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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

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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：

Docker容器跨主机多网段通信解决方案

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。

确认运行的容器的IP地址：
Docker容器跨主机多网段通信解决方案
（1）第二台docker服务器配置如下（与第一台docker服务器的配置基本相似）：

[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

确认运行的容器的IP地址：
Docker容器跨主机多网段通信解决方案

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：

Docker容器跨主机多网段通信解决方案

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

modinfo 8021q命令返回的信息如下：
Docker容器跨主机多网段通信解决方案

[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

modinfo 8021q命令返回的信息如下：
Docker容器跨主机多网段通信解决方案

[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）。

容器bbox3 ping 容器bbox1测试（注意：若是使用vmware虚拟机进行测试，由于vmware的特性，需将其网络适配器改为“桥接模式”，而不是NAT模式等。否则无法通信）：
Docker容器跨主机多网段通信解决方案

容器bbox4 ping 容器bbox2测试：
Docker容器跨主机多网段通信解决方案

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

———————— 本文至此结束，感谢阅读 ————————


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