Docker-Bridge Network 02 容器與外部通訊

雲中往事cloud發表於2020-04-19
Docker

本小節介紹bridge network模式下，容器與外部的通訊。

1.前言2.容器訪問外部2.1 訪問外網2.2 原理2.3 一張圖總結2.4 抓包3.外部訪問容器3.1 建立nginx容器並從外部訪問3.2 原理3.3 一張圖總結3.4 抓包3.5 docker-proxy4.小結

1.前言

上一節介紹了容器之間的通訊過程。容器中部署了服務，我們肯定要從外部去訪問這個服務，那麼，容器如何與外部進行通訊呢？

2.容器訪問外部

這一節，我們仍然使用bbox1容器進行實驗。首先要確保虛擬機器Host1能訪問外網。在“準備Docker環境”那一節，介紹了虛擬機器如何直接ping通百度。
要說明一點，外部網路不一定指網際網路，外部與內部是相對的概念。只要是容器網路以外的網路，都可以稱作外部網路，比如Host1所在的網路。

2.1 訪問外網

[root@docker1 ~]# docker exec -it bbox1 sh
/ # ping www.baidu.com
PING www.baidu.com (180.101.49.11): 56 data bytes
64 bytes from 180.101.49.11: seq=0 ttl=51 time=21.308 ms
64 bytes from 180.101.49.11: seq=1 ttl=51 time=24.613 ms

2.2 原理

回顧一下當前容器的網路連線情況：

我們試著分析一下，bbox1發出ping包，根據bbox1的路由表，報文被送到了docker0。那docker0和enp0s3是怎麼連線的呢？
Linux本身就有路由轉發功能，所以其實linux系統本身可以作為一個路由器。執行命令cat /proc/sys/net/ipv4/ip_forward，能看到ip_forward=1，說明系統開啟了路由轉發。
那麼docker0發出資料包後，應該是根據Host的路由表進行轉發。而Host的預設路由是指向enp0s3的，所以enp0s3收到了資料包。
我個人理解，此時enp0s3上資料包的源IP是bbox1的，目的IP是baidu，應該是能夠到達baidu的；但是在baidu發回應答包的時候，它不知道這個私網IP在哪，通過任何一級路由都找不到，所以enp0s3這裡發出報文前就得進行SNAT。
具體回包過程我不太明白，有明白的同學麻煩具體解釋一下，感謝。
說到SNAT，就必須得提到Linux核心的大殺器——IPtables了。
在虛擬機器中執行iptables -t nat -vnL，檢視nat表。

Chain POSTROUTING (policy ACCEPT 21 packets, 1479 bytes)
 pkts bytes target     prot opt in   out       source            destination         
    3   202 MASQUERADE  all  --  *   !docker0  172.17.0.0/16     0.0.0.0/0 

docker0發出報文後會經過linux核心的路由轉發，到達enp0s3。而到達enp0s3之前，會經過iptables的POSTROUTING鏈進行SNAT，就是上面這條規則。大意是指把源IP為172.17.0.0/16、目的IP任意的報文，進行MASQUERADE（偽裝），也就是SNAT，即把源IP和MAC替換，替換成路由選擇之後的enp0s3的IP和MAC。

2.3 一張圖總結

  1. bbox1 ping 百度，報文發往docker0；
  2. docker0發出報文，經過核心的路由轉發和SNAT處理，將報文的源IP及MAC換成了enp0s3的IP和MAC，到達enp0s3；
  3. enp0s3發出報文，訪問百度。

2.4 抓包

當前網路裝置及地址如下：

裝置IPMAC
容器bbox1 172.17.0.2 02:42:ac:11:00:02
網橋docker0 172.17.0.1 02:42:a8:64:6c:32
虛擬機器網路卡enp0s3 192.168.0.11 08:00:27:70:b6:ef

在bbox1內部執行ping www.baidu.com

  • 在docker0上抓包：
[root@docker1 ~]# tcpdump -nei docker0 icmp
listening on docker0, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 262144 bytes
12:49:11.669684 02:42:ac:11:00:02 > 02:42:a8:64:6c:32, ethertype IPv4 (0x0800), length 98: 172.17.0.2 > 180.101.49.11: ICMP echo request, id 9728, seq 0, length 64
12:49:11.697374 02:42:a8:64:6c:32 > 02:42:ac:11:00:02, ethertype IPv4 (0x0800), length 98: 180.101.49.11 > 172.17.0.2: ICMP echo reply, id 9728, seq 0, length 64
  • 在enp0s3上抓包：
[root@docker1 ~]# tcpdump -nei enp0s3 icmp
listening on enp0s3, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 262144 bytes
12:49:11.669700 08:00:27:70:b6:ef > 48:0e:ec:3b:b3:41, ethertype IPv4 (0x0800), length 98: 192.168.0.11 > 180.101.49.11: ICMP echo request, id 9728, seq 0, length 64
12:49:11.697340 48:0e:ec:3b:b3:41 > 08:00:27:70:b6:ef, ethertype IPv4 (0x0800), length 98: 180.101.49.11 > 192.168.0.11: ICMP echo reply, id 9728, seq 0, length 64

從enp0s3的報文可以看出，源IP和MAC已經是enp0s3的了。

3.外部訪問容器

3.1 建立nginx容器並從外部訪問

建立一個nginx容器，執行docker run -it -d --name=nginx01 -p 8081:80 nginx該命令將容器的80埠對映到主機的8081埠。
從本虛擬機器上curl 127.0.0.1:8081，能返回nginx歡迎資訊。從另一臺虛擬機器上curl 192.168.0.11:8081，也能返回nginx歡迎資訊。說明外部網路能訪問nginx容器。

3.2 原理

使用了IPtables的DNAT功能。
執行iptables -t nat -vnL檢視IPtables規則，可以發現目的埠8081被替換為172.17.0.4:80。

Chain DOCKER (2 references)
 pkts bytes target     prot opt in     out     source               destination         
    0     0 RETURN     all  --  docker0 *       0.0.0.0/0            0.0.0.0/0           
    0     0 DNAT       tcp  --  !docker0 *       0.0.0.0/0            0.0.0.0/0            tcp dpt:8081 to:172.17.0.4:80

3.3 一張圖總結

  1. 在Host2裡面curl 192.168.0.11:8081，報文到達Host1的enp0s3；
  2. Host1的enp0s3發出報文後，經由核心的轉發及DNAT處理，將目的IP替換成nginx01的IP和埠；
  3. docker0收到報文後，根據目的mac找到對應埠，送出報文到nginx01。

3.4 抓包

使用tcpdump，在Host1的網路卡及docker0上抓包驗證。

  • Host1的enp0s3
[root@docker1 ~]# tcpdump -nei enp0s3 tcp port 8081
listening on enp0s3, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 262144 bytes
13:25:14.725366 08:00:27:d4:6f:d1 > 08:00:27:70:b6:ef, ethertype IPv4 (0x0800), length 74: 192.168.0.12.48392 > 192.168.0.11.tproxy: Flags [S], seq 1433025043, win 29200, options [mss 1460,sackOK,TS val 4294829465 ecr 0,nop,wscale 7], length 0
13:25:14.725559 08:00:27:70:b6:ef > 08:00:27:d4:6f:d1, ethertype IPv4 (0x0800), length 74: 192.168.0.11.tproxy > 192.168.0.12.48392: Flags [S.], seq 404119170, ack 1433025044, win 28960, options [mss 1460,sackOK,TS val 59419808 ecr 4294829465,nop,wscale 7], length 0
  • Host1的docker0
[root@docker1 ~]# tcpdump -nei docker0 tcp
listening on docker0, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 262144 bytes
13:26:07.014766 02:42:a8:64:6c:32 > 02:42:ac:11:00:04, ethertype IPv4 (0x0800), length 74: 192.168.0.12.48396 > 172.17.0.4.http: Flags [S], seq 1839700092, win 29200, options [mss 1460,sackOK,TS val 4294881751 ecr 0,nop,wscale 7], length 0
13:26:07.015357 02:42:ac:11:00:04 > 02:42:a8:64:6c:32, ethertype IPv4 (0x0800), length 74: 172.17.0.4.http > 192.168.0.12.48396: Flags [S.], seq 3312305882, ack 1839700093, win 28960, options [mss 1460,sackOK,TS val 59472098 ecr 4294881751,nop,wscale 7], length 0

可以看出，docker0上收到的報文，目的IP及MAC已經是nginx01的了。

3.5 docker-proxy

注意：對於外部訪問容器，除了iptables DNAT處理外，還有一種方式docker-proxy。網上很多文章寫得並不全面，只說了docker-proxy。其實通過上面的分析，只通過DNAT就可以完成外部訪問容器了，那docker-proxy什麼時候起作用呢？

[root@docker1 ~]# ps -ef|grep proxy
root      4073   927  0 13:07 ?        00:00:00 /usr/bin/docker-proxy -proto tcp -host-ip 0.0.0.0 -host-port 8081 -container-ip 172.17.0.4 -container-port 80
root      4143  1521  0 13:32 pts/0    00:00:00 grep --color=auto proxy

檢視程式可以發現，我們的host上也開啟了docker-proxy，將host的0.0.0.0:8081轉發到容器172.17.0.4:80。
關於docker-proxy和DNAT何時起作用，有一篇文章分析的很好，分享給大家《docker-proxy存在合理性分析》。

4.小結

  • 容器訪問外部，由iptables SNAT實現
  • 外部訪問容器，由iptables DNAT實現，另外在一些場景下，通過docker-proxy進行轉發

下一節，我們介紹bridge network的自定義網路。 點選此處回到docker系列文章目錄。

 

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