Docker容器跨主机多网段通信解决方案

Docker容器跨主机多网段通信解决方案

一、MacVlan的概念

实现Docker的跨主机网络通信的方案有很多，比如在之前博文中写到的通过部署consul服务实现Docker容器跨主机通信 ，而这篇博文将Macvlan写下来

Macvlan工作原理： Macvlan是Linux内核支持的网络接口。要求的Linux内部版本是v3.9–3.19和4.0+； 通过为物理网卡创建Macvlan子接口，允许一块物理网卡拥有多个独立的MAC地址和IP地址。虚拟出来的子接口将直接暴露在相邻物理网络中。从外部看来，就像是把网线隔开多股，分别接受了不同的主机上一样； 物理网卡收到包后，会根据收到包的目的MAC地址判断这个包需要交给其中虚拟网卡。

当容器需要直连入物理网络时，可以使用Macvlan。Macvlan本身不创建网络，本质上首先使宿主机物理网卡工作在‘混杂模式’，这样物理网卡的MAC地址将会失效，所有二层网络中的流量物理网卡都能收到。接下来就是在这张物理网卡上创建虚拟网卡，并为虚拟网卡指定MAC地址，实现一卡多用，在物理网络看来，每张虚拟网卡都是一个单独的接口。

使用Macvlan有几点需要注意： 容器直接连接物理网络，由物理网络负责分配IP地址，可能的结果是物理网络IP地址被耗尽，另一个后果是网络性能问题，物理网络中接入的主机变多，广播包占比快速升高而引起的网络性能下降问题； 宿主机上的某张网上需要工作在‘混乱模式’下； 前面说到，工作在混乱模式下的物理网卡，其MAC地址会失效，所以，此模式中运行的容器并不能与外网进行通信，但是不会影响宿主机与外网通信； 从长远来看bridge网络与overlay网络是更好的选择，原因就是虚拟网络应该与物理网络隔离而不是共享。

工作示意图如下：

二、配置实例

实例1（实现容器基于macvlan的单网段跨主机通信）：

实现效果： 两台centos 7.5，分别运行着docker服务； 两台docker服务器创建相同的一个MacVlan网络，使docker服务器上的容器可以实现跨主机通信。

开始配置：（1）第一台docker服务器配置如下：

[root@docker ~]# ip link set ens33 promisc on #开启ens33网卡的混杂模式。 #也就是开启网卡的多个虚拟interface（接口） [root@docker ~]# ip link show ens33 #确定查看的信息包含以下标红的字样 2: ens33: mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP mode DEFAULT qlen 1000 link/ether 00:0c:29:2f:89:cb brd ff:ff:ff:ff:ff:ff [root@docker ~]# docker network create -d macvlan --subnet 172.22.16.0/24 --gateway 172.22.16.1 -o parent=ens33 mac_net1 #创建macvlan网络，指定网段、网关等信息，“-o”指定绑定在哪张网卡之上 [root@docker ~]# docker run -tid --name box1 --ip 172.22.16.10 --network mac_net1 busybox #基于新创建的macvlan网络运行一个容器，并指定其IP。

[root@docker02 ~]# ip link set ens33 promisc on #开启ens33网卡的混杂模式。 [root@docker02 ~]# ip link show ens33 #确定查看的信息包含以下标红的字样 2: ens33: mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP mode DEFAULT qlen 1000 link/ether 00:0c:29:c6:57:bc brd ff:ff:ff:ff:ff:ff [root@docker02 ~]# docker network create -d macvlan --subnet 172.22.16.0/24 --gateway=172.22.16.1 -o parent=ens33 mac_net1 #创建一个与第一台docker服务器的网段、网关相同的macvlan。并绑定到物理网卡上。 #为了可以直观的看出其他docker服务器上的macvlan和第这台是在同一个网段的。 #所以，建议设置的网络名称一样。 [root@docker02 ~]# docker run -tid --name box2 --ip 172.22.16.11 --network mac_net1 busybox #运行一个容器，并指定是基于macvlan网络的 #注意，其IP地址不要与其他docker服务器上的容器IP地址冲突

使用第二台docker服务器上的容器box2对第一台docker服务器上的容器box1进行ping测试：

OK，跨主机的容器通信就通过macvlan实现了。由于使用混杂模式会造成物理网卡的MAC地址失效，所以容器并不能通过此模式进行与外网的通信。

实例2（基于macvlan的跨主机网络多网段的解决方案）

实现的效果如下： 两台centos 7.5，分别运行着docker服务； 每台宿主机创建了两个MacVlan网段供容器使用（172.10.16.0/24和172.20.16.0/24）； 第一台docker服务器上运行容器bbox1和bbox2，第二台docker服务器运行容器bbox3和bbox4。 最终实现跨主机的同网段容器互相通信。

开始配置：（1）第一台docker服务器配置如下：

[root@docker ~]# ip link set ens33 promisc on #开启ens33网卡的混杂模式。 #也就是开启网卡的多个虚拟interface（接口） [root@docker ~]# ip link show ens33 #确定查看的信息包含以下标红的字样 2: ens33: mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP mode DEFAULT qlen 1000 link/ether 00:0c:29:2f:89:cb brd ff:ff:ff:ff:ff:ff [root@docker ~]# modinfo 8021q #查看是否加载8021q模块，如果有信息返回，则表示该模块已经加载

[root@docker ~]# modprobe 8021q #若没有加载8021q模块，则执行此命令 [root@docker ~]# cd /etc/sysconfig/network-scripts/ [root@docker network-scripts]# vim ifcfg-ens33 #更改物理网卡配置 ...............#省略部分内容 BOOTPROTO=manual #将此配置项该为“manual”，也是手动的意思 ...............#省略部分内容 #更改完成后，保存退出即可 [root@docker network-scripts]# cp -p ifcfg-ens33 ifcfg-ens33.10 #将网卡配置文件复制一份 # “-p”表示保留文件原本的属性 [root@docker network-scripts]# vim ifcfg-ens33.10 #更改复制出来的配置文件如下 BOOTPROTO=none NAME=ens33.10 #注意更改名称 DEVICE=ens33.10 #注意更改名称 ONBOOT=yes IPADDR=192.168.10.10 #给虚拟网卡设置一个IP PREFIX=24 GATEWAY=192.168.10.2 VLAN=yes #更改完成后，保存退出即可，注意，以上的IP与容器将要使用的IP并不是同一网段 [root@docker network-scripts]# cp ifcfg-ens33.10 ifcfg-ens33.20 [root@docker network-scripts]# vim ifcfg-ens33.20 #编辑如下 BOOTPROTO=none NAME=ens33.20 #注意更改名称 DEVICE=ens33.20 #注意更改名称 ONBOOT=yes IPADDR=192.168.30.10 #注意，此处的IP与ens33.10并不在同一网段 PREFIX=24 GATEWAY=192.168.30.2 VLAN=yes #更改完成后，保存退出即可 [root@docker network-scripts]# ifdown ens33;ifup ens33 #重启网卡，使更改生效 [root@docker network-scripts]# ifup ens33.10 #开启ens33.10 [root@docker network-scripts]# ifup ens33.20 #开启ens33.20 [root@docker ~]# docker network create -d macvlan --subnet 172.10.16.0/24 --gateway 172.10.16.1 -o parent=ens33.10 mac_net10 #创建一个macvlan网络，给其定义一个网段、网关及绑定到ens33.10 [root@docker ~]# docker network create -d macvlan --subnet 172.20.16.0/24 --gateway 172.20.16.1 -o parent=ens33.20 mac_net20 #创建一个macvlan网络，给其定义一个网段、网关及绑定到ens33.20 #接下来分别基于刚刚创建的macvlan网络运行一个容器 [root@docker ~]# docker run -itd --name bbox1 --network mac_net10 --ip 172.10.16.10 busybox #基于网络mac_net10运行一个容器，并指定其IP [root@docker ~]# docker run -itd --name bbox2 --network mac_net20 --ip 172.20.16.20 busybox #基于网络mac_net10运行一个容器，并指定其IP

（2）第二台docker服务器配置如下（基本与第一台操作类似，只是要注意IP不要冲突）：

[root@docker02 ~]# ip link set ens33 promisc on #开启ens33网卡的混杂模式。 #也就是开启网卡的多个虚拟interface（接口） [root@docker02 ~]# ip link show ens33 #确定查看的信息包含以下标红的字样 2: ens33: mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP mode DEFAULT qlen 1000 link/ether 00:0c:29:2f:89:cb brd ff:ff:ff:ff:ff:ff [root@docker02 ~]# modinfo 8021q #查看是否加载8021q模块，如果有信息返回，则表示该模块已经加载

[root@docker02 ~]# modprobe 8021q #若没有加载8021q模块，则执行此命令 [root@docker02 ~]# cd /etc/sysconfig/network-scripts/ [root@docker02 network-scripts]# vim ifcfg-ens33 #更改物理网卡配置 ...............#省略部分内容 BOOTPROTO=manual #将此配置项该为“manual”，也是手动的意思 ...............#省略部分内容 #更改完成后，保存退出即可 [root@docker02 network-scripts]# scp root@192.168.20.7:/etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33.* . #将第一台docker服务器上的虚拟网卡配置文件复制过来 root@192.168.20.7 s password: #输入第一台docker服务器的用户密码 ifcfg-ens33.10 100% 117 0.1KB/s 00:00 ifcfg-ens33.20 100% 117 0.1KB/s 00:00 [root@docker02 network-scripts]# vim ifcfg-ens33.10 #只是更改其IP即可 BOOTPROTO=none NAME=ens33.10 DEVICE=ens33.10 ONBOOT=yes IPADDR=192.168.10.11 #更改IP是为了不要和第一台docker服务器的虚接口IP冲突 PREFIX=24 GATEWAY=192.168.10.2 VLAN=yes [root@docker02 network-scripts]# vim ifcfg-ens33.20 #同上 BOOTPROTO=none NAME=ens33.20 DEVICE=ens33.20 ONBOOT=yes IPADDR=192.168.30.11 #更改其IP地址 PREFIX=24 GATEWAY=192.168.30.2 VLAN=yes [root@docker02 network-scripts]# ifdown ens33;ifup ens33 #重启网卡，使更改生效 [root@docker02 network-scripts]# ifup ens33.10 #启动ens33.10 [root@docker02 network-scripts]# ifup ens33.20 #启动ens33.20 #接下来创建macvlan网络，与第一台docker服务器创建的网络一样 [root@docker02 ~]# docker network create -d macvlan --subnet 172.10.16.0/24 --gateway 172.10.16.1 -o parent=ens33.10 mac_net10 [root@docker02 ~]# docker network create -d macvlan --subnet 172.20.16.0/24 --gateway 172.20.16.1 -o parent=ens33.20 mac_net20 #接下来基于刚刚创建的网络运行两个容器 #基于mac_net10运行容器bbox3 [root@docker02 ~]# docker run -tid --name bbox3 --network mac_net10 --ip 172.10.16.11 busybox #基于mac_net20运行容器bbox4 [root@docker02 ~]# docker run -itd --name bbox4 --network mac_net20 --ip 172.20.16.21 busybox

配置至此，即可进行ping测试了，如果配置无误，则bbox3应该和bbox1互通（因为其都是基于mac_net1010网络）；bbox4应该和bbox2互通（同理）。

但bbox3和bbox1不能和bbox4和bbox2互通（因为其不是基于同一个虚拟局域网）。

至此，跨主机网络多网段已经实现，同样，各个容器无法与外网进行通信。

docker网络是一个比较复杂的概念，若有耐心，还是建议阅读docker官方文档

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