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前面说到了Flannel的部署,今天这里说下Docker跨主机容器间网络通信的另一个工具Weave的使用。当容器分布在多个不同的主机上时,这些容器之间的相互通信变得复杂起来。容器在不同主机之间都使用的是自己的私有IP地址,不同主机的容器之间进行通讯需要将主机的端口映射到容器的端口上,而且IP地址需要使用主机的IP地址。Weave正是为了解决这个问题而出现的,它把不同主机上容器互相连接的网络虚拟成一个类似于本地网络的网络。
如果了解SDN技术或者部署过OpenStack的网络模块(Neutron)的话,这里通过Weave构建的网络与它们比较类似。它是在一个网络的基础上,构建了一层由软件定义的网络层,这个网络看起来就像是一个本地的局域网,但是实际上它的底层通过另一个网络进行通信。这个网络可能会比实际物理局域网的可靠性要差一些,但是从可用性角度来看,它带来了很大的便利性:可以在位于不同位置的节点之间通信,而好像它们在一个地方一样。也可以把这种网络想象成一个类似于VPN似的东西。
Weave介绍
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 | Weave是Github上一个比较热门的Docker容器网络方案,具有非常良好的易用性且功能强大。Weave 的框架它包含了两大主要组件: 1)Weave:用户态的shell脚本,用于安装Weave,将container连接到Weave虚拟网络。并为它们分配IP。 2)Weaver:运行于container内,每个Weave网络内的主机都要运行,是一个Go语言实现的虚拟网络路由器。不同主机之间的网络通信依赖于Weaver路由。 Weave通过创建虚拟网络使Docker容器能够跨主机通信并能够自动相互发现。 通过weave网络,由多个容器构成的基于微服务架构的应用可以运行在任何地方:主机,多主机,云上或者数据中心。 应用程序使用网络就好像容器是插在同一个网络交换机上一样,不需要配置端口映射,连接等。 在weave网络中,使用应用容器提供的服务可以暴露给外部,而不用管它们运行在何处。类似地,现存的内部系统也可以接受来自于应用容器的请求,而不管容器运行于何处。 一个Weave网络由一系列的 'peers' 构成----这些weave路由器存在于不同的主机上。每个peer都由一个名字,这个名字在重启之后保持不变.这个名字便于用户理解和区分日志信息。 每个peer在每次运行时都会有一个不同的唯一标识符(UID).对于路由器而言,这些标识符不是透明的,尽管名字默认是路由器的MAC地址。 Weave路由器之间建立起TCP连接,通过这个连接进行心跳握手和拓扑信息交换,这些连接可以通过配置进行加密。 peers之间还会建立UDP连接,也可以进行加密,这些UDP连接用于网络包的封装,这些连接是双工的而且可以穿越防火墙。 Weave网络在主机上创建一个网桥,每个容器通过veth pari连接到网桥上,容器由用户或者weave网络的IPADM分配IP地址。 |
选择Weave的原因?
1 2 3 4 | 1)无忧的配置 Weave网络能够简化容器网络的配置。因为weave网络中的容器使用标准的端口提供服务(如,MySQL默认使用3306),管理微服务是十分直接简单的。 每个容器都可以通过域名来与另外的容器通信,也可以直接通信而无需使用NAT,也不需要使用端口映射或者复杂的linking. 部署weave容器网络的最大的好处是无需修改你的应用代码。 |
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 | 2)服务发现 Weave网络通过在每个节点上启动一个 "微型的DNS" 服务来实现服务发现。你只需要给你的容器起个名字就可以使用服务发现了,还可以在多个同名的容器上提供负载均衡的功能。 3)不需要额外的集群存储 所有其它的Docker网络插件,包括Docker自带的 "overlay" 驱动,在你真正能使用它们之间,都需要安装额外的集群存储----一个像Consul或者Zookeepr那样的中心数据库. 除了安装,维护和管理困难外,甚至Docker主机需要始终与集群存储保持连接,如果你断开了与其的连接,尽管很短暂,你也不能够启动和停止任何容器了。 Weave网络是与Docker网络插件捆绑在一起的,这意味着你可以马上就使用它,而且可以在网络连接出现问题时依旧启动和停止容器。 关于更多Weave Docker插件的介绍,请查看 Weave Network Plugin如何工作. 4)在部分连接情况下进行操作 Weave网络能够在节点间转发流量,它甚至能够在网状网络部分连接的情况下工作。这意味着你可以在混合了传统系统和容器化的应用的环境中使用Weave网络来保持通信。 5)Weave网络很快 Weave网络自动在两个节点之间选择最快的路径,提供接近本地网络的吞吐量和延迟,而且这不需要你的干预。 关于Fast Datapath如何工作请参考 How Fast Datapath Works . 6)组播支持 Weave网络完全支持组播地址和路径。数据可以被发送给一个组播地址,数据的副本可以被自动地广播。 7)NAT 转换 使用Weave网络,部署你的应用---无论是点对点的文件共享,基于ip的voice或者其它应用,你都可以充分利用内置的NAT转换。通过Weave网络,你的app将会是可移值的,容器化的, 加上它对网络标准化的处理,将又会使你少关心一件事。 8)与任何框架集成: Kubernetes, Mesos, Amazon ECS, … 如果你想为所有的框架使用一个工具,Weave网络是一个好的选择。比如: 除了作为Docker插件使用,你还可以将其作为一个Kubernetes插件plugin.你还可以在 Amazon ECS ,Mesos和 Marathon中使用它. |
weave网络通信模型
1 | weave通过在docker集群的每个主机上启动虚拟的路由器,将主机作为路由器,形成互联互通的网络拓扑,在此基础上,实现容器的跨主机通信。其主机网络拓扑参见下图: |
1 2 3 4 5 | 如上图所示,在每一个部署Docker的主机(可能是物理机也可能是虚拟机)上都部署有一个W(即weave router,它本身也可以以一个容器的形式部署)。 weave网络是由这些weave routers组成的对等端点(peer)构成,并且可以通过weave命令行定制网络拓扑。 每个部署了weave router的主机之间都会建立TCP和UDP两个连接,保证weave router之间控制面流量和数据面流量的通过。控制面由weave routers之间建立的TCP连接构成,通过它进行握手和拓扑关系信息的交换通信。控制面的通信可以被配置为加密通信。而数据面由weave routers之间建立的UDP连接构成,这些连接大部分都会加密。这些连接都是全双工的,并且可以穿越防火墙。 当容器通过weave进行跨主机通信时,其网络通信模型可以参考下图: |
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 | 从上面的网络模型图中可以看出,对每一个weave网络中的容器,weave都会创建一个网桥,并且在网桥和每个容器之间创建一个veth pair,一端作为容器网卡加入到容器的网络命名空间中,并为容器网卡配置ip和相应的掩码,一端连接在网桥上,最终通过宿主机上weave router将流量转发到对端主机上。 其基本过程如下: 1)容器流量通过veth pair到达宿主机上weave router网桥上。 2)weave router在混杂模式下使用pcap在网桥上截获网络数据包,并排除由内核直接通过网桥转发的数据流量,例如本子网内部、本地容器之间的数据以及宿主机和本地容 器之间的流量。捕获的包通过UDP转发到所其他主机的weave router端。 3)在接收端,weave router通过pcap将包注入到网桥上的接口,通过网桥的上的veth pair,将流量分发到容器的网卡上。 weave默认基于UDP承载容器之间的数据包,并且可以完全自定义整个集群的网络拓扑,但从性能和使用角度来看,还是有比较大的缺陷的: 1)weave自定义容器数据包的封包解包方式,不够通用,传输效率比较低,性能上的损失也比较大。 2)集群配置比较负载,需要通过weave命令行来手工构建网络拓扑,在大规模集群的情况下,加重了管理员的负担。 |
Weave的安装与启动
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Weave的应用示例
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[root@node-2 ~] # docker exec -ti my-test2 /bin/bash [root@e0ed62d30226 /] # ping 192.168.0.2 PING 192.168.0.2 (192.168.0.2) 56(84) bytes of data. 64 bytes from 192.168.0.2: icmp_seq=1 ttl=64 time =0.453 ms 64 bytes from 192.168.0.2: icmp_seq=2 ttl=64 time =0.320 ms ..... 再在node-1上启动容器my-test3,绑定ip为192.168.0.8,在node-2上启动容器my-test4,绑定ip为192.168.0.10 会发现这四个在同一个子网内的容器都是可以相互 ping 通的。 -------------------------------------------------------------------------------------------------------- 再接着启动与上面不在同一个子网内的容器 node-1上启动容器my-test4,绑定ip为192.168.10.10,node-2上启动容器my-test5,绑定ip为192.168.10.20 [root@node-1 ~] # docker run -itd --name=my-test5 docker.io/centos /bin/bash 2896b6cad7afcd57d8b9091a020f1837992bade2567752614caf3cb645b6d315 [root@node-1 ~] # weave attach 192.168.10.10/24 my-test5 192.168.10.10 [root@node-1 ~] # docker exec -ti my-test5 /bin/bash [root@2896b6cad7af /] # [root@node-2 ~] # docker run -itd --name=my-test6 docker.io/centos /bin/bash b4627f0a6e657f5dc719c917349ad832e15f360f75d5743b489f8e7e18b7dc2e [root@node-2 ~] # weave attach 192.168.10.20/24 my-test6 192.168.10.20 [root@node-2 ~] # docker exec -ti my-test6 /bin/bash [root@b4627f0a6e65 /] # ping 192.168.10.10 PING 192.168.10.10 (192.168.10.10) 56(84) bytes of data. 64 bytes from 192.168.10.10: icmp_seq=1 ttl=64 time =0.417 ms 64 bytes from 192.168.10.10: icmp_seq=2 ttl=64 time =0.324 ms ...... 会发现在跨主机情况下,相同子网内的容器是可以相互通信的;但是处于不同子网的两个容器是不能互联的,尽管这两个容器在同一个主机下也是不能通信的! 这样的好处就是:使用不同子网进行容器间的网络隔离了。 -------------------------------------------------------------------------------------------------------- 注意一个细节,在使用weave的时候: 1)如果使用Docker的原生网络,在容器内部是可以访问宿主机以及外部网络的。也就是说在启动容器的时候,使用了虚拟网卡docker0分配ip, 这种情况下,登陆容器后是可以 ping 通宿主机ip,并且可以对外联网的! 这个时候,在宿主机上是可以 ping 通docker0网桥的ip,但是 ping 不通weave网桥的ip。这个时候可以使用 "weave expose 192.168.0.1/24" 命令来给weave网桥添加IP,以实现容器与宿主机网络连通。如下: 默认在node-1和node-2宿主机上是 ping 不通my-test1容器的weave网桥ip的 [root@node-1 ~] # ping 192.168.0.2 PING 192.168.0.2 (192.168.0.2) 56(84) bytes of data. ....... [root@node-2 ~] # ping 192.168.0.3 PING 192.168.0.2 (192.168.0.2) 56(84) bytes of data. ....... 在node-1和node-2两台机器上都添加weave网桥的ip [root@node-1 ~] # weave expose 192.168.0.1/24 //注意这里的192.168.0.1/24是上面my-test1、my-test2、my-test3、my-test4容器的weave网桥的网关地址 [root@node-2 ~] # weave expose 192.168.0.1/24 //weave hide 192.168.0.1/24表示覆盖/删除这个设置 然后再在两台宿主机上 ping 上面同网段内的容器,发现都可以 ping 通了 [root@node-1 ~] # ping 192.168.0.10 PING 192.168.0.3 (192.168.0.3) 56(84) bytes of data. 64 bytes from 192.168.0.3: icmp_seq=4 ttl=64 time =0.391 ms 64 bytes from 192.168.0.3: icmp_seq=5 ttl=64 time =0.363 ms [root@node-2 ~] # ping 192.168.0.8 PING 192.168.0.3 (192.168.0.3) 56(84) bytes of data. 64 bytes from 192.168.0.3: icmp_seq=4 ttl=64 time =0.391 ms 64 bytes from 192.168.0.3: icmp_seq=5 ttl=64 time =0.363 ms 然后再给另一网段的容器的weave网桥添加ip(可以在宿主机上对不同网段的容器的weave网桥添加ip) [root@node-1 ~] # weave expose 192.168.10.1/24 [root@node-2 ~] # weave expose 192.168.10.1/24 [root@node-1 ~] # ping 192.168.10.20 PING 192.168.10.20 (192.168.10.20) 56(84) bytes of data. 64 bytes from 192.168.10.20: icmp_seq=1 ttl=64 time =2.50 ms 64 bytes from 192.168.10.20: icmp_seq=2 ttl=64 time =0.318 ms [root@node-2 ~] # ping 192.168.10.10 PING 192.168.10.10 (192.168.10.10) 56(84) bytes of data. 64 bytes from 192.168.10.10: icmp_seq=1 ttl=64 time =0.335 ms 64 bytes from 192.168.10.10: icmp_seq=2 ttl=64 time =0.310 ms 2)如果不适用Docker的原生网络,即在容器启动的时候,添加--net=none,这样容器启动后,就不会使用docker0网卡分配ip。 这种情况下,登陆容器后发现不能访问宿主机以及外部网络的,而在宿主机上也不能 ping 通容器ip。 这个时候添加对应容器网段的weave网桥ip,这样可以实现容器与宿主机网络连通。但是,此时在容器内部依然不能访问外部网络。 所以说,可以同时使用Docker的原生网络和weave网络来实现容器互联及容器访问外网和端口映射。 使用外部网络及端口映射的时候就使用docker0网桥,需要容器互联的时候就使用weave网桥。每个容器分配两个网卡。 |
weave的其他特性
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