Network Namespace 是 Linux 内核提供的功能，是实现网络虚拟化的重要功能，它能创建多个隔离的网络空间，它们有独自网络栈信息。不管是虚拟机还是容器，运行的时候仿佛自己都在独立的网络中。而且不同Network Namespace的资源相互不可见，彼此之间无法通信。

假如我们的物理机有4块物理网卡，我们要创建4个名称空间，而这些设备是可以单独关联至某个单独的名称空间使用的

如上图所示，把第一块网卡分配给第一个名称空间，第二块分给第二个名称空间，第三块分给第三个名称空间，第四块分给第四个名称空间。此时其它名称空间都是看不见当前所在名称空间的，因为一个设备只能属于一个名称空间。

这种方式使得每一个名称空间都能配置IP地址，并且与外部网络直接通信，因为它们使用的是物理网卡。

但如果我们所拥有的名称空间数量超过物理网卡数量呢？此时我们可以使用虚拟网卡设备，用纯软件的方式来模拟一组设备来使用。Linux内核级支持2种级别设备的模拟，一种是二层设备，一种是三层设备。

Linux内核模拟的二层设备，每个网络接口设备是成对出现的，可以模拟为一根网线的两端，其中一端模拟主机的虚拟网卡，另一端模拟虚拟交换机，就相当于让一个主机连到一个交换机上去。Linux内核原生支持二层虚拟网桥设备，即用软件虚拟交换机的功能。如下图所示：

那么此时如果再有一个名称空间，它有创建了一对虚拟网卡，一端连接名称空间，一端连接虚拟交换机，此时就相当于两个名称空间连接到了同一个交换机网络中，此时如果两个名称空间的网卡地址配置在同一网段，那么很显然他们之间是可以互相通信的。

从网络通信的物理设备到网卡都是用纯软件的方式来实现，这种实现方式就叫做虚拟化网络。

单节点容器间通信

如果在同一个物理机上的两个容器想通信，我们的办法就是在这台主机上建立一个虚拟交换机，而后让两个容器各自用纯软件的方式创建一对虚拟网卡，一半在容器上，一半在虚拟交换机上，从而实现通信。如下图所示：

这就是单节点上两个容器间的通信方式。单节点上两个容器之间的通信也有一些复杂情况，比如我们期望构建的容器要跨交换机通信呢？

我们做两个虚拟交换机，两个交换机上各自连接不同的容器，如上图所示，此时如果要C1和C3通信又该如何实现呢？其实我们可以通过名称空间创建一对网卡，一端连SW1，另一端连SW2，这样一来两个交换机就连起来了，照理说这样一来C1和C3这两个处于不同交换机的容器就可以实现通信了，但是这样一来又存在另一个问题，那就是如果C1和C3在不同网络呢？如果不在同一网络我们就必须要通过路由转发才能使其通信，也就是我们得在两台交换机之间加一个路由器，其实Linux内核本身就是支持路由转发的，只需要我们将路由转发功能打开即可。此时我们可以再启动一个容器，这个容器里面就跑一个内核，并将其转发功能打开，这样一来就模拟了一台路由器，通过这台路由器来实现路由转发。

不同节点容器间通信

如上图所示，此时如果C1要与C5进行通信又该如何实现呢？如果我们采用桥接的方式，很容易产生广播风暴，因此，在大规模的虚拟机或容器的场景中，使用桥接的方式无疑是自取灭亡，所以我们不应该使用桥接的方式来实现通信。

如果一来，我们既不能桥接，又需要与外部来实现通信，那就只能使用NAT技术了。通过DNAT将容器的端口暴露到宿主机上，通过访问宿主机的端口来实现访问容器内部的目的，而在请求端我们需要做SNAT将数据包通过宿主机的真实网卡转发出去。但这样做的话，因为要进行两次NAT转换，所以效率会比较低。

此时我们可以采用一种叫做Overlay Network（叠加网络）的技术来实现不同节点间容器的相互通信功能。

Overlay Network会将报文进行隧道转发，也就是在报文发出去之前要为其添加一个IP首部，也就是上图的1.1和1.2这部分，这里的1.1是源，1.2是目标，当宿主机2收到报文后解封装发现要找的目标容器是C2，于是把包转发给C2。

docker容器网络

Docker在安装后自动提供3种网络，可以使用docker network ls命令查看

[root@Raygussie ~]# docker network ls
NETWORK ID     NAME      DRIVER    SCOPE
fca305fef9a8   bridge    bridge    local
e0efc35096d6   host      host      local
86656db36f8f   none      null      local

Docker使用Linux桥接，在宿主机虚拟一个Docker容器网桥(docker0)，Docker启动一个容器时会根据Docker网桥的网段分配给容器一个IP地址，称为Container-IP，同时Docker网桥是每个容器的默认网关。因为在同一宿主机内的容器都接入同一个网桥，这样容器之间就能够通过容器的Container-IP直接通信。

//两个容器与真机的网关相同
[root@Raygussie ~]# docker run -it --rm busybox
/ # ip a
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue 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
8: eth0@if9: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP,M-DOWN> mtu 1500 qdisc noqueue 
    link/ether 02:42:ac:11:00:02 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 172.17.0.2/16 brd 172.17.255.255 scope global eth0
       valid_lft forever preferred_lft forever

——————————————————————————————————————————————————————————————————
[root@Raygussie ~]# docker run  -it --rm busybox
/ # ip a
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue 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
10: eth0@if11: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP,M-DOWN> mtu 1500 qdisc noqueue 
    link/ether 02:42:ac:11:00:03 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 172.17.0.3/16 brd 172.17.255.255 scope global eth0
       valid_lft forever preferred_lft forever
/ # route -n
Kernel IP routing table
Destination     Gateway         Genmask         Flags Metric Ref    Use Iface
0.0.0.0         172.17.0.1      0.0.0.0         UG    0      0        0 eth0
172.17.0.0      0.0.0.0         255.255.0.0     U     0      0        0 eth0
/ # 

//容器就能ping通另一个容器与真机

[root@Raygussie ~]# docker run  -it --rm busybox
/ # ping 172.17.0.1
PING 172.17.0.1 (172.17.0.1): 56 data bytes
64 bytes from 172.17.0.1: seq=0 ttl=64 time=0.120 ms
64 bytes from 172.17.0.1: seq=1 ttl=64 time=0.068 ms
64 bytes from 172.17.0.1: seq=2 ttl=64 time=0.147 ms
^C
--- 172.17.0.1 ping statistics ---
3 packets transmitted, 3 packets received, 0% packet loss
round-trip min/avg/max = 0.068/0.111/0.147 ms
/ # ping 172.17.0.2
PING 172.17.0.2 (172.17.0.2): 56 data bytes
64 bytes from 172.17.0.2: seq=0 ttl=64 time=0.118 ms
64 bytes from 172.17.0.2: seq=1 ttl=64 time=0.146 ms
64 bytes from 172.17.0.2: seq=2 ttl=64 time=0.138 ms
^C
--- 172.17.0.2 ping statistics ---
3 packets transmitted, 3 packets received, 0% packet loss
round-trip min/avg/max = 0.118/0.134/0.146 ms
/ #

docker的4种网络模式

网络模式	配置	说明
host	--network host	容器和宿主机共享Network namespace
container	--network container:NAME_OR_ID	容器和另外一个容器共享Network namespace
none	--network none	容器有独立的Network namespace，但并没有对其进行任何网络设置，如分配veth pair 和网桥连接，配置IP等
bridge	--network bridge	默认模式

none模式

//该模式不存在IP地址
[root@Raygussie ~]# docker run -it --rm --network none busybox
/ # ip a
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue 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
/ #

host/桥接模式

在没用IP地址的环境里作业比较安全，可以隔离

//与主机有着同样的网络命名空间
[root@Raygussie ~]# docker run -it --rm --network host busybox
/ # ip a
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue 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
    inet6 ::1/128 scope host 
       valid_lft forever preferred_lft forever
2: ens160: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc mq qlen 1000
    link/ether 00:0c:29:d4:5d:1d brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 192.168.186.130/24 brd 192.168.186.255 scope global dynamic ens160
       valid_lft 1399sec preferred_lft 1399sec
    inet6 fe80::9102:9b4e:7d85:d875/64 scope link 
       valid_lft forever preferred_lft forever
3: docker0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc noqueue 
    link/ether 02:42:69:4c:25:bd brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 172.17.0.1/16 brd 172.17.255.255 scope global docker0
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 fe80::42:69ff:fe4c:25bd/64 scope link 
       valid_lft forever preferred_lft forever
5: veth6c0d0a4@if4: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP,M-DOWN> mtu 1500 qdisc noqueue master docker0 
    link/ether 46:45:95:c4:fe:ba brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet6 fe80::4445:95ff:fec4:feba/64 scope link 
       valid_lft forever preferred_lft forever
/ #

container/容器模式

//与容器共用同一个ip
[root@Raygussie ~]# docker run -it --rm busybox
/ # ip a
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue 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
4: eth0@if5: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP,M-DOWN> mtu 1500 qdisc noqueue 
    link/ether 02:42:ac:11:00:02 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 172.17.0.2/16 brd 172.17.255.255 scope global eth0
       valid_lft forever preferred_lft forever
/ # 


[root@Raygussie ~]# docker run -it --rm --network container:6df542a19912 busybox
/ # ip a
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue 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
4: eth0@if5: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP,M-DOWN> mtu 1500 qdisc noqueue 
    link/ether 02:42:ac:11:00:02 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 172.17.0.2/16 brd 172.17.255.255 scope global eth0
       valid_lft forever preferred_lft forever
/ #

技术图片

bridge模式

当Docker进程启动时，会在主机上创建一个名为docker0的虚拟网桥，此主机上启动的Docker容器会连接到这个虚拟网桥上。虚拟网桥的工作方式和物理交换机类似，这样主机上的所有容器就通过交换机连在了一个二层网络中。

从docker0子网中分配一个IP给容器使用，并设置docker0的IP地址为容器的默认网关。在主机上创建一对虚拟网卡veth pair设备，Docker将veth pair设备的一端放在新创建的容器中，并命名为eth0（容器的网卡），另一端放在主机中，以vethxxx这样类似的名字命名，并将这个网络设备加入到docker0网桥中。可以通过brctl show命令查看。

//除了brctl show命令来查看还可以通过nmcli dev命令查看

[root@Raygussie ~]# nmcli dev
DEVICE   TYPE      STATE      CONNECTION 
ens160   ethernet  connected  ens160     
docker0  bridge    connected  docker0    
lo       loopback  unmanaged  --         
[root@Raygussie ~]#

bridge模式是docker的默认网络模式，不写--network参数，就是bridge模式。使用docker run -p时，docker实际是在iptables做了DNAT规则，实现端口转发功能。可以使用iptables -t nat -vnL查看。

bridge模式如下图所示：

技术图片

假设上图的docker2中运行了一个nginx，大家来想几个问题：

同主机间两个容器间是否可以直接通信？比如在docker1上能不能直接访问到docker2的nginx站点？

//首先开启httpd容器
[root@Raygussie ~]# docker run -it --rm httpd
AH00558: httpd: Could not reliably determine the server‘s fully qualified domain name, using 172.17.0.3. Set the ‘ServerName‘ directive globally to suppress this message
AH00558: httpd: Could not reliably determine the server‘s fully qualified domain name, using 172.17.0.3. Set the ‘ServerName‘ directive globally to suppress this message
[Mon Mar 01 10:19:48.200905 2021] [mpm_event:notice] [pid 1:tid 139987976778880] AH00489: Apache/2.4.46 (Unix) configured -- resuming normal operations
[Mon Mar 01 10:19:48.245118 2021] [core:notice] [pid 1:tid 139987976778880] AH00094: Command line: ‘httpd -D FOREGROUND‘

//去另一个终端查看
[root@Raygussie ~]# docker ps
CONTAINER ID   IMAGE     COMMAND              CREATED          STATUS          PORTS     NAMES
715c5033dad6   httpd     "httpd-foreground"   27 seconds ago   Up 17 seconds   80/tcp    gracious_yonath
f09032e25c27   busybox   "sh"                 3 minutes ago    Up 3 minutes              angry_varahamihira

//查看其IP地址
[root@Raygussie ~]# docker inspect 715c5033dad6
。。。。。。
Gateway": "172.17.0.1",
                    "IPAddress": "172.17.0.3",
                    "IPPrefixLen": 16,
                    "IPv6Gateway": "",
                    "GlobalIPv6Address": "",
                    "GlobalIPv6PrefixLen": 0,
                    "MacAddress": "02:42:ac:11:00:03",
                    "DriverOpts": null

//去另一个终端的容器测试是否连接成功
[root@Raygussie ~]# docker run -it --rm busybox
/ # ip a
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue 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
6: eth0@if7: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP,M-DOWN> mtu 1500 qdisc noqueue 
    link/ether 02:42:ac:11:00:02 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 172.17.0.2/16 brd 172.17.255.255 scope global eth0
       valid_lft forever preferred_lft forever
/ # wget -O - 172.17.0.3
Connecting to 172.17.0.3 (172.17.0.3:80)
writing to stdout
<html><body><h1>It works!</h1></body></html>
-                    100% |*************************************|    45  0:00:00 ETA
written to stdout
/ # exit
[root@Raygussie ~]# 
[root@Raygussie ~]# curl 172.17.0.3
<html><body><h1>It works!</h1></body></html>
//由此可得同主机间两个容器间是可以直接通信

在宿主机上能否直接访问到docker2的nginx站点？

//可以直接访问，同网关
[root@Raygussie ~]# curl 172.17.0.3
<html><body><h1>It works!</h1></body></html>

在另一台主机上如何访问node1上的这个nginx站点呢？DNAT发布？

不能访问，要做桥接
在docker2容器里的80端口绑定到当前虚拟主机的网卡上，再由相同网关的虚拟机与真机连接成功就可以间接访问到容器

Docker网桥是宿主机虚拟出来的，并不是真实存在的网络设备，外部网络是无法寻址到的，这也意味着外部网络无法通过直接Container-IP访问到容器。如果容器希望外部访问能够访问到，可以通过映射容器端口到宿主主机（端口映射），即docker run创建容器时候通过 -p 或 -P 参数来启用，访问容器的时候就通过[宿主机IP]:[容器端口]访问容器。

container模式

这个模式指定新创建的容器和已经存在的一个容器共享一个 Network Namespace，而不是和宿主机共享。新创建的容器不会创建自己的网卡，配置自己的 IP，而是和一个指定的容器共享 IP、端口范围等。同样，两个容器除了网络方面，其他的如文件系统、进程列表等还是隔离的。两个容器的进程可以通过 lo 网卡设备通信。

container模式如下图所示：

技术图片

host模式

如果启动容器的时候使用host模式，那么这个容器将不会获得一个独立的Network Namespace，而是和宿主机共用一个Network Namespace。容器将不会虚拟出自己的网卡，配置自己的IP等，而是使用宿主机的IP和端口。但是，容器的其他方面，如文件系统、进程列表等还是和宿主机隔离的。

使用host模式的容器可以直接使用宿主机的IP地址与外界通信，容器内部的服务端口也可以使用宿主机的端口，不需要进行NAT，host最大的优势就是网络性能比较好，但是docker host上已经使用的端口就不能再用了，网络的隔离性不好。

Host模式如下图所示：

技术图片

none模式

使用none模式，Docker容器拥有自己的Network Namespace，但是，并不为Docker容器进行任何网络配置。也就是说，这个Docker容器没有网卡、IP、路由等信息。需要我们自己为Docker容器添加网卡、配置IP等。

这种网络模式下容器只有lo回环网络，没有其他网卡。none模式可以在容器创建时通过--network none来指定。这种类型的网络没有办法联网，封闭的网络能很好的保证容器的安全性。

应用场景：

启动一个容器处理数据，比如转换数据格式
一些后台的计算和处理任务

none模式如下图所示：

技术图片

查看bridge网络的详细配置

[root@Raygussie ~]# docker network inspect bridge
[
    {
        "Name": "bridge",
        "Id": "5dd119878c1002571fba056d7b9f0ffadeca9db66dd9efc4925d378e6b80861c",
        "Created": "2021-03-01T17:35:55.393082439+08:00",
        "Scope": "local",
        "Driver": "bridge",
        "EnableIPv6": false,
        "IPAM": {
            "Driver": "default",
            "Options": null,
            "Config": [
                {
                    "Subnet": "172.17.0.0/16",
                    "Gateway": "172.17.0.1"
                }
            ]
        },
        "Internal": false,
        "Attachable": false,
        "Ingress": false,
        "ConfigFrom": {
            "Network": ""
        },
        "ConfigOnly": false,
        "Containers": {
            "715c5033dad66988f437ec5b716d669b2b7fa408bdc8105ab8b8662a5bfc2be7": {
                "Name": "gracious_yonath",
                "EndpointID": "dd3f970cb568ad04fe17eee12f5ec67843a47e655375364eac43e3aa139de23f",
                "MacAddress": "02:42:ac:11:00:03",
                "IPv4Address": "172.17.0.3/16",
                "IPv6Address": ""
            }
        },
        "Options": {
            "com.docker.network.bridge.default_bridge": "true",
            "com.docker.network.bridge.enable_icc": "true",
            "com.docker.network.bridge.enable_ip_masquerade": "true",
            "com.docker.network.bridge.host_binding_ipv4": "0.0.0.0",
            "com.docker.network.bridge.name": "docker0",
            "com.docker.network.driver.mtu": "1500"
        },
        "Labels": {}
    }
]
[root@Raygussie ~]#

docker容器虚拟化与网络

虚拟化网络

单节点容器间通信

不同节点容器间通信

docker容器网络

docker的4种网络模式

bridge模式

container模式

host模式

none模式