，把一個容器連接到一個網絡上

# 查看幫助文檔
[root@VM-0-5-centos ~]# docker network --help

Usage: docker network COMMAND

Manage networks

Commands:
  connect     Connect a container to a network
  create      Create a network
  disconnect  Disconnect a container from a network
  inspect     Display detailed information on one or more networks
  ls          List networks
  prune       Remove all unused networks
  rm          Remove one or more networks

Run 'docker network COMMAND --help' for more information on a command.

# 查看connect幫助文檔的使用
[root@VM-0-5-centos ~]# docker network connect --help

Usage: docker network connect [OPTIONS] NETWORK CONTAINER

Connect a container to a network

Options:
      --alias strings           Add network-scoped alias for the container
      --driver-opt strings      driver options for the network
      --ip string               IPv4 address (e.g., 172.30.100.104)
      --ip6 string              IPv6 address (e.g., 2001:db8::33)
      --link list               Add link to another container
      --link-local-ip strings   Add a link-local address for the container

# 將指定容器添加到指定網絡
[root@VM-0-5-centos ~]# docker network connect mynet tomcat1

# 檢查是否添加成功
[root@VM-0-5-centos ~]# docker inspect mynet
[
    {
        "Name": "mynet",
        "Id": "a8a84221d4a73a2e2eda9f692c74af75cdbdac440e8c7587b56847c61e1dde4c",
        "Created": "2020-09-18T09:30:17.769656045+08:00",
        "Scope": "local",
        "Driver": "bridge",
        "EnableIPv6": false,
        "IPAM": {
            "Driver": "default",
            "Options": {},
            "Config": [
                {
                    "Subnet": "192.168.0.0/16",
                    "Gateway": "192.168.0.1"
                }
            ]
        },
        "Internal": false,
        "Attachable": false,
        "Ingress": false,
        "ConfigFrom": {
            "Network": ""
        },
        "ConfigOnly": false,
        "Containers": {
            "41976989fbea4138554e131d4067d4eb2bcfb3b6a2491be94af2fd5c64c64256": {
                "Name": "tomcat1",
                "EndpointID": "6894396881ffbbfe0fcf62da1ffcee304218120207f5b5a27f907bb2c306955b",
                "MacAddress": "02:42:c0:a8:00:02",
                "IPv4Address": "192.168.0.2/16",
                "IPv6Address": ""
            }
        },
        "Options": {},
        "Labels": {}
    }
]

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