容器技术是最近几年最风行的技术之一，将程序所依赖的环境打包成一个镜像文件，并能够跨平台部署，真正做到了一次编译，处处运行，对研发和运维体系都产生了微小的影响。
01 开篇
某天一元戎网络萌新正在学习 Docker 容器，他看见书上有段这样形容：
通过 Docker 镜像能够将运行环境固化，但最终运行的时候还须要运行时的隔离技术，一种是空间的隔离，另一种是资源的隔离。先说一下空间的隔离，每一个容器都有本人独立的命名空间，次要包含网络命名空间 ……
萌新：“嗯？是对每个容器的网络环境进行隔离吗？是怎么实现的呢？”
萌新考虑一阵子后——萌新：“算了，想不明确，找波哥问问去”
02 Docker 的网络计划
此时的波哥正在家里悠闲逛着 Stack Overflow，忽然电话响起。
萌新：“喂！波哥，在干嘛呢？问你些小问题。”
波哥：“正在养生冲浪呢，啥问题你说。”
萌新：“就想找你理解下 Docker 的网络计划，我家断网了！”
波哥：“好吧，那我给你讲讲吧！”
Docker 的默认网络模式能够分为：Host 模式、Bridge 模式或者 None 模式。
Host 模式就是和宿主机共享协定栈，那么就能够在容器外面看到宿主机的网络 IP 等信息，能够通过 localhost 拜访宿主机下面的服务。这里 须要留神 下，在容器内启动服务须要防止和宿主机的端口抵触。
None 模式是不连贯网络的，这个次要有两个用处——
a. 是有些业务场景，容器是不须要联网的，例如一些本地批处理工作等；
b. 是能够让用户本人增加网络，用户能够通过 ovs-docker 等工具为容器自定义网卡。
而 Bridge 模式是 Docker 的默认网络模式，也是最罕用的模式，这种模式下的容器会被调配一个 172.17.0.0/16 网段的 IP。并且容器和主机 / 其余 Bridge 模式容器能够相互拜访，容器也能拜访外网，然而外网不能间接拜访容器。
萌新：“那 Bridge 模式是怎么实现的呢？”
03 背景常识
波哥：“你理解过 Network Namespace、veth、linux 的 bridge 模块、Netfilter… 吗？”
萌新：“没有诶，这是啥？”
波哥：“好吧，那给你讲 Bridge 模式实现原理前，得先给简略介绍下这几个前置知识点啦！”
Network NamespaceNetwork
Namespace 是 linux 内核提供的一种资源隔离机制，它能创立多个隔离的网络空间，它们有单独的网络栈信息。不论是虚拟机还是容器，运行的时候好像本人就在独立的网络中。
咱们能够应用 ip netns 去治理 namespace，例如能够应用 ip netns add 去创立一个 namespace，被创立的 network namespace 会呈现在 /var/run/netns 下；
应用 ip netns ls 查看 /var/run/netns 下现有的 namespace，如果须要治理其余不是 ip netns 创立的 namespace，只有在这个目录下创立一个指向 network namespace 文件的链接就行。
（例如你会发现容器所在的 network namespace 就无奈间接治理，如果想晓得如何去治理容器的 network namespace 请持续往后看）…
（点击查看大图）
Veth
有了不同 Network Namespace 之后，也就有了网络的隔离，然而如果它们之间没有方法通信，也没有理论用途。那不同的 Network Namespace 之间是如何通信的呢？
Linux 内核也提供了一种非凡的网络接口设施：Veth，Veth 接口是成对创立，在一端收回的报文会在另一端收到，相当于一根网线的两端。那么就能够把一对 Veth 别离放在两个 Network Namespace 中，通过报文转发来实现不同 Network Namespace 之间的通信。
（点击查看大图）
Linux 的 Bridge 模块
Veth pair 能够实现两个 Network Namespace 之间的通信，然而当存在多个 Network Namespace 须要通信时，它就只能干看着了，期待一个 linux 中叫做 Bridge 的大哥去解决了。
Linux Bridge（网桥）是工作于二层的虚构网络设备，性能相似于物理的交换机。它是一类网络接口，能够把其余网络接口退出到 bridge 接口中。同属一个 Bridge 的接口相当于接入同一个二层交换机，能够进行二层报文的转发。假如创立了一个 Bridge 接口 br0，应用 veth pair 把 eth0、eth1、eth2 和 br0 连接起来，那么 eth0 收到的报文不会进入协定栈，而是在 br0 内进行报文转发，因而退出到 Bridge 内的接口所设置的 ip 是不起作用的，而 br0 接口收到的报文是会进入协定栈的，因而能够设置 br0 的 ip 地址。
（点击查看大图）
Netfilter
理解了上述内容，咱们曾经大略晓得了不同 Network Namespace 大抵的通信原理。那它们拜访外网呢？这里咱们还须要去理解一套 linux 内核机制 — Netfilter。
Netfilter 是 linux 内核中的对报文转发进行管制的一套机制，能在报文转发门路上不同的工夫点对报文进行不同的管制。工夫点包含 接管报文进入协定栈进行路由前(NF_IP_PRE_ROUTING)、接管报文路由后果是本地(NF_IP_LOCAL_IN)、接管报文路由后果是转发(NF_IP_FORWARD)、本机发送的报文进行路由之前(NF_IP_LOCAL_OUT)、路由后要来到本机的报文(NF_IP_POST_ROUTING)，对报文的管制包含转发，抛弃，nat 地址转换，批改报文等行为。Netfilter 的性能十分复杂和弱小，能对报文转发实现灵便的管制，是 Linux 下很多防火墙实现的根底。
（点击查看大图）
04Bridge
模式实现原理萌新：“停！停！停！我是要理解 Docker 的 Bridge 模式实现，你怎么给我扯防火墙啊！”
波哥：“你别急啊！后面不是常识铺垫嘛，这不就筹备给你讲 Bridge 模式的实现啦～”
在 Docker 的 Bridge 网络模式下，首先要做到的就是隔离，Docker 会为每个容器创立一个 Network Namespace，容器中的过程都运行在容器所属的 namespace 中，因而容器内过程的网络资源和内部是隔离的。
萌新：“那怎么查看一个容器的所属的 namespace 呢？和这个 namespace 的一些信息呢？”
波哥：“好问题！为了不便给你演示，咱们共享下屏幕吧！我操作给你看，语音说不清！”
萌新：“好的！你开在线会议吧！”
波哥：“？？？你不是没网吗？”（无奈于萌新
为了不便演示我本地先启动了一个 etcd 容器，容器 name 为 etcd_test
（点击查看大图）
接下来咱们便能够去实操查看这个容器的 namespace 啦。咱们首先应用 docker inspect 命令去查看容器的 Pid，能够看见 Pid 为 7236
（点击查看大图）
紧接着咱们能够应用命令 sudo ls -l /proc/7236/ns 查看容器的 Network Namespace 所对应的文件号，所获取的内容种 net 所对应的值便是所需的 namespace 的文件号 4026532644
（点击查看大图）
拿到文件号后，咱们便能够间接去 /var/run/docker/netns 门路中找到所对应 namespace 了，其中 544777b0b671 便是容器 etcd_test 的 namespace 了
（点击查看大图）
因为咱们后面所说的 ip netns 只能治理位于 /var/run/netns 下的 namespace，为此咱们须要应用 sudo ln -s /proc/7236/ns/net /var/run/netns/544777b0b671 将 namespace 链过来，这样咱们就能够应用 ip netns 去治理这个 namespace 了
（点击查看大图）
容器内的 eth0 理论是一个 veth 接口，该接口的另一端在宿主机的 Network namespace 中，能够通过 ip 命令查看，接口名前面的 @if14 示意该接口的另一端 ifindex 为 14，因而能够看到，容器的 eth0 和宿主机的 veth0fc045f 是一对 veth 接口，并且还能看到 veth0fc045f 信息中有 master docker0，阐明 veth0fc045f 是属于 docker0 的接口。
（点击查看大图）
docker0 接口是 docker server 创立的一个 bridge 接口，通过把 veth 在宿主机的一端退出到 docker0，实现容器与宿主机 / 其余容器的二层通信，能够看到 docker0 的 ip 为 172.17.0.1，和容器的 ip 是同一个网段，因而能够通过 docker0 和容器进行通信。
（点击查看大图）
咱们也能够通过 brctl 来查看 bridge 的相干信息，能够看见 veth0fc045f 是属于 docker0 的接口。
（点击查看大图）
（点击查看大图）
到这里咱们曾经晓得了容器之间是怎么拜访的，那容器和外网呢？docker 创立的容器默认是能够拜访外网的，然而容器的 ip 是一个公有网段的 ip，那么容器是如何和外网 ip 进行通信呢？答案是 nat 地址转换。咱们应用 iptables 查看下 nat 表：
（点击查看大图）
会发现 docker server 创立了一条 netfilter 规定：-A POSTROUTING -s 172.17.0.0/16 ! -o docker0 -j MASQUERADE`，它的意思是 源地址是 172.17.0.0/16 并且不是要转发到 docker0 的报文，在路由之后，把源地址替换成出接口地址 。
前文提到的 docker0 接口充当了网关的作用，容器内设置默认网关为 docker0 的地址 (172.17.0.1)， 当拜访外网 IP 的时候，报文首先达到宿主机接口 docker0，此时 netfilter 的规定失效，把报文的源地址改写为出接口 ip，报文相当于由宿主机发送到外网 ip，当收到外网发回来的报文的时候，再把目标地址转换为源地址。从而实现了容器拜访外网。
那外网是如何去拜访容器的呢？
通常在创立容器的时候设置端口映射，把对宿主机指定端口的拜访转发到容器的指定端口，对外裸露宿主机的 ip 和端口。正如咱们的 etcd_test 容器，便是对宿主机的 2380、2379 端口和容器的 2380、2379 做了映射。
（点击查看大图）
在下面的查问的 filter 和 nat 表中，你也能够发现这样的两条规定：1. filter 表：管制数据包是否容许进出及转发，能够管制的链路有 INPUT、FORWARD 和 OUTPUT。2. nat 表：管制数据包中地址转换，能够管制的链路有 PREROUTING、INPUT、OUTPUT 和 POSTROUTING。
（点击查看大图）
在创立带端口映射的容器的时候，docker 为每对端口映射增加了三条规定，拿 etcd_test 容器的 2380 端口举例：
（点击查看大图）
为此整个内部拜访容器的流程是酱紫的：
- 内部拜访 2380 端口的报文，首先在进入路由前由 -A PREROUTING -m addrtype –dst-type LOCAL -j DOCKER 规定命中，转到 DOCKER 链中解决；
- 在 DOCKER 链中命中规定 -A DOCKER ! -i docker0 -p tcp -m tcp –dport 2380 -j DNAT –to-destination 172.17.0.2:2380，报文的目标 ip 和端口改为 172.17.0.2:2380；
- 报文持续走路由流程，路由后果示意出接口是 docker0，于是命中 -A FORWARD -o docker0 -j DOCKER 规定，进入 DOCKER 链；
- 在 DOCKER 链中，命中规定 -A DOCKER -d 172.17.0.2/32 ! -i docker0 -o docker0 -p tcp -m tcp –dport 2380 -j ACCEPT，承受报文，报文进入 docker0，目标 mac 批改为通过 arp 取得 172.17.0.2 对应的 mac 地址（veth 的 mac），依照 bridge 的二层转发过程，把报文送入 docker0 上司的指定接口（也就是前文提到的容器 eth 对应的 veth 接口）；
- 依照 veth 的个性，容器内的 eth0 收到了报文，报文进入容器的协定栈；
- 容器响应的报文依据后面设置的 DNAT 和 CONNTRACK，把源 ip 和端口改为宿主机进口的 ip 和端口，往外发送。