Docker 容器的通信(十二)

banbanbai

一、容器间通信

1、IP 通信
　　两个容器要能通信，必须要有属于同一个网络的网卡。满足这个条件后，容器就可以通过 IP 交互了。具体做法是在容器创建时通过--network指定相应的网络，或者通过docker network connect将现有容器加入到指定网络。

2、Docker DNS Server
　　通过 IP 访问容器虽然满足了通信的需求，但还是不够灵活。因为我们在部署应用之前可能无法确定 IP，部署之后再指定要访问的 IP 会比较麻烦。对于这个问题，可以通过 docker 自带的 DNS 服务解决。
　　从 Docker 1.10 版本开始，docker daemon 实现了一个内嵌的 DNS server，使容器可以直接通过“容器名”通信。方法很简单，只要在启动时用 --name 为容器命名就可以了。
　　下面启动两个容器 bbox1 和 bbox2：

docker run -it --network=my_bridge2 --name=bbox1 busybox
docker run -it --network=my_bridge2 --name=bbox2 busybox
　　然后，bbox2 就可以直接 ping 到 bbox1 了：

　　使用 docker DNS 有个限制：只能在 user-defined 网络中使用。也就是说，默认的 bridge 网络是无法使用 DNS 的。

3、joined 容器
　　joined 容器是另一种实现容器间通信的方式。
　　joined 容器非常特别，它可以使两个或多个容器共享一个网络栈，共享网卡和配置信息，joined 容器之间可以通过 127.0.0.1 直接通信。请看下面的例子：
　　先创建一个 httpd 容器，名字为 web1。

docker run -d -it --name=web1 httpd
　　然后创建 busybox 容器并通过 --network=container:web1 指定 jointed 容器为 web1：

root@ubuntu:~# docker run -it --network=container:web1 busybox
/ # ip a
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue qlen 1
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
60: eth0@if61: <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 scope global eth0
valid_lft forever preferred_lft forever

　　注意 busybox 容器中的网络配置信息，下面我们查看一下 web1 的网络：

root@ubuntu:~# docker exec -it web1 /bin/bash
root@dc56bd447b35:/usr/local/apache2# ip a
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN group default qlen 1
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
60: eth0@if61: <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
inet 172.17.0.3/16 scope global eth0
valid_lft forever preferred_lft forever

　　busybox 和 web1 的网卡 mac 地址与 IP 完全一样，它们共享了相同的网络栈。busybox 可以直接用 127.0.0.1 访问 web1 的 http 服务。

　　joined 容器非常适合以下场景：

• 不同容器中的程序希望通过 loopback 高效快速地通信，比如 web server 与 app server。
  
• 希望监控其他容器的网络流量，比如运行在独立容器中的网络监控程序。
  

二、容器访问外部网络
　　从之前容器的构建，在容器内安装软件等等，我们可以看出容器是可以访问外部互联网的。

docker run -ti busybox

　　现象很简单，但更重要的：我们应该理解现象下的本质。
　　在上面的例子中，busybox 位于 docker0 这个私有 bridge 网络中（172.17.0.0/16），当 busybox 从容器向外 ping 时，数据包是怎样到达 www.wzlinux.com 的呢？
　　这里的关键就是 NAT。我们查看一下 docker host 上的 iptables 规则：

root@ubuntu:~# iptables -t nat -S
-P PREROUTING ACCEPT
-P INPUT ACCEPT
-P OUTPUT ACCEPT
-P POSTROUTING ACCEPT
-N DOCKER
-A PREROUTING -m addrtype --dst-type LOCAL -j DOCKER
-A OUTPUT ! -d 127.0.0.0/8 -m addrtype --dst-type LOCAL -j DOCKER
-A POSTROUTING -s 192.168.31.0/24 ! -o br-43043f6bbc1a -j MASQUERADE
-A POSTROUTING -s 172.18.0.0/16 ! -o br-423b660fbdbd -j MASQUERADE
-A POSTROUTING -s 172.17.0.0/16 ! -o docker0 -j MASQUERADE
-A DOCKER -i br-43043f6bbc1a -j RETURN
-A DOCKER -i br-423b660fbdbd -j RETURN
-A DOCKER -i docker0 -j RETURN
　　在 NAT 表中，有这么一条规则：

　　-A POSTROUTING -s 172.17.0.0/16 ! -o docker0 -j MASQUERADE

　　其含义是：如果网桥 docker0 收到来自 172.17.0.0/16 网段的外出包，把它交给 MASQUERADE 处理。而 MASQUERADE 的处理方式是将包的源地址替换成 host 的地址发送出去，即做了一次网络地址转换（NAT）。
　　下面我们通过 tcpdump 查看地址是如何转换的。先查看 docker host 的路由表：

root@ubuntu:~# ip r
default via 192.168.2.1 dev enp5s0 onlink
172.17.0.0/16 dev docker0  proto kernel  scope link  src 172.17.0.1
172.18.0.0/16 dev br-423b660fbdbd  proto kernel  scope link  src 172.18.0.1 linkdown
192.168.2.0/24 dev enp5s0  proto kernel  scope link  src 192.168.2.206
192.168.31.0/24 dev br-43043f6bbc1a  proto kernel  scope link  src 192.168.31.1
　　默认路由通过 enp5s0 发出去，所以我们要同时监控 enp5s0 和 docker0 上的 icmp（ping）数据包。
　　当 busybox ping wzlinux.com 时，tcpdump 输出如下：

tcpdump -i docker0 -n icmp

　　docker0 收到 busybox 的 ping 包，源地址为容器 IP 172.17.0.4，这没问题，交给 MASQUERADE 处理。这时，在 enp5s0 上我们看到了变化：

　　ping 包的源地址变成了 enp5s0 的 IP 192.168.2.206。
　　这就是 iptable NAT 规则处理的结果，从而保证数据包能够到达外网。下面用一张图来说明这个过程：

• busybox 发送 ping 包：172.17.0.4 > www.wzlinux.com 。
  
• docker0 收到包，发现是发送到外网的，交给 NAT 处理。
  
• NAT 将源地址换成 enp5s0 的 IP：192.168.2.206 > www.wzlinux.com 。
  
• ping 包从 enp5s0 发送出去，到达 www.wzlinux.com 。
  

　　通过 NAT，docker 实现了容器对外网的访问。

三、外部网络访问容器

1、随机端口
　　通过端口映射的方法可以使外部网络访问容器。
　　docker 可将容器对外提供服务的端口映射到 host 的某个端口，外网通过该端口访问容器。容器启动时通过 -p 参数映射端口：

root@ubuntu:~# docker run -d -p 80 httpd
1893fd9dbe36e2c9fcc47fcef91e5439e802d5fc6f5c56c9842b090133266b17
root@ubuntu:~# docker ps
CONTAINER ID        IMAGE               COMMAND              CREATED             STATUS              PORTS                   NAMES
1893fd9dbe36        httpd               "httpd-foreground"   5 seconds ago       Up 3 seconds        0.0.0.0:32770->80/tcp   friendly_bardeen
root@ubuntu:~# docker port 1893fd9dbe36
80/tcp -> 0.0.0.0:32770
　　容器启动后，可通过 docker ps 或者 docker port 查看到 host 映射的端口。在上面的例子中，httpd 容器的 80 端口被映射到 host 32770 上，这样就可以通过 <host ip>:<32770> 访问容器的 web 服务了。

2、指定端口
　　除了映射动态端口，也可在 -p 中指定映射到 host 某个特定端口，例如可将 80 端口映射到 host 的 8080 端口：

root@ubuntu:~# docker run -d -p 8080:80 httpd
3c83e2c7106cd0f467e98902d8a81d87eebe79493913852c345892bafa5c4535
root@ubuntu:~# curl localhost:8080
<html><body><h1>It works!</h1></body></html>
　　每一个映射的端口，host 都会启动一个 docker-proxy 进程来处理访问容器的流量：

　　以 0.0.0.0:32770->80/tcp 为例分析整个过程：

• docker-proxy 监听 host 的 32770 端口。
  
• 当 curl 访问 192.168.2.206:32770 时，docker-proxy 转发给容器 172.17.0.4:80。
  
• httpd 容器响应请求并返回结果。
  

　　上图之所以会出现两个 172.17.0.4 是因为之前的 busybox 容器停止了，IP 被收回了，当新的容器启动时，会按照数字大小进行 IP 的分配，所以恰巧分配到了之前容器使用过的，当我们把之前的 busybox 容器再启动起来，他会按照数大小分配新的 IP。

3、不指定任何端口。

docker run -d -P httpd
4、指定一个端口范围
　　比如我们可能在一个机器上面部署很多应用，我们不必去一次次修改端口，设定一个范围，容器会自动使用这个范围里面没有使用的端口，从小到大。

docker run -d -p 8000-9000:80 httpd
docker run -d -p 8000-9000:80 httpd
root@ubuntu:~# netstat -tlnp
Active Internet connections (only servers)
Proto Recv-Q Send-Q Local Address           Foreign Address         State       PID/Program name
tcp        0      0 0.0.0.0:22              0.0.0.0:*               LISTEN      1131/sshd      
tcp6       0      0 :::22                   :::*                    LISTEN      1131/sshd      
tcp6       0      0 :::8000                 :::*                    LISTEN      18652/docker-proxy
tcp6       0      0 :::8001                 :::*                    LISTEN      18796/docker-proxy
5、指定 IP 映射

docker run -d -p 127.0.0.1:80:80 httpd
6、指定协议
　　比如我们映射 udp 端口。

docker run -d -p 127.0.0.1:80:80/udp httpd
　　参考文档：https://docs.docker.com/engine/userguide/networking/configure-dns/
https://docs.docker.com/engine/userguide/networking/default_network/configure-dns/
https://docs.docker.com/engine/userguide/networking/default_network/dockerlinks/