Docker跨主機網路組態與管理

Docker 容器跨主機網路連線是容器協調的關鍵環節。本文介紹如何使用 Docker Machine 建立和管理多個 Docker 主機，並利用 Consul 建立服務發現機制，以便 Docker Swarm 叢集能順利運作。文章詳細說明 Overlay 網路的設定步驟，讓容器跨主機通訊，並比較不同多主機網路方案的特性，例如 Calico、Flannel、Weave 和 Docker Overlay，分析其網路模型、協定支援和安全性等差異。最後，文章深入探討 Open vSwitch（OVS）與 Docker 的整合，藉由 OVS 提供更強大的網路功能，例如 VLAN、QoS 和網路監控，滿足更複雜的網路需求。

跨主機Docker網路組態管理

在現代的容器化佈署中，多主機網路組態是至關重要的。Docker Swarm 提供了一種稱為 Overlay 網路的解決方案，使容器能夠跨多個主機進行通訊。本文將深入探討 Docker 容器網路堆積疊的管理，並比較不同的多主機 Docker 網路解決方案。

使用Docker Machine建立跨主機網路

首先，我們需要使用 Docker Machine 建立虛擬機器來執行 Docker 服務。Docker Machine 支援多種虛擬化平臺，如 VMware Fusion。

安裝Docker Machine

curl -L https://github.com/docker/machine/releases/download/v0.7.0/docker-machine-`uname -s`-`uname -m` > /usr/local/bin/docker-machine && \
chmod +x /usr/local/bin/docker-machine

驗證Docker Machine版本

docker-machine version

輸出結果應該顯示版本號，例如 docker-machine version 0.7.0, build a650a40。

內容解密：

上述指令展示瞭如何安裝 Docker Machine。首先，我們使用 curl 命令下載對應系統架構的 Docker Machine 二進位制檔案到 /usr/local/bin/docker-machine。接著，使用 chmod 命令賦予該檔案可執行許可權，從而完成安裝。驗證 Docker Machine 版本的指令可以確認安裝是否成功以及安裝的版本資訊。

建立Consul服務發現

多主機網路需要服務發現機制，因此我們將建立一個 Consul 服務。

建立Consul虛擬機器

docker-machine create -d vmwarefusion swarm-consul

啟動Consul容器

eval $(docker-machine env swarm-consul)
docker run -d --restart=always -p "8500:8500" -h "consul" progrium/consul -server -bootstrap

建立Swarm叢集節點

建立兩個 Docker 守護程式，分別作為 Swarm 主節點和次節點。

docker-machine create -d vmwarefusion --swarm --swarm-master --swarm-discovery="consul://$(docker-machine ip swarm-consul):8500" --engine-opt="cluster-store=consul://$(docker-machine ip swarm-consul):8500" --engine-opt="cluster-advertise=eth0:2376" swarm-0
docker-machine create -d vmwarefusion --swarm --swarm-discovery="consul://$(docker-machine ip swarm-consul):8500" --engine-opt="cluster-store=consul://$(docker-machine ip swarm-consul):8500" --engine-opt="cluster-advertise=eth0:2376" swarm-1

內容解密：

上述指令展示瞭如何建立 Consul 服務發現機制和 Swarm 叢集。首先，建立一個執行 Consul 服務的虛擬機器，並啟動 Consul 容器提供服務發現功能。接著，建立兩個 Swarm 節點，分別作為主節點和次節點，並組態它們使用 Consul 進行服務發現和叢集管理。

設定Overlay網路

連線到 Swarm 主節點並建立一個名為 prod 的 Overlay 網路。

eval $(docker-machine env --swarm swarm-0)
docker network create --driver overlay prod

啟動容器並連線到Overlay網路

在兩個不同的主機上啟動 Ubuntu 容器，並將它們連線到 prod 網路。

docker run -d -it --net prod --name dev-vm-1 ubuntu:12.04
docker run -d -it --net prod --name dev-vm-7 ubuntu:12.04

驗證容器網路組態

進入容器並檢查網路介面組態。

docker attach 426f39dbcb87
ip address

輸出結果將顯示兩個網路介面：一個連線到 Overlay 網路，另一個連線到 Docker 橋接網路。

23: eth0@if24: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1450 qdisc noqueue state UP
    link/ether 02:42:0a:00:00:02 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 10.0.0.2/24 scope global eth0
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 fe80::42:aff:fe00:2/64 scope link
       valid_lft forever preferred_lft forever
25: eth1@if26: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc noqueue state UP
    link/ether 02:42:ac:12:00:02 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 172.18.0.2/16 scope global eth1
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 fe80::42:acff:fe12:2/64 scope link
       valid_lft forever preferred_lft forever

內容解密：

上述指令展示瞭如何設定 Overlay 網路並啟動容器。首先，建立一個名為 prod 的 Overlay 網路。接著，在兩個不同的 Swarm 節點上啟動容器並將它們連線到 prod 網路。最後，進入容器檢查網路介面組態，確認容器已正確連線到 Overlay 網路。

多主機Docker網路解決方案比較

圖表翻譯：

此圖示比較了四種多主機Docker網路解決方案的主要特性。從網路模型來看，Calico採用第三層網路模型，而其他三種方案主要使用VxLAN或UDP進行封裝。在名稱服務方面，Weave是唯一提供內建名稱服務的解決方案。在協定支援上，四種方案都支援多種網路協定。分散式儲存方面，Calico、Flannel和Docker Overlay都具備此功能。最後，在加密通道的支援上，Flannel使用TLS，而Weave使用了NaCI函式庫來提供加密功能。

網路架構視覺化

  flowchart TD
    A[容器建立] --> B{網路型別選擇}
    B -->|Overlay| C[建立Overlay網路]
    B -->|Calico| D[組態Calico網路]
    C --> E[分配子網]
    D --> F[組態IP池]
    E --> G[容器加入網路]
    F --> G

圖表剖析：

此圖示展示了容器網路建立的流程。首先建立容器並選擇網路型別。如果選擇Overlay網路，則建立對應的overlay網路並分配子網。如果選擇Calico，則組態Calico網路並設定IP池。最後，無論哪種網路型別，都會將容器加入到對應的網路中。

Docker容器網路堆積疊管理：Open vSwitch（OVS）整合與應用

前言

在現代雲端運算和容器化技術中，網路組態和管理是至關重要的組成部分。Docker作為目前最流行的容器技術，其預設的網路組態可能無法滿足某些特定需求，特別是在需要高階網路功能和擴充套件性的場景中。Open vSwitch（OVS）作為一個強大的開源虛擬交換機，可以與Docker整合，提供更靈活和高效的網路解決方案。本文將深入探討如何組態OVS與Docker協同工作，以及如何解決常見的網路組態問題。

OVS在Docker網路中的角色

OVS是一個支援OpenFlow協定的虛擬交換機，通常用於虛擬化環境中連線虛擬機器（VMs）或容器。與Docker預設的Linux橋接相比，OVS提供了更豐富的網路功能，如VLAN標記、QoS、網路監控和隧道協定（例如VXLAN和GRE）支援。這些功能使得OVS成為複雜網路拓撲和大規模容器佈署的理想選擇。

OVS與Docker的整合

要實作OVS與Docker的整合，首先需要在主機上安裝OVS軟體包。以下是基本的安裝和組態步驟：

# 安裝OVS軟體包
sudo apt-get install openvswitch-switch

# 安裝ovs-docker工具
cd /usr/bin
wget https://raw.githubusercontent.com/openvswitch/ovs/master/utilities/ovs-docker
chmod a+rwx ovs-docker

# 建立OVS橋接器
ovs-vsctl add-br ovs-br1
ifconfig ovs-br1 173.16.1.1 netmask 255.255.255.0 up

# 建立Docker容器並連線到OVS橋接器
docker run -it --name container1 ubuntu /bin/bash
docker run -it --name container2 ubuntu /bin/bash

# 將容器連線到OVS橋接器
ovs-docker add-port ovs-br1 eth1 container1 --ipaddress=173.16.1.2/24
ovs-docker add-port ovs-br1 eth1 container2 --ipaddress=173.16.1.3/24

程式碼解析：

上述指令展示瞭如何安裝OVS、建立OVS橋接器、建立Docker容器並將其連線到OVS橋接器。關鍵步驟包括：

1. 安裝OVS和ovs-docker工具：確保主機上安裝了OVS軟體包和ovs-docker指令碼，這是實作OVS與Docker整合的基礎。
2. 建立OVS橋接器：使用ovs-vsctl命令建立OVS橋接器並組態其IP地址，這為容器提供了一個虛擬網路介面。
3. 建立Docker容器：使用Docker命令建立容器，這些容器將被連線到OVS橋接器。
4. 連線容器到OVS橋接器：使用ovs-docker命令將容器的網路介面新增到OVS橋接器，並組態其IP地址。

測試容器之間的連通性

組態完成後，可以透過以下命令測試容器之間的連通性：

# 查詢容器IP地址
docker exec container1 ifconfig
docker exec container2 ifconfig

# 測試連通性
docker exec container1 ping 173.16.1.3
docker exec container2 ping 173.16.1.2

程式碼解析：

1. 查詢容器IP地址：使用docker exec命令在容器內執行ifconfig，以確認容器的IP地址。
2. 測試連通性：使用ping命令測試容器之間的連通性，確保它們能夠互相通訊。

多主機環境下的OVS組態

在多主機環境中，需要建立隧道連線不同主機上的OVS橋接器，以實作跨主機的容器通訊。以下是組態步驟：

# 在主機1上建立OVS橋接器和隧道
ovs-vsctl add-br br0
ovs-vsctl add-port br0 gre0 -- set interface gre0 type=gre options:remote_ip=30.30.30.8

# 在主機2上建立OVS橋接器和隧道
ovs-vsctl add-br br0
ovs-vsctl add-port br0 gre0 -- set interface gre0 type=gre options:remote_ip=30.30.30.7

# 將OVS橋接器連線到Docker橋接器
brctl addif docker0 br0

程式碼解析：

1. 建立OVS橋接器：在每個主機上建立OVS橋接器。
2. 建立GRE隧道：使用ovs-vsctl命令在OVS橋接器上建立GRE隧道，連線遠端主機的OVS橋接器。
3. 連線OVS橋接器到Docker橋接器：使用brctl命令將OVS橋接器連線到Docker的預設橋接器（docker0），實作容器網路的互通。

驗證多主機連通性

完成上述組態後，可以透過ping命令驗證不同主機上的容器是否能夠互相通訊：

# 在主機1上ping主機2的docker0橋接器IP地址
ping 192.168.10.2

# 在主機2上ping主機1的docker0橋接器IP地址
ping 192.168.10.1

程式碼解析：

1. 驗證連通性：透過ping命令測試不同主機上的docker0橋接器IP地址，確保跨主機連通性。

。

Mermaid圖表：OVS與Docker整合架構圖

  flowchart TD
    A[Docker容器1] -->|eth1| B[OVS橋接器]
    A1[Docker容器2] -->|eth1| B
    B -->|GRE隧道| C[遠端OVS橋接器]
    C -->|eth1| D[遠端Docker容器1]
    C -->|eth1| D1[遠端Docker容器2]

圖表剖析：

此圖示展示了OVS與Docker在多主機環境下的整合架構。本地主機上的Docker容器透過OVS橋接器連線，並透過GRE隧道與遠端主機上的OVS橋接器通訊，實作跨主機的容器網路互通。圖中清晰地說明瞭容器、OVS橋接器和GRE隧道之間的連線關係，以及跨主機容器通訊的流程。

從系統架構到實際應用，本文深入探討了跨主機 Docker 網路組態管理的最佳實踐。Docker Machine 和 Swarm 的結合，輔以 Consul 服務發現，提供了一個穩健的多主機容器協調方案。Overlay 網路的應用簡化了跨主機容器通訊的複雜性，而與 Open vSwitch (OVS) 的整合則進一步提升了網路管理的靈活性和效能。然而，在選擇網路方案時，仍需考量 Calico、Flannel 和 Weave 等方案的特性，根據具體需求做出最佳決策。隨著容器技術的持續演進，更精細化的網路管理和安全性將成為關注焦點，推動容器化應用在更廣泛的領域落地。