Docker跨主机容器间网络通信实现的工具有Pipework、Flannel、Weave、Open vSwitch（虚拟交换机）、Calico实现跨主机容器间的通信。其中Pipework、Weave、Flannel，三者的区别是：
Weave的思路
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在每个宿主机上布置一个特殊的route的容器，不同宿主机的route容器连接起来。 route拦截所有普通容器的ip请求，并通过udp包发送到其他宿主机上的普通容器。
这样在跨机的多个容器端看到的就是同一个扁平网络。 weave解决了网络问题，不过部署依然是单机的。
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flannel的思路
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Flannel是CoreOS团队针对Kubernetes设计的一个网络规划服务，简单来说，它的功能是让集群中的不同节点主机创建的Docker容器都具有全集群唯一的虚拟IP地址。但在默认的Docker配置中，
每个节点上的Docker服务会分别负责所在节点容器的IP分配。这样导致的一个问题是，不同节点上容器可能获得相同的内外IP地址。并使这些容器之间能够之间通过IP地址相互找到，也就是相
互
ping
通。
Flannel的设计目的就是为集群中的所有节点重新规划IP地址的使用规则，从而使得不同节点上的容器能够获得
"同属一个内网"
且
"不重复的"
IP地址，并让属于不同节点上的容器能够直接通过内网IP通信。
Flannel实质上是一种
"覆盖网络(overlay network)"
，即表示运行在一个网上的网（应用层网络），并不依靠ip地址来传递消息，而是采用一种映射机制，把ip地址和identifiers做映射来资源定位。也就
是将TCP数据包装在另一种网络包里面进行路由转发和通信，目前已经支持UDP、VxLAN、AWS VPC和GCE路由等数据转发方式。
原理是每个主机配置一个ip段和子网个数。例如，可以配置一个覆盖网络使用 10.100.0.0
/16
段，每个主机
/24
个子网。因此主机a可以接受10.100.5.0
/24
，主机B可以接受10.100.18.0
/24
的包。flannel使用etcd来维护分配的子网到实际的ip地址之间的映射。对于数据路径，flannel 使用udp来封装ip数据报，转发到远程主机。选择UDP作为转发协议是因为他能穿透防火墙。例如，AWS Classic无法转发IPoIP or GRE 网络包，是因为它的安全组仅仅支持TCP
/UDP/ICMP
。
flannel 使用etcd存储配置数据和子网分配信息。flannel 启动之后，后台进程首先检索配置和正在使用的子网列表，然后选择一个可用的子网，然后尝试去注册它。
etcd也存储这个每个主机对应的ip。flannel 使用etcd的
watch
机制监视
/coreos
.com
/network/subnets
下面所有元素的变化信息，并且根据他来维护一个路由表。为了提高性能，flannel优化了Universal TAP
/TUN
设备，对TUN和UDP之间的ip分片做了代理。
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默认的节点间数据通信方式是UDP转发.在Flannel的GitHub页面有如下的一张原理图：
对上图的简单解释：
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1）数据从源容器中发出后，经由所在主机的docker0虚拟网卡转发到flannel0虚拟网卡，这是个P2P的虚拟网卡，flanneld服务监听在网卡的另外一端。
2）Flannel通过Etcd服务维护了一张节点间的路由表，在稍后的配置部分我们会介绍其中的内容。
3）源主机的flanneld服务将原本的数据内容UDP封装后根据自己的路由表投递给目的节点的flanneld服务，数据到达以后被解包，然后直接进入目的节点的flannel0虚拟网卡，
然后被转发到目的主机的docker0虚拟网卡，最后就像本机容器通信一下的有docker0路由到达目标容器。
这样整个数据包的传递就完成了，这里需要解释三个问题：
1）UDP封装是怎么回事？
在UDP的数据内容部分其实是另一个ICMP（也就是
ping
命令）的数据包。原始数据是在起始节点的Flannel服务上进行UDP封装的，投递到目的节点后就被另一端的Flannel服务
还原成了原始的数据包，两边的Docker服务都感觉不到这个过程的存在。
2）为什么每个节点上的Docker会使用不同的IP地址段？
这个事情看起来很诡异，但真相十分简单。其实只是单纯的因为Flannel通过Etcd分配了每个节点可用的IP地址段后，偷偷的修改了Docker的启动参数。
在运行了Flannel服务的节点上可以查看到Docker服务进程运行参数（
ps
aux|
grep
docker|
grep
"bip"
），例如“--bip=182.48.25.1
/24
”这个参数，它限制了所在节
点容器获得的IP范围。这个IP范围是由Flannel自动分配的，由Flannel通过保存在Etcd服务中的记录确保它们不会重复。
3）为什么在发送节点上的数据会从docker0路由到flannel0虚拟网卡，在目的节点会从flannel0路由到docker0虚拟网卡？
例如现在有一个数据包要从IP为172.17.18.2的容器发到IP为172.17.46.2的容器。根据数据发送节点的路由表，它只与172.17.0.0
/16
匹配这条记录匹配，因此数据从docker0
出来以后就被投递到了flannel0。同理在目标节点，由于投递的地址是一个容器，因此目的地址一定会落在docker0对于的172.17.46.0
/24
这个记录上，自然的被投递到了docker0网卡。
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pipework的思路
pipework是一个单机的工具，组合了brctl等工具，可以认为pipework解决的是宿主机上的设置容器的虚拟网卡、网桥、ip等，可以配合其他网络使用。详情可参考：Docker网络详解及pipework源码解读与实践
如果容器数量不多，想简单的组一个大的3层网络，可以考虑weave
如果容器数量很多，而且你们的环境复杂,需要多个子网，可以考虑open vswitch或者fannel
weave的总体网络性能表现欠佳， flannel VXLAN 能满足要求，一般推荐用flannel
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Flannel环境部署记录
1）机器环境（centos7系统）
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182.48.115.233 部署etcd，flannel，docker 主机名：node-1 主控端（通过etcd）
182.48.115.235 部署flannel，docker 主机名：node-2 被控端
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2）node-1（182.48.115.233）机器操作
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设置主机名及绑定hosts
[root@node-1 ~]
# hostnamectl --static set-hostname node-1
[root@node-1 ~]
# vim /etc/hosts
182.48.115.233 node-1
182.48.115.233 etcd
182.48.115.235 node-2
关闭防火墙，如果开启防火墙，则最好打开2379和4001端口
[root@node-1 ~]
# systemctl disable firewalld.service
[root@node-1 ~]
# systemctl stop firewalld.service
先安装docker环境
[root@node-1 ~]
# yum install -y docker
安装etcd
k8s运行依赖etcd，需要先部署etcd，下面采用yum方式安装：
[root@node-1 ~]
# yum install etcd -y
yum安装的etcd默认配置文件在
/etc/etcd/etcd
.conf，编辑配置文件：
[root@node-1 ~]
# cp /etc/etcd/etcd.conf /etc/etcd/etcd.conf.bak
[root@node-1 ~]
# cat /etc/etcd/etcd.conf
#[member]
ETCD_NAME=master
#节点名称
ETCD_DATA_DIR=
"/var/lib/etcd/default.etcd"
#数据存放位置
#ETCD_WAL_DIR=""
#ETCD_SNAPSHOT_COUNT="10000"
#ETCD_HEARTBEAT_INTERVAL="100"
#ETCD_ELECTION_TIMEOUT="1000"
#ETCD_LISTEN_PEER_URLS="http://0.0.0.0:2380"
ETCD_LISTEN_CLIENT_URLS=
"http://0.0.0.0:2379,http://0.0.0.0:4001"
#监听客户端地址
#ETCD_MAX_SNAPSHOTS="5"
#ETCD_MAX_WALS="5"
#ETCD_CORS=""
#
#[cluster]
#ETCD_INITIAL_ADVERTISE_PEER_URLS="http://localhost:2380"
# if you use different ETCD_NAME (e.g. test), set ETCD_INITIAL_CLUSTER value for this name, i.e. "test=http://..."
#ETCD_INITIAL_CLUSTER="default=http://localhost:2380"
#ETCD_INITIAL_CLUSTER_STATE="new"
#ETCD_INITIAL_CLUSTER_TOKEN="etcd-cluster"
ETCD_ADVERTISE_CLIENT_URLS=
"http://etcd:2379,http://etcd:4001"
#通知客户端地址
#ETCD_DISCOVERY=""
#ETCD_DISCOVERY_SRV=""
#ETCD_DISCOVERY_FALLBACK="proxy"
#ETCD_DISCOVERY_PROXY=""
启动etcd并验证状态
[root@node-1 ~]
# systemctl start etcd
[root@node-1 ~]
# ps -ef|grep etcd
etcd 28145 1 1 14:38 ? 00:00:00
/usr/bin/etcd
--name=master --data-
dir
=
/var/lib/etcd/default
.etcd --listen-client-urls=http:
//0
.0.0.0:2379,http:
//0
.0.0.0:4001
root 28185 24819 0 14:38 pts
/1
00:00:00
grep
--color=auto etcd
[root@node-1 ~]
# lsof -i:2379
COMMAND PID USER FD TYPE DEVICE SIZE
/OFF
NODE NAME
etcd 28145 etcd 6u IPv6 1283822 0t0 TCP *:2379 (LISTEN)
etcd 28145 etcd 18u IPv6 1284133 0t0 TCP localhost:53203->localhost:2379 (ESTABLISHED)
........
[root@node-1 ~]
# etcdctl set testdir/testkey0 0
0
[root@node-1 ~]
# etcdctl get testdir/testkey0
0
[root@node-1 ~]
# etcdctl -C http://etcd:4001 cluster-health
member 8e9e05c52164694d is healthy: got healthy result from http:
//etcd
:2379
cluster is healthy
[root@node-1 ~]
# etcdctl -C http://etcd:2379 cluster-health
member 8e9e05c52164694d is healthy: got healthy result from http:
//etcd
:2379
cluster is healthy
安装覆盖网络Flannel
[root@node-1 ~]
# yum install flannel
配置Flannel
[root@node-1 ~]
# cp /etc/sysconfig/flanneld /etc/sysconfig/flanneld.bak
[root@node-1 ~]
# vim /etc/sysconfig/flanneld
# Flanneld configuration options
# etcd url location. Point this to the server where etcd runs
FLANNEL_ETCD_ENDPOINTS=
"http://etcd:2379"
# etcd config key. This is the configuration key that flannel queries
# For address range assignment
FLANNEL_ETCD_PREFIX=
"/atomic.io/network"
# Any additional options that you want to pass
#FLANNEL_OPTIONS=""
配置etcd中关于flannel的key（这个只在安装了etcd的机器上操作）
Flannel使用Etcd进行配置，来保证多个Flannel实例之间的配置一致性，所以需要在etcd上进行如下配置（
'/atomic.io/network/config'
这个key与上文
/etc/sysconfig/flannel
中的配置项FLANNEL_ETCD_PREFIX是相对应的，错误的话启动就会出错）：
[root@node-1 ~]
# etcdctl mk /atomic.io/network/config '{ "Network": "182.48.0.0/16" }'
{
"Network"
:
"182.48.0.0/16"
}
温馨提示：上面flannel设置的ip网段可以任意设定，随便设定一个网段都可以。容器的ip就是根据这个网段进行自动分配的，ip分配后，容器一般是可以对外联网的（网桥模式，只要宿主机能上网就可以）
启动Flannel
[root@node-1 ~]
# systemctl enable flanneld.service
[root@node-1 ~]
# systemctl start flanneld.service
[root@node-1 ~]
# ps -ef|grep flannel
root 9305 9085 0 09:12 pts
/2
00:00:00
grep
--color=auto flannel
root 28876 1 0 May15 ? 00:00:07
/usr/bin/flanneld
-etcd-endpoints=http:
//etcd
:2379 -etcd-prefix=
/atomic
.io
/network
启动Flannel后，一定要记得重启docker，这样Flannel配置分配的ip才能生效，即docker0虚拟网卡的ip会变成上面flannel设定的ip段
[root@node-1 ~]
# systemctl restart docker
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3）node-2（182.48.115.235）机器操作
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设置主机名及绑定hosts
[root@node-2 ~]
# hostnamectl --static set-hostname node-2
[root@node-2 ~]
# vim /etc/hosts
182.48.115.233 node-1
182.48.115.233 etcd
182.48.115.235 node-2
关闭防火墙，如果开启防火墙，则最好打开2379和4001端口
[root@node-2 ~]
# systemctl disable firewalld.service
[root@node-2 ~]
# systemctl stop firewalld.service
先安装docker环境
[root@node-2 ~]
# yum install -y docker
安装覆盖网络Flannel
[root@node-2 ~]
# yum install flannel
配置Flannel
[root@node-2 ~]
# cp /etc/sysconfig/flanneld /etc/sysconfig/flanneld.bak
[root@node-2 ~]
# vim /etc/sysconfig/flanneld
# Flanneld configuration options
# etcd url location. Point this to the server where etcd runs
FLANNEL_ETCD_ENDPOINTS=
"http://etcd:2379"
# etcd config key. This is the configuration key that flannel queries
# For address range assignment
FLANNEL_ETCD_PREFIX=
"/atomic.io/network"
# Any additional options that you want to pass
#FLANNEL_OPTIONS=""
启动Flannel
[root@node-2 ~]
# systemctl enable flanneld.service
[root@node-2 ~]
# systemctl start flanneld.service
[root@node-2 ~]
# ps -ef|grep flannel
root 3841 9649 0 09:11 pts
/0
00:00:00
grep
--color=auto flannel
root 28995 1 0 May15 ? 00:00:07
/usr/bin/flanneld
-etcd-endpoints=http:
//etcd
:2379 -etcd-prefix=
/atomic
.io
/network
启动Flannel后，一定要记得重启docker，这样Flannel配置分配的ip才能生效，即docker0虚拟网卡的ip会变成上面flannel设定的ip段
[root@node-2 ~]
# systemctl restart docker
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4）创建容器，验证跨主机容器之间的网络联通性
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首先在node-1（182.48.115.233）上容器容器，如下，登陆容器发现已经按照上面flannel配置的分配了一个ip段（每个宿主机都会分配一个182.48.0.0
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的网段）
[root@node-1 ~]
# docker run -ti -d --name=node-1.test docker.io/nginx /bin/bash
5e403bf93857fa28b42c9e2abaa5781be4e2bc118ba0c25cb6355b9793dd107e
[root@node-1 ~]
# docker exec -ti node-1.test /bin/bash
root@5e403bf93857:/
# ip addr
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN group default
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
inet6 ::1
/128
scope host
valid_lft forever preferred_lft forever
2953: eth0@if2954: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1472 qdisc noqueue state UP group default
link
/ether
02:42:b6:30:19:04 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff link-netnsid 0
inet 182.48.25.4
/24
scope global eth0
valid_lft forever preferred_lft forever
inet6 fe80::42:b6ff:fe30:1904
/64
scope link
valid_lft forever preferred_lft forever
接着在node-2（182.48.115.233）上容器容器
[root@node-2 ~]
# docker exec -ti node-2.test /bin/bash
root@052a6a2a4a19:/
# ip addr
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN group default
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
inet6 ::1
/128
scope host
valid_lft forever preferred_lft forever
10: eth0@if11: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1472 qdisc noqueue state UP group default
link
/ether
02:42:b6:30:43:03 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff link-netnsid 0
inet 182.48.67.3
/24
scope global eth0
valid_lft forever preferred_lft forever
inet6 fe80::42:b6ff:fe30:4303
/64
scope link
valid_lft forever preferred_lft forever
root@052a6a2a4a19:/
# ping 182.48.25.4
PING 182.48.25.4 (182.48.25.4): 56 data bytes
64 bytes from 182.48.25.4: icmp_seq=0 ttl=60
time
=2.463 ms
64 bytes from 182.48.25.4: icmp_seq=1 ttl=60
time
=1.211 ms
.......
root@052a6a2a4a19:/
# ping www.baidu.com
PING www.a.shifen.com (14.215.177.37): 56 data bytes
64 bytes from 14.215.177.37: icmp_seq=0 ttl=51
time
=39.404 ms
64 bytes from 14.215.177.37: icmp_seq=1 ttl=51
time
=39.437 ms
.......
发现，在两个宿主机的容器内，互相
ping
对方容器的ip，是可以
ping
通的！也可以直接连接外网（桥接模式）
查看两台宿主机的网卡信息，发现docker0虚拟网卡的ip（相当于容器的网关）也已经变成了flannel配置的ip段，并且多了flannel0的虚拟网卡信息
[root@node-1 ~]
# ifconfig
docker0: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST> mtu 1472
inet 182.48.25.1 netmask 255.255.255.0 broadcast 0.0.0.0
inet6 fe80::42:31ff:fe0f:cf0f prefixlen 64 scopeid 0x20<link>
ether 02:42:31:0f:cf:0f txqueuelen 0 (Ethernet)
RX packets 48 bytes 2952 (2.8 KiB)
RX errors 0 dropped 0 overruns 0 frame 0
TX packets 31 bytes 2286 (2.2 KiB)
TX errors 0 dropped 0 overruns 0 carrier 0 collisions 0
eth0: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST> mtu 1500
inet 182.48.115.233 netmask 255.255.255.224 broadcast 182.48.115.255
inet6 fe80::5054:ff:fe34:782 prefixlen 64 scopeid 0x20<link>
ether 52:54:00:34:07:82 txqueuelen 1000 (Ethernet)
RX packets 10759798 bytes 2286314897 (2.1 GiB)
RX errors 0 dropped 40 overruns 0 frame 0
TX packets 21978639 bytes 1889026515 (1.7 GiB)
TX errors 0 dropped 0 overruns 0 carrier 0 collisions 0
flannel0: flags=4305<UP,POINTOPOINT,RUNNING,NOARP,MULTICAST> mtu 1472
inet 182.48.25.0 netmask 255.255.0.0 destination 182.48.25.0
unspec 00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00 txqueuelen 500 (UNSPEC)
RX packets 12 bytes 1008 (1008.0 B)
RX errors 0 dropped 0 overruns 0 frame 0
TX packets 12 bytes 1008 (1008.0 B)
TX errors 0 dropped 0 overruns 0 carrier 0 collisions 0
通过下面命令，可以查看到本机的容器的ip所在的范围
[root@node-1 ~]
# ps aux|grep docker|grep "bip"
root 2080 0.0 1.4 796864 28168 ? Ssl May15 0:18
/usr/bin/dockerd-current
--add-runtime docker-runc=
/usr/libexec/docker/docker-runc-current
--default-runtime=docker-runc --
exec
-opt native.cgroupdriver=systemd --userland-proxy-path=
/usr/libexec/docker/docker-proxy-current
--insecure-registry registry:5000 --bip=182.48.25.1
/24
--ip-masq=
true
--mtu=1472
这里面的“--bip=182.48.25.1
/24
”这个参数，它限制了所在节点容器获得的IP范围。
这个IP范围是由Flannel自动分配的，由Flannel通过保存在Etcd服务中的记录确保它们不会重复。
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***************当你发现自己的才华撑不起野心时，就请安静下来学习吧***************
本文转自散尽浮华博客园博客，原文链接：http://www.cnblogs.com/kevingrace/p/6859114.html，如需转载请自行联系原作者
