使用虚拟网络switch（网桥）连接容器
容器化思想的驱动力是高效的资源共享。所以，一台机器上只运行一个容器并不常见。相反，最终目标是尽可能地在共享的环境上运行更多的隔离进程。因此，如果按照上述veth方案，在同一台主机上放置多个容器的话会发生什么呢？让我们尝试添加第二个容器。
# 从 root 命名空间 $ sudo ip netns add netns1 $ sudo ip link add veth1 type veth peer name ceth1 $ sudo ip link set ceth1 netns netns1 $ sudo ip link set veth1 up $ sudo ip addr add 172.18.0.21/16 dev veth1 $ sudo nsenter --net=/var/run/netns/netns1 $ ip link set lo up $ ip link set ceth1 up $ ip addr add 172.18.0.20/16 dev ceth1
检查连通性：
# 从netns1无法连通root 命名空间! $ ping -c 2 172.18.0.21 PING 172.18.0.21 (172.18.0.21) 56(84) bytes of data. From 172.18.0.20 icmp_seq=1 Destination Host Unreachable From 172.18.0.20 icmp_seq=2 Destination Host Unreachable --- 172.18.0.21 ping statistics --- 2 packets transmitted, 0 received, +2 errors, 100% packet loss, time 55ms pipe 2 # 但是路由是存在的! $ ip route 172.18.0.0/16 dev ceth1 proto kernel scope link src 172.18.0.20 # 离开 `netns1` $ exit # 从 root 命名空间无法连通`netns1` $ ping -c 2 172.18.0.20 PING 172.18.0.20 (172.18.0.20) 56(84) bytes of data. From 172.18.0.11 icmp_seq=1 Destination Host Unreachable From 172.18.0.11 icmp_seq=2 Destination Host Unreachable --- 172.18.0.20 ping statistics --- 2 packets transmitted, 0 received, +2 errors, 100% packet loss, time 23ms pipe 2 # 从netns0可以连通 `veth1` $ sudo nsenter --net=/var/run/netns/netns0 $ ping -c 2 172.18.0.21 PING 172.18.0.21 (172.18.0.21) 56(84) bytes of data. 64 bytes from 172.18.0.21: icmp_seq=1 ttl=64 time=0.037 ms 64 bytes from 172.18.0.21: icmp_seq=2 ttl=64 time=0.046 ms --- 172.18.0.21 ping statistics --- 2 packets transmitted, 2 received, 0% packet loss, time 33ms rtt min/avg/max/mdev = 0.037/0.041/0.046/0.007 ms # 但是仍然无法连通netns1 $ ping -c 2 172.18.0.20 PING 172.18.0.20 (172.18.0.20) 56(84) bytes of data. From 172.18.0.10 icmp_seq=1 Destination Host Unreachable From 172.18.0.10 icmp_seq=2 Destination Host Unreachable --- 172.18.0.20 ping statistics --- 2 packets transmitted, 0 received, +2 errors, 100% packet loss, time 63ms pipe 2
晕！有地方出错了……netns1有问题。它无法连接到root，并且从root命名空间里也无法访问到它。但是，因为两个容器都在相同的IP网段172.18.0.0/16里，从netns0容器可以访问到主机的veth1。
这里花了些时间来找到原因，不过很明显遇到的是路由问题。先查一下root命名空间的路由表：
$ ip route # ... 忽略无关行... # 172.18.0.0/16 dev veth0 proto kernel scope link src 172.18.0.11 172.18.0.0/16 dev veth1 proto kernel scope link src 172.18.0.21
在添加了第二个veth对之后，root的网络栈知道了新路由172.18.0.0/16 dev veth1 proto kernel scope link src 172.18.0.21，但是之前已经存在该网络的路由了。当第二个容器尝试ping veth1时，选中的是第一个路由规则，这导致网络无法连通。如果我们删除第一个路由sudo ip route delete 172.18.0.0/16 dev veth0 proto kernel scope link src 172.18.0.11，然后重新检查连通性，应该就没有问题了。netns1可以连通，但是netns0就不行了。
如果我们为netns1选择其他的网段，应该就都可以连通。但是，多个容器在同一个IP网段上应该是合理的使用场景。因此，我们需要调整veth方案。
别忘了还有Linux网桥——另一种虚拟化网络技术！Linux网桥作用类似于网络switch。它会在连接到其上的接口间转发网络包。并且因为它是switch，它是在L2层完成这些转发的。
试试这个工具。但是首先，需要清除已有设置，因为之前的一些配置现在不再需要了。删除网络命名空间：
$ sudo ip netns delete netns0 $ sudo ip netns delete netns1 $ sudo ip link delete veth0 $ sudo ip link delete ceth0 $ sudo ip link delete veth1 $ sudo ip link delete ceth1
快速重建两个容器。注意，我们没有给新的veth0和veth1设备分配任何IP地址：
$ sudo ip netns add netns0 $ sudo ip link add veth0 type veth peer name ceth0 $ sudo ip link set veth0 up $ sudo ip link set ceth0 netns netns0 $ sudo nsenter --net=/var/run/netns/netns0 $ ip link set lo up $ ip link set ceth0 up $ ip addr add 172.18.0.10/16 dev ceth0 $ exit $ sudo ip netns add netns1 $ sudo ip link add veth1 type veth peer name ceth1 $ sudo ip link set veth1 up $ sudo ip link set ceth1 netns netns1 $ sudo nsenter --net=/var/run/netns/netns1 $ ip link set lo up $ ip link set ceth1 up $ ip addr add 172.18.0.20/16 dev ceth1 $ exit
确保主机上没有新的路由：
$ ip route default via 10.0.2.2 dev eth0 proto dhcp metric 100 10.0.2.0/24 dev eth0 proto kernel scope link src 10.0.2.15 metric 100
最后创建网桥接口：
$ sudo ip link add br0 type bridge $ sudo ip link set br0 up
将veth0和veth1接到网桥上：
$ sudo ip link set veth0 master br0 $ sudo ip link set veth1 master br0
检查容器间的连通性：
$ sudo nsenter --net=/var/run/netns/netns0 $ ping -c 2 172.18.0.20 PING 172.18.0.20 (172.18.0.20) 56(84) bytes of data. 64 bytes from 172.18.0.20: icmp_seq=1 ttl=64 time=0.259 ms 64 bytes from 172.18.0.20: icmp_seq=2 ttl=64 time=0.051 ms --- 172.18.0.20 ping statistics --- 2 packets transmitted, 2 received, 0% packet loss, time 2ms rtt min/avg/max/mdev = 0.051/0.155/0.259/0.104 ms
$ sudo nsenter --net=/var/run/netns/netns1 $ ping -c 2 172.18.0.10 PING 172.18.0.10 (172.18.0.10) 56(84) bytes of data. 64 bytes from 172.18.0.10: icmp_seq=1 ttl=64 time=0.037 ms 64 bytes from 172.18.0.10: icmp_seq=2 ttl=64 time=0.089 ms --- 172.18.0.10 ping statistics --- 2 packets transmitted, 2 received, 0% packet loss, time 36ms rtt min/avg/max/mdev = 0.037/0.063/0.089/0.026 ms
太好了！工作得很好。用这种新方案，我们根本不需要配置veth0和veth1。只需要在ceth0和ceth1端点分配两个IP地址。但是因为它们都连接在相同的Ethernet上（记住，它们连接到虚拟switch上），之间在L2层是连通的：
$ sudo nsenter --net=/var/run/netns/netns0 $ ip neigh 172.18.0.20 dev ceth0 lladdr 6e:9c:ae:02:60:de STALE $ exit $ sudo nsenter --net=/var/run/netns/netns1 $ ip neigh 172.18.0.10 dev ceth1 lladdr 66:f3:8c:75:09:29 STALE $ exit
太好了，我们学习了如何将容器变成友邻，让它们互不干扰，但是又可以连通。
连接外部世界（IP路由和地址伪装）
容器间可以通信。但是它们能和主机，比如root命名空间，通信吗？
$ sudo nsenter --net=/var/run/netns/netns0 $ ping 10.0.2.15 # eth0 address connect: Network is unreachable
这里很明显，netns0没有路由：
$ ip route 172.18.0.0/16 dev ceth0 proto kernel scope link src 172.18.0.10
root命名空间不能和容器通信：
# 首先使用 exit 离开netns0: $ ping -c 2 172.18.0.10 PING 172.18.0.10 (172.18.0.10) 56(84) bytes of data. From 213.51.1.123 icmp_seq=1 Destination Net Unreachable From 213.51.1.123 icmp_seq=2 Destination Net Unreachable --- 172.18.0.10 ping statistics --- 2 packets transmitted, 0 received, +2 errors, 100% packet loss, time 3ms $ ping -c 2 172.18.0.20 PING 172.18.0.20 (172.18.0.20) 56(84) bytes of data. From 213.51.1.123 icmp_seq=1 Destination Net Unreachable From 213.51.1.123 icmp_seq=2 Destination Net Unreachable --- 172.18.0.20 ping statistics --- 2 packets transmitted, 0 received, +2 errors, 100% packet loss, time 3ms
要建立root和容器命名空间的连通性，我们需要给网桥网络接口分配IP地址：
$ sudo ip addr add 172.18.0.1/16 dev br0
一旦给网桥网络接口分配了IP地址，在主机的路由表里就会多一条路由：
$ ip route # ...忽略无关行 ... 172.18.0.0/16 dev br0 proto kernel scope link src 172.18.0.1 $ ping -c 2 172.18.0.10 PING 172.18.0.10 (172.18.0.10) 56(84) bytes of data. 64 bytes from 172.18.0.10: icmp_seq=1 ttl=64 time=0.036 ms 64 bytes from 172.18.0.10: icmp_seq=2 ttl=64 time=0.049 ms --- 172.18.0.10 ping statistics --- 2 packets transmitted, 2 received, 0% packet loss, time 11ms rtt min/avg/max/mdev = 0.036/0.042/0.049/0.009 ms $ ping -c 2 172.18.0.20 PING 172.18.0.20 (172.18.0.20) 56(84) bytes of data. 64 bytes from 172.18.0.20: icmp_seq=1 ttl=64 time=0.059 ms 64 bytes from 172.18.0.20: icmp_seq=2 ttl=64 time=0.056 ms --- 172.18.0.20 ping statistics --- 2 packets transmitted, 2 received, 0% packet loss, time 4ms rtt min/avg/max/mdev = 0.056/0.057/0.059/0.007 ms
容器可能也可以ping网桥接口，但是它们还是无法连接到主机的eth0。需要为容器添加默认的路由：
$ sudo nsenter --net=/var/run/netns/netns0 $ ip route add default via 172.18.0.1 $ ping -c 2 10.0.2.15 PING 10.0.2.15 (10.0.2.15) 56(84) bytes of data. 64 bytes from 10.0.2.15: icmp_seq=1 ttl=64 time=0.036 ms 64 bytes from 10.0.2.15: icmp_seq=2 ttl=64 time=0.053 ms --- 10.0.2.15 ping statistics --- 2 packets transmitted, 2 received, 0% packet loss, time 14ms rtt min/avg/max/mdev = 0.036/0.044/0.053/0.010 ms # 为\`netns1\`也做上述配置
这个改动基本上把主机变成了路由，并且网桥接口变成了容器间的默认网关。
很好，我们将容器连接到root命名空间上。现在，继续尝试将它们连接到外部世界。Linux上默认disable了网络包转发（比如，路由功能）。我们需要先启用这个功能：
# 在 root 命名空间 sudo bash -c 'echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward'
再次检查连通性：
$ sudo nsenter --net=/var/run/netns/netns0 $ ping 8.8.8.8 # hung住了...
还是不工作。哪里弄错了呢？如果容器可以向外部发包，那么目标服务器无法将包发回容器，因为容器的IP地址是私有的，那个特定IP的路由规则只有本地网络知道。并且有很多容器共享的是完全相同的私有IP地址172.18.0.10。这个问题的解决方法称为网络地址翻译（NAT）。
在到达外部网络之前，容器发出的包会将源IP地址替换为主机的外部网络地址。主机还会跟踪所有已有的映射，会在将包转发回容器之前恢复之前被替换的IP地址。听上去很复杂，但是有一个好消息！iptables模块让我们只需要一条命令就可以完成这一切：
$ sudo iptables -t nat -A POSTROUTING -s 172.18.0.0/16 ! -o br0 -j MASQUERADE
命令非常简单。在nat表里添加了一条POSTROUTING chain的新路由，会替换伪装所有源于172.18.0.0/16网络的包，但是不通过网桥接口。
检查连通性：
$ sudo nsenter --net=/var/run/netns/netns0 $ ping -c 2 8.8.8.8 PING 8.8.8.8 (8.8.8.8) 56(84) bytes of data. 64 bytes from 8.8.8.8: icmp_seq=1 ttl=61 time=43.2 ms 64 bytes from 8.8.8.8: icmp_seq=2 ttl=61 time=36.8 ms --- 8.8.8.8 ping statistics --- 2 packets transmitted, 2 received, 0% packet loss, time 2ms rtt min/avg/max/mdev = 36.815/40.008/43.202/3.199 ms
要知道这里我们用的默认策略——允许所有流量，这在真实的环境里是非常危险的。主机的默认iptables策略是ACCEPT：
sudo iptables -S -P INPUT ACCEPT -P FORWARD ACCEPT -P OUTPUT ACCEPT
Docker默认限制所有流量，随后仅仅为已知的路径启用路由。
如下是在CentOS 8机器上，单个容器暴露了端口5005时，由Docker daemon生成的规则：
$ sudo iptables -t filter --list-rules -P INPUT ACCEPT -P FORWARD DROP -P OUTPUT ACCEPT -N DOCKER -N DOCKER-ISOLATION-STAGE-1 -N DOCKER-ISOLATION-STAGE-2 -N DOCKER-USER -A FORWARD -j DOCKER-USER -A FORWARD -j DOCKER-ISOLATION-STAGE-1 -A FORWARD -o docker0 -m conntrack --ctstate RELATED,ESTABLISHED -j ACCEPT -A FORWARD -o docker0 -j DOCKER -A FORWARD -i docker0 ! -o docker0 -j ACCEPT -A FORWARD -i docker0 -o docker0 -j ACCEPT -A DOCKER -d 172.17.0.2/32 ! -i docker0 -o docker0 -p tcp -m tcp --dport 5000 -j ACCEPT -A DOCKER-ISOLATION-STAGE-1 -i docker0 ! -o docker0 -j DOCKER-ISOLATION-STAGE-2 -A DOCKER-ISOLATION-STAGE-1 -j RETURN -A DOCKER-ISOLATION-STAGE-2 -o docker0 -j DROP -A DOCKER-ISOLATION-STAGE-2 -j RETURN -A DOCKER-USER -j RETURN $ sudo iptables -t nat --list-rules -P PREROUTING ACCEPT -P INPUT ACCEPT -P POSTROUTING ACCEPT -P OUTPUT ACCEPT -N DOCKER -A PREROUTING -m addrtype --dst-type LOCAL -j DOCKER -A POSTROUTING -s 172.17.0.0/16 ! -o docker0 -j MASQUERADE -A POSTROUTING -s 172.17.0.2/32 -d 172.17.0.2/32 -p tcp -m tcp --dport 5000 -j MASQUERADE -A OUTPUT ! -d 127.0.0.0/8 -m addrtype --dst-type LOCAL -j DOCKER -A DOCKER -i docker0 -j RETURN -A DOCKER ! -i docker0 -p tcp -m tcp --dport 5005 -j DNAT --to-destination 172.17.0.2:5000 $ sudo iptables -t mangle --list-rules -P PREROUTING ACCEPT -P INPUT ACCEPT -P FORWARD ACCEPT -P OUTPUT ACCEPT -P POSTROUTING ACCEPT $ sudo iptables -t raw --list-rules -P PREROUTING ACCEPT -P OUTPUT ACCEPT
