Docker跨主机通信实现与分析

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前言

docker目前支持以下5种网络模式：

• bridge：此时docker引擎会创建一个veth对，一端连接到容器实例并命名为eth0，另一端连接到指定的网桥中(比如docker0)，因此同在一个主机的容器实例由于连接在同一个网桥中，它们能够互相通信。容器创建时还会自动创建一条SNAT规则，用于容器与外部通信时。如果用户使用了-p或者-Pe端口端口，还会创建对应的端口映射规则。
• host：与宿主机共享网络，此时容器没有使用网络的namespace，宿主机的所有设备，如Dbus会暴露到容器中，因此存在安全隐患。
• none：不设置网络，相当于容器内没有配置网卡，用户可以手动配置。
• container：指定与某个容器实例共享网络
• network：使用自定义网络，可以使用docker network create创建，并且默认支持多种网络驱动，用户可以自由创建桥接网络或者overlay网络。

默认是桥接模式，网络地址为172.16.0.0/16，同一主机的容器实例能够通信，但不能跨主机通信。本文下面将介绍如何使用gre隧道技术实现跨主机通信。

环境配置

本文使用两台主机A，B模拟实验，这两台主机其实是virtalbox虚拟机，操作系统为ubuntu14.04，均配置有两张网卡，网卡配置如下：

• eth0：与宿主机桥接，连接公网
• eth1：host only网卡，分配的ip地址为192.168.56.0/24，连接在同一个host only的网卡能够互相通信

其中A主机网络：

eth0: 172.16.1.24(公司内网IP，能够通外网) 
eth1: 192.168.56.4 

B主机网络:

eth0: 172.16.1.178(公司内网IP，能够通外网)  
eth1: 192.168.56.5 

两台主机需要安装以下软件包:

• Docker，实验时使用的***版本1.11，快速安装：

curl -sSL https://get.docker.com/ | sh 

• Openvswitch, 安装方法：

sudo apt-get install openvswitch-switch 

• bridge-utils，也可以不安装，使用ovs-vsctl。

Docker配置

两台主机的容器能够通信，不能出现网络重叠，因此设置不同的网络：

A: 10.103.100.0/24  
B: 10.103.200.0/24 

并且为了加速镜像拉取，使用灵雀云镜像。***A主机配置文件/etc/default/docker如下:

DOCKER_OPTS="$DOCKER_OPTS --registry-mirror=http://houchaohann.m.alauda.cn --bip=10.103.100.1/24 --fixed-cidr=10.103.100.0/24" 

B主机配置文件/etc/default/docker如下:

DOCKER_OPTS="$DOCKER_OPTS --registry-mirror=http://houchaohann.m.alauda.cn --bip=10.103.200.1/24 --fixed-cidr=10.103.200.0/24" 

分别重启A、B主机Docker服务:

sudo service docker restart 

此时A主机docker0网桥地址为10.103.100.1，B主机docker0网桥地址为10.103.200.1。

在A主机上ping 10.103.200.1显然不通，同理B主机ping不通A主机网桥。

隧道配置

在A主机上创建一个网桥(使用ovs-vsctl，不要使用brctl):

sudo ovs-vsctl add-br docker_tunnel 

将gre0接口加入到网桥docker_tunnel， 创建一个GRE隧道添加到网桥中并配置远端IP，注意：我们在eth1之上建立隧道，因此需要使用eth1 IP地址：

sudo ovs-vsctl add-port docker_tunnel gre0 -- set Interface gre0 type=gre options:remote_ip=192.168.56.5 

此时:

fgp@ubuntu-4:~$ sudo ovs-vsctl show 
2189345f-d4fb-4915-ab97-4c65a8d9ffe0 
    Bridge docker_tunnel 
        Port "gre0" 
            Interface "gre0" 
                type: gre 
                options: {remote_ip="192.168.56.5"} 
        Port docker_tunnel 
            Interface docker_tunnel 
                type: internal 
    ovs_version: "2.0.2" 

把docker_tunnel加入到docker0网桥中:

sudo brctl addif docker0 docker_tunnel 

增加路由：

sudo ip route add 10.103.200.0/24 via 192.168.56.5 dev eth1 

此时路由表：

fgp@ubuntu-4:~$ sudo route -n 
Kernel IP routing table 
Destination     Gateway         Genmask         Flags Metric Ref    Use Iface 
0.0.0.0         172.16.1.1      0.0.0.0         UG    0      0        0 eth0 
10.103.100.0    0.0.0.0         255.255.255.0   U     0      0        0 docker0 
10.103.200.0    192.168.56.5    255.255.255.0   UG    0      0        0 eth1 
172.16.1.0      0.0.0.0         255.255.255.0   U     0      0        0 eth0 
192.168.56.0    0.0.0.0         255.255.255.0   U     0      0        0 eth1 

验证A主机是否能和B通信：

fgp@ubuntu-4:~$ ping -c 2 -w 1 10.103.200.1 
PING 10.103.200.1 (10.103.200.1) 56(84) bytes of data. 
64 bytes from 10.103.200.1: icmp_seq=1 ttl=64 time=0.339 ms 
 
--- 10.103.200.1 ping statistics --- 
1 packets transmitted, 1 received, 0% packet loss, time 0ms 
rtt min/avg/max/mdev = 0.339/0.339/0.339/0.000 ms 

同样在B主机执行相同步骤：

sudo ovs-vsctl add-br docker_tunnel 
sudo ovs-vsctl add-port docker_tunnel gre0 -- set Interface gre0 type=gre options:remote_ip=192.168.56.4 
sudo brctl addif docker0 docker_tunnel 
sudo ip route add 10.103.100.0/24 via 192.168.56.4 dev eth1 

验证B主机是否能够和A通信：

fgp@ubuntu-5:~$ ping -c 2 -w 1 10.103.100.1 
PING 10.103.100.1 (10.103.100.1) 56(84) bytes of data. 
64 bytes from 10.103.100.1: icmp_seq=1 ttl=64 time=0.336 ms 
64 bytes from 10.103.100.1: icmp_seq=2 ttl=64 time=0.409 ms 
 
--- 10.103.100.1 ping statistics --- 
2 packets transmitted, 2 received, 0% packet loss, time 999ms 
rtt min/avg/max/mdev = 0.336/0.372/0.409/0.041 ms 

验证docker容器跨主机通信

A主机创建ubuntu14.04容器:

docker run -t -i --rm --name from-A --hostname from-A ubuntu:14.04 bash 

在容器内部查看ip地址:

# from-A 
ifconfig eth0 | grep 'inet addr' | cut -d ':' -f 2 | cut -d ' ' -f 1 
# 10.103.100.2 

B主机创建ubuntu14.04容器:

docker run -t -i --rm --name from-A --hostname from-B ubuntu:14.04 bash 

在容器内部查看地址:

# from-B 
ifconfig eth0 | grep 'inet addr' | cut -d ':' -f 2 | cut -d ' ' -f 1 
# 10.103.200.2 

在A容器实例上ping B容器实例:

# from-A 
ping 10.103.200.2 

输出:

root@from-A:/# ping -c 2 -w 1 10.103.200.2 
PING 10.103.200.2 (10.103.200.2) 56(84) bytes of data. 
64 bytes from 10.103.200.2: icmp_seq=1 ttl=62 time=0.510 ms 
 
--- 10.103.200.2 ping statistics --- 
1 packets transmitted, 1 received, 0% packet loss, time 0ms 
rtt min/avg/max/mdev = 0.510/0.510/0.510/0.000 ms 

我们发现，在主机A的容器成功ping通主机B的容器，实现了跨主机通信!

使用docker-swarm实现跨主机容器通信

docker的overlay的网络驱动支持跨主机通信，这个实现在libnetwork中基于内置的VXLAN实现以及docker的libkv库。使用overlay网络需要依赖K-V Store，目前支持的K-V Store包括etcd、Consul、Zookeeper。

本来想直接使用docker启动consul的，后来发现docker daemon启动依赖consul，因此只能先按照consul。首先到官方下载安装包：下载地址,解压缩后，只有一个二进制文件，直接运行即可:

nohup ./consul agent -dev -advertise 172.16.1.24 -client 0.0.0.0 & 

注意: 该服务在A机器上运行，172.16.1.24务必配成能够连接外网的IP地址，否则后面启动Swarm容器时内部无法通信!

然后修改A、B服务的daemon配置文件/etc/default/docker：

DOCKER_OPTS="--cluster-store=consul://172.16.1.24:8500 --cluster-advertise=eth0:2375" 
DOCKER_OPTS="$DOCKER_OPTS --registry-mirror=http://houchaohann.m.alauda.cn -H tcp://0.0.0.0:2375 -H unix:///var/run/docker.sock" 

重启docker服务：

sudo service docker restart 

执行docker info必须包含以下信息：

Cluster store: consul://172.16.1.24:8500 
Cluster advertise: 172.16.1.24:2375 

接着我们需要部署Docker Swarm集群，详细过程参考手动部署docker-swarm集群。

***创建overlay网络:

docker network create --driver overlay --subnet 10.103.240.0/24 test 

其中--dirver指定为overlay,并指定我们需要的子网地址，名称为test，通过docker network ls可以检查我们创建的网络是否成功:

fgp@ubuntu-5:~$ docker network ls | grep test 
7eef808f272b        test                       overlay 

此时overlay网络创建完毕。我们测试其是否支持跨主机通信，首先我们创建一个ubuntu容器,命名为ubuntu-1，并使用我们刚刚创建的网络:

docker run -t -i -d --net test --name ubuntu-1 ubuntu:14.04 

接着我们创建***个ubuntu容器，此时为了保证它不和ubuntu-1调度在同一台主机上，我们需要使用docker swarm的filter，指定affinity，如下:

docker run -t -i -d --net test --name ubuntu-2 -e affinity:container!=~ubuntu-1 ubuntu:14.04 

运行docker ps：

docker ps 
fgp@ubuntu-5:~$ docker ps 
CONTAINER ID        IMAGE               COMMAND             CREATED             STATUS                  PORTS               NAMES 
ba5018dfe26e        ubuntu:14.04        "/bin/bash"         2 minutes ago       Up Less than a second                       ubuntu-5/ubuntu-1 
bedd266cddaa        ubuntu:14.04        "/bin/bash"         14 hours ago        Up 41 seconds                               ubuntu-4/ubuntu-2 

由此可知，两个ubuntu容器运行在不同的主机上，符合我们的测试要求。分别获取ubuntu-1和ubuntu-2的ip地址:

fgp@ubuntu-5:~$ docker inspect -f '' ubuntu-1 
10.103.240.2 
fgp@ubuntu-5:~$ docker inspect -f '' ubuntu-2 
10.103.240.3 

可见ubuntu-1的ip地址为10.103.240.2,ubuntu-2的ip地址为10.103.240.3，我们在ubuntu-1上ping ubuntu-2地址：

fgp@ubuntu-5:~$ docker exec -t -i ubuntu-1 ping -c 2 10.103.240.3 
PING 10.103.240.3 (10.103.240.3) 56(84) bytes of data. 
64 bytes from 10.103.240.3: icmp_seq=1 ttl=64 time=0.559 ms 
64 bytes from 10.103.240.3: icmp_seq=2 ttl=64 time=0.661 ms 
 
--- 10.103.240.3 ping statistics --- 
2 packets transmitted, 2 received, 0% packet loss, time 999ms 
rtt min/avg/max/mdev = 0.559/0.610/0.661/0.051 ms 

结果发现，不在同一主机的ubuntu-1和ubuntu-2能够正常通信!

【本文是51CTO专栏作者“付广平”的原创文章，如需转载请通过51CTO获得联系】

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