Docker网络解决方案-Flannel部署记录

本文涉及的产品
云防火墙,500元 1000GB
简介:

Docker跨主机容器间网络通信实现的工具有Pipework、Flannel、WeaveOpen 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。

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
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" "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。

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。

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

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

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

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 /16 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。
***************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
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运维 开发者 Docker
Docker Compose:简化容器化应用的部署与管理
Docker Compose:简化容器化应用的部署与管理
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26天前
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Docker 容器
【赵渝强老师】Docker的None网络模式
Docker容器在网络方面实现了逻辑隔离,提供了四种网络模式:bridge、container、host和none。其中,none模式下容器具有独立的网络命名空间,但不包含任何网络配置,仅能通过Local Loopback网卡(localhost或127.0.0.1)进行通信。适用于不希望容器接收任何网络流量或运行无需网络连接的特殊服务。
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26天前
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Docker 容器
【赵渝强老师】Docker的Host网络模式
Docker容器在网络环境中是隔离的,可通过配置不同网络模式(如bridge、container、host和none)实现容器间或与宿主机的网络通信。其中,host模式使容器与宿主机共享同一网络命名空间,提高性能但牺牲了网络隔离性。
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26天前
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Kubernetes Docker 容器
【赵渝强老师】Docker的Container网络模式
Docker容器在网络环境中彼此隔离,但可通过配置不同网络模式实现容器间通信。其中,container模式使容器共享同一网络命名空间,通过localhost或127.0.0.1互相访问,提高传输效率。本文介绍了container模式的特点及具体示例。
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26天前
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Linux Docker 容器
【赵渝强老师】Docker的Bridge网络模式
本文介绍了Docker容器的网络隔离机制及其四种网络模式:bridge、container、host和none。重点讲解了默认的bridge模式,通过示例演示了如何创建自定义bridge网络并配置容器的网络信息。文中还附有相关图片和视频讲解,帮助读者更好地理解Docker网络的配置和使用方法。
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Cloud Native 网络安全 数据安全/隐私保护
【云原生】Docker网络Overlay搭建Consul实现跨主机通信
【云原生】Docker网络Overlay搭建Consul实现跨主机通信
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3月前
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负载均衡 网络协议 开发者
掌握 Docker 网络:构建复杂的容器通信
在 Docker 容器化环境中,容器间的通信至关重要。本文详细介绍了 Docker 网络的基本概念和类型,包括桥接网络、宿主网络、覆盖网络和 Macvlan 网络等,并提供了创建、管理和配置自定义网络的实用命令。通过掌握这些知识,开发者可以构建更健壮和灵活的容器化应用,提高应用的可扩展性和安全性。
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2月前
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监控 Kubernetes 测试技术
掌握Docker网络模式:构建高效容器通信
【10月更文挑战第3天】本文深入探讨了Docker的网络模式,包括它们的工作原理、使用场景以及如何配置和优化容器间的通信。希望能够帮助开发者在项目中有效地应用Docker网络模式,构建高效的容器化应用。
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3月前
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网络协议 安全 开发者
掌握 Docker 网络:构建复杂的容器通信
在 Docker 容器化环境中,容器间的通信至关重要。本文详细介绍了 Docker 网络的基础知识,包括网络驱动、端口映射和命名等核心概念,并深入探讨了 Bridge、Host、Overlay 和 Macvlan 四种网络类型的特点及应用场景。此外,还提供了创建、连接、查看和删除自定义网络的命令示例,以及高级网络配置方法,如网络命名空间、DNS 解析和安全通信配置,帮助开发者构建更健壮的容器化应用。