本系列文章将介绍 Docker的相关知识：
（2）Docker 镜像
（3）Docker 容器的隔离性 - 使用 Linux namespace 隔离容器的运行环境
（4）Docker 容器的隔离性 - 使用 cgroups 限制容器使用的资源
（5）Docker 网络
用一张图来说明 Docker 网络的基本概况：
Docker 容器默认使用 bridge 模式的网络。其特点如下：
iptables 的 SNTA 规则，使得从容器离开去外界的网络包的源 IP 地址被转换为 Docker 主机的IP地址：
Chain POSTROUTING (policy ACCEPT) target prot opt source destination MASQUERADE all -- 172.17.0.0/16 0.0.0.0/0 MASQUERADE all -- 172.18.0.0/16 0.0.0.0/0
效果是这样的：
（图片来源）
示意图：
定义：
Host 模式并没有为容器创建一个隔离的网络环境。而之所以称之为host模式，是因为该模式下的 Docker 容器会和 host 宿主机共享同一个网络 namespace，故 Docker Container可以和宿主机一样，使用宿主机的eth0，实现和外界的通信。换言之，Docker Container的 IP 地址即为宿主机 eth0 的 IP 地址。其特点包括：
实验：
（1）启动一个 host 网络模式的容器
docker run -d --name hostc1 --network host -p 5001:5001 training/webapp python app.py
（2）检查其 network namespace，其中可以看到主机上的所有网络设备
root@docker2:/home/sammy# ln -s /proc/28353/ns/net /var/run/netns/hostc1 root@docker2:/home/sammy# ip netns hostc1 root@docker2:/home/sammy# ip netns exec hostc1 No command specified root@docker2:/home/sammy# ip netns exec hostc1 ip a 1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN group default 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: eth0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP group default qlen 1000 link/ether 08:00:27:d4:66:75 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff inet 192.168.1.20/24 brd 192.168.1.255 scope global eth0 valid_lft forever preferred_lft forever inet6 fe80::a00:27ff:fed4:6675/64 scope link valid_lft forever preferred_lft forever
......
示意图：
定义：
Container 网络模式是 Docker 中一种较为特别的网络的模式。处于这个模式下的 Docker 容器会共享其他容器的网络环境，因此，至少这两个容器之间不存在网络隔离，而这两个容器又与宿主机以及除此之外其他的容器存在网络隔离。
实验：
（1）启动一个容器：
docker run -d --name hostcs1 -p 5001:5001 training/webapp python app.py
（2）启动另一个容器，并使用第一个容器的 network namespace
docker run -d --name hostcs2 --network container:hostcs1 training/webapp python app.py
注意：因为此时两个容器要共享一个 network namespace，因此需要注意端口冲突情况，否则第二个容器将无法被启动。
示意图：
定义：
网络模式为 none，即不为 Docker 容器构造任何网络环境。一旦Docker 容器采用了none 网络模式，那么容器内部就只能使用loopback网络设备，不会再有其他的网络资源。Docker Container的none网络模式意味着不给该容器创建任何网络环境，容器只能使用127.0.0.1的本机网络。
实验：
（1）创建并启动一个容器： docker run -d --name hostn1 --network none training/webapp python app.py
（2）检查其网络设备，除了 loopback 设备外没有其它设备
root@docker2:/home/sammy# ip netns exec hostn1 ip a 1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN group default 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
Docker 多节点网络模式可以分为两类，一类是 Docker 在 1.19 版本中引入的基于 VxLAN 的对跨节点网络的原生支持；另一种是通过插件（plugin）方式引入的第三方实现方案，比如 Flannel，Calico 等等。
Docker 1.19 版本中增加了对 overlay 网络的原生支持。Docker 支持 Consul, Etcd, 和 ZooKeeper 三种分布式key-value 存储。其中，etcd 是一个高可用的分布式 k/v存储系统，使用etcd的场景默认处理的数据都是控制数据，对于应用数据，只推荐数据量很小，但是更新访问频繁的情况。
准备三个节点：
在 devstack 上使用Docker 启动 etcd 容器：
export HostIP="192.168.1.18" docker run -d -v /usr/share/ca-certificates/:/etc/ssl/certs -p 4001:4001 -p 2380:2380 -p 2379:2379 \ --name etcd quay.io/coreos/etcd \
/usr/local/bin/etcd \ -name etcd0 \ -advertise-client-urls http://${HostIP}:2379,http://${HostIP}:4001 \ -listen-client-urls http://0.0.0.0:2379,http://0.0.0.0:4001 \ -initial-advertise-peer-urls http://${HostIP}:2380 \ -listen-peer-urls http://0.0.0.0:2380 \ -initial-cluster-token etcd-cluster-1 \ -initial-cluster etcd0=http://${HostIP}:2380 \ -initial-cluster-state new
使用 Docker 启动 etcd 请参考 https://coreos.com/etcd/docs/latest/docker_guide.html。不过，应该是因为制造镜像所使用的Dockerfile 原因，官网上的命令因为少了上面红色字体部分而会造成启动失败：
b847195507addf4fb5a01751eb9c4101416a13db4a8a835e1c2fa1db1e6f364e docker: Error response from daemon: oci runtime error: exec: "-name": executable file not found in $PATH.
添加红色部分后，容器可以被正确创建：
root@devstack:/# docker exec -it 179cd52b494d /usr/local/bin/etcdctl cluster-health member 5d72823aca0e00be is healthy: got healthy result from http://:2379 cluster is healthy
root@devstack:/home/sammy# docker ps CONTAINER ID IMAGE COMMAND CREATED STATUS PORTS NAMES 179cd52b494d quay.io/coreos/etcd "/usr/local/bin/etcd " 8 seconds ago Up 8 seconds 0.0.0.0:2379-2380->2379-2380/tcp, 0.0.0.0:4001->4001/tcp etcd root@devstack:/home/sammy# netstat -nltp | grep 2380 tcp6 0 0 :::2380 :::* LISTEN 4072/docker-proxy root@devstack:/home/sammy# netstat -nltp | grep 4001 tcp6 0 0 :::4001 :::* LISTEN 4047/docker-proxy
在docker1 和 docker2 节点上修改 /etc/default/docker，添加：
DOCKER_OPTS="--cluster-store=etcd://192.168.1.18:2379 --cluster-advertise=192.168.1.20:2379"
然后分别重启 docker deamon。注意，要使用IP地址；要是使用 hostname 的话，docker 服务将启动失败：
root@docker2:/home/sammy# docker ps An error occurred trying to connect: Get http://%2Fvar%2Frun%2Fdocker.sock/v1.24/containers/json: read unix @->/var/run/docker.sock: read: connection reset by peer
（1）在docker1上运行下面的命令创建一个 overlay 网络：
root@docker1:/home/sammy# docker network create -d overlay overlaynet1 1de982804f632169380609b9be7c1466b0064dce661a8f4c9e30d781e79fc45a root@docker1:/home/sammy# docker network inspect overlaynet1 [ { "Name": "overlaynet1", "Id": "1de982804f632169380609b9be7c1466b0064dce661a8f4c9e30d781e79fc45a", "Scope": "global", "Driver": "overlay", "EnableIPv6": false, "IPAM": { "Driver": "default", "Options": {}, "Config": [ { "Subnet": "10.0.0.0/24", "Gateway": "10.0.0.1/24" } ] }, "Internal": false, "Containers": {}, "Options": {}, "Labels": {} } ]
在 docker2 上你也会看到这个网络，说明通过 etcd，网络数据是分布式而不是本地的了。
（2）在网络中创建容器
在 docker2 上，运行 docker run -d --name over2 --network overlaynet1 training/webapp python app.py
在 docker1 上，运行 docker run -d --name over1 --network overlaynet1 training/webapp python app.py
进入容器 over2，发现它有两块网卡：
root@docker2:/home/sammy# ln -s /proc/23576/ns/net /var/run/netns/over2 root@docker2:/home/sammy# ip netns over2 root@docker2:/home/sammy# ip netns exec over2 ip a 22: eth0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1450 qdisc noqueue state UP group default link/ether 02:42:0a:00:00:02 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff inet 10.0.0.2/24 scope global eth0 valid_lft forever preferred_lft forever inet6 fe80::42:aff:fe00:2/64 scope link valid_lft forever preferred_lft forever 24: eth1: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc noqueue state UP group default link/ether 02:42:ac:13:00:02 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff inet 172.19.0.2/16 scope global eth1 valid_lft forever preferred_lft forever inet6 fe80::42:acff:fe13:2/64 scope link valid_lft forever preferred_lft forever
其中 eth1 的网络是一个内部的网段，其实它走的还是普通的 NAT 模式；而 eth0 是 overlay 网段上分配的IP地址，也就是它走的是 overlay 网络，它的 MTU 是 1450 而不是 1500.
进一步查看它的路由表，你会发现只有同一个 overlay 网络中的容器之间的通信才会通过 eth0，其它所有通信还是走 eth1.
root@docker2:/home/sammy# ip netns exec over2 route -n Kernel IP routing table Destination Gateway Genmask Flags Metric Ref Use Iface 0.0.0.0 172.19.0.1 0.0.0.0 UG 0 0 0 eth1 10.0.0.0 0.0.0.0 255.255.255.0 U 0 0 0 eth0 172.19.0.0 0.0.0.0 255.255.0.0 U 0 0 0 eth1
先看此时的网络拓扑图：
可见：
ov-000100-1de98 的初始情形：
root@docker1:/home/sammy# ip -d link show dev vx-000100-1de98 8: vx-000100-1de98: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1450 qdisc noqueue master ov-000100-1de98 state UNKNOWN mode DEFAULT group default link/ether 22:3c:3f:8f:94:f6 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff promiscuity 1 vxlan id 256 port 32768 61000 proxy l2miss l3miss ageing 300 root@docker1:/home/sammy# bridge fdb show dev vx-000100-1de98 22:3c:3f:8f:94:f6 vlan 0 permanent
这里很明显的一个问题是，vxlan dev vx-000100-1de98 的 fdb 表内容不全，导致从容器1 ping 容器2 不通。待选的解决方式不外乎下面几种：
Docker 从某种程度上利用了第一种和第三种方式的组合，首先Docker 利用 consul 以及 etcd 这样的分布式 key/value 存储来保存IP地址映射关系，另一方面个Docker 节点也通过某种协议来直接广告映射关系。
为了测试，中间重启了 docker1 节点，发现 over1 容器无法启动，报错如下：
docker: Error response from daemon: network sandbox join failed: could not get network sandbox (oper true): failed get network namespace "": no such file or directory.
根据 https://github.com/docker/docker/issues/25215，这是 Docker 的一个bug，fix 刚刚推出。一个 workaround 是重新创建 overlay network。
回到容器之间无法ping通对方的问题，尚不知道根本原因是什么（想吐槽Docker目前的问题真不少）。要使得互相 ping 能工作，至少必须具备下面的条件：
在 docker1 上，
在 docker 2 上，
使用 iperf 工具检查测试了一下性能并做对比：
| 类型 | TCP | UDP |
| Overlay 网络中的两个容器之间 (A) | 913 Mbits/sec | 1.05 Mbits/sec |
| Bridge/NAT 网络中的两个容器之间 (B) | 1.73 Gbits/sec | |
| 主机间 (C) | 2.06 Gbits/sec | 1.05 Mbits/sec |
| 主机到另一个主机上的 bridge 网络模式的容器 (D) | 1.88 Gbits/sec | |
| 主机到本主机上的容器 (E) | 20.5 Gbits/sec | |
| 主机到另一个主机上的 host 网络模式的容器 (F) | 2.02 Gbits/sec | 1.05 Mbits/sec |
| 容器 Overlay 效率 (A/C) | 44% | 100% ? |
| 单个 NAT 效率 (D/C) | 91% | |
| 两个 NAT 效率 (B/C) | 83% | |
| Host 网络模式效率 (F/C) | 98% | 100% |
两台主机是同一个物理机上的两个虚机，因此，结果的绝对值其实没多少意义，相对值有一定的参考性。
文章 Testing Docker multi-host network performance 对比了多种网络模式下的性能，结果如下：
看起来这个表里面的数据和我的表里面的数据差不了太多。
参考链接：
