Docker与iptables及实现bridge方式网络隔离与通信操作-巨人网络通讯

Docker与iptables及实现bridge方式网络隔离与通信操作

Docker提供了bridge, host, overlay等多种网络。同一个Docker宿主机上同时存在多个不同类型的网络，位于不同网络中的容器，彼此之间是无法通信的。

Docker容器的跨网络隔离与通信，是借助了iptables的机制。

iptables的filter表中默认分为INPUT, FORWARD和OUTPUT共3个链。

Docker在FORWARD链中（forward到自定义的链），还额外提供了自己的链，以实现bridge网络之间的隔离与通信。

Docker的基本网络配置

当 Docker 启动时，会自动在主机上创建一个 docker0 虚拟网桥，实际上是 Linux 的一个 bridge，可以理解为一个软件交换机。它会在挂载到它的网口之间进行转发。

同时，Docker 随机分配一个本地未占用的私有网段中的一个地址给 docker0 接口。比如典型的 172.17.0.1，掩码为 255.255.0.0。此后启动的容器内的网口也会自动分配一个同一网段（172.17.0.0/16）的地址。

当创建一个 Docker 容器的时候，同时会创建了一对 veth pair 接口（当数据包发送到一个接口时，另外一个接口也可以收到相同的数据包）。

这对接口一端在容器内，即 eth0；另一端在本地并被挂载到 docker0 网桥，名称以 veth 开头（例如 veth1）。通过这种方式，主机可以跟容器通信，容器之间也可以相互通信。

Docker 就创建了在主机和所有容器之间一个虚拟共享网络。

1. Docker在iptables的filter表中的链

在Docker 18.05.0（2018.5）及之后的版本中，提供如下4个chain:

DOCKER

DOCKER-ISOLATION-STAGE-1

DOCKER-ISOLATION-STAGE-2

DOCKER-USER

目前，Docker默认对宿主机的iptables设置规则完整一览，在/etc/sysconfig/iptables文件中

##地址转发表nat中的规则链及默认
*nat
#PREROUTING规则链默认策略是ACCEPT
:PREROUTING ACCEPT [0:0]
#INPUT规则链默认策略是ACCEPT
:INPUT ACCEPT [0:0]
#OUTPUT规则链默认策略是ACCEPT
:OUTPUT ACCEPT [4:272]
#POSTROUTING规则链默认策略是ACCEPT
:POSTROUTING ACCEPT [4:272]
#DOCKER规则链默认策略是ACCEPT
:DOCKER - [0:0]
 
#######################在PREROUTING规则链中添加的规则###########################
##-m表示使用扩展模块进行数据包匹配，到达本机的数据包，如果目标地址类型是本地局域网，则指定到DOCKER链
-A PREROUTING -m addrtype --dst-type LOCAL -j DOCKER
 
#######################在OUTPUT规则链中添加的规则###########################
-A OUTPUT ! -d 127.0.0.0/8 -m addrtype --dst-type LOCAL -j DOCKER
 
#######################在POSTROUTING规则链中添加的规则###########################
##这条规则是为了使容器和外部网络通信
#将源地址为192.168.0.0/20的包（也就是从Docker容器产生的包），并且不是从docker0网卡发出的
#进行源地址转换，转换成主机网卡的地址。
-A POSTROUTING -s 192.168.0.0/20 ! -o docker0 -j MASQUERADE
 
############################在DOCKER规则链中添加的规则###########################
#由docker0接口输入的数据包，返回到调用链；-i指定了要处理来自哪个接口的数据包
-A DOCKER -i docker0 -j RETURN
 
###############################################################################
##规则表中的链及默认策略
*filter
:INPUT DROP [4:160]
:FORWARD ACCEPT [0:0]
:OUTPUT ACCEPT [59:48132]
:DOCKER - [0:0]
:DOCKER-ISOLATION-STAGE-1 - [0:0]
:DOCKER-ISOLATION-STAGE-2 - [0:0]
:DOCKER-USER - [0:0]
 
############################在FORWARD规则链中添加的规则###########################
##数据包全部指定到DOCKER-USER链
-A FORWARD -j DOCKER-USER
##数据包全部指定到DOCKER-ISOLATION-STAGE-1链
-A FORWARD -j DOCKER-ISOLATION-STAGE-1
 
-A FORWARD -o docker0 -m conntrack --ctstate RELATED,ESTABLISHED -j ACCEPT
##由docker0接口输出的数据包，指定到DOCKER链
-A FORWARD -o docker0 -j DOCKER
##由docker0接口输入的数据包，且不是由docker0接口输出的数据包，允许通过
-A FORWARD -i docker0 ! -o docker0 -j ACCEPT
##由docker0接口输入的数据包，且由docker0接口输出的数据包，允许通过
-A FORWARD -i docker0 -o docker0 -j ACCEPT
 
####################在DOCKER-ISOLATION-STAGE-1规则链中添加的规则#################
##由docker0接口输入的数据包，且不是由docker0接口输出的数据包，指定到DOCKER-ISOLATION-STAGE-2链
##也就是要处理来自docker0的数据包，但是不是由docker0输出的数据包
-A DOCKER-ISOLATION-STAGE-1 -i docker0 ! -o docker0 -j DOCKER-ISOLATION-STAGE-2
##数据包直接返回到调用链
-A DOCKER-ISOLATION-STAGE-1 -j RETURN
 
####################在DOCKER-ISOLATION-STAGE-2规则链中添加的规则#################
##由docker0接口输出的数据包，丢弃掉
-A DOCKER-ISOLATION-STAGE-2 -o docker0 -j DROP
##数据包直接返回到调用链
-A DOCKER-ISOLATION-STAGE-2 -j RETURN
 
############################在DOCKER-USER规则链中添加的规则###########################
##直接返回到调用链
-A DOCKER-USER -j RETURN

2. Docker的DOCKER链

仅处理从宿主机到docker0的IP数据包。

3. Docker的DOCKER-ISOLATION链（隔离在不同的bridge网络之间的通信）

可以看到，为了隔离在不同的bridge网络之间的通信，Docker提供了两个DOCKER-ISOLATION阶段实现。

DOCKER-ISOLATION-STAGE-1链过滤源地址是bridge网络（默认docker0）的数据包，匹配的数据包再进入DOCKER-ISOLATION-STAGE-2链处理；

不匹配就返回到父链FORWARD。

在DOCKER-ISOLATION-STAGE-2链中，进一步处理目的地址是bridge网络(默认是docker0)的数据包，匹配的数据包表示该数据包是从一个bridge网络的网桥发出，到另一个bridge网络的网桥，这样的数据包来自其他bridge网络，将被直接DROP；

不匹配的数据包就返回到父链FORWARD继续进行后续处理。

4. Docker的DOCKER-USER链

Docker启动时，会加载DOCKER链和DOCKER-ISOLATION（现在是DOCKER-ISOLATION-STAGE-1）链中的过滤规则，并使之生效。绝对禁止修改这里的过滤规则。

如果用户要补充Docker的过滤规则，强烈建议追加到DOCKER-USER链。

DOCKER-USER链中的过滤规则，将先于Docker默认创建的规则被加载（在上面的规则一览中，DOCKER_USER链被最早APPEND到规则链中），从而能够覆盖Docker在DOCKER链和DOCKER-ISOLATION链中的默认过滤规则。

例如，Docker启动后，默认任何外部source IP都被允许转发，从而能够从该source IP连接到宿主机上的任何Docker容器实例。如果只允许一个指定的IP访问容器实例，可以插入路由规则到DOCKER-USER链中，从而能够在DOCKER链之前被加载。

示例如下：

#只允许192.168.1.1访问容器
iptables -A DOCKER-USER -i docker0 ! -s 192.168.1.1 -j DROP
#只允许192.168.1.0/24网段中的IP访问容器
iptables -A DOCKER-USER -i docker0 ! -s 192.168.1.0/24 -j DROP
#只允许192.168.1.1-192.168.1.3网段中的IP访问容器（需要借助于iprange模块）
iptables -A DOCKER-USER -m iprange -i docker0 ! --src-range 192.168.1.1-192.168.1.3 -j DROP

5. Docker在iptables的nat表中的规则

为了能够从容器中访问其他Docker宿主机，Docker需要在iptables的nat表中的POSTROUTING链中插入转发规则，示例如下：

iptables -t nat -A POSTROUTING -s 172.18.0.0/16 -j MASQUERADE

上述配置，还进一步限制了容器实例的IP范围，这是为了区分Docker宿主机上有多个bridge网络的情况。

6. Docker中禁止修改iptables过滤表

dockerd启动时，参数--iptables默认为true，表示允许修改iptables路由表。

要禁用该功能，可以有两个选择：

设置启动参数--iptables=false

修改配置文件/etc/docker/daemon.json，设置"iptables": "false"；然后执行systemctl reload docker重新加载

补充知识：docker网络模式之 default bridge模式

上文提到，docker的网络模式一共有五种，birdge 、host 、overlay、nacvlan、none、Network plugin 六种模式，这里主要介绍网桥（bridge）默认桥接模式。

一、简介

在网络概念中，桥接网络是一种链路层设备，它在网络段之间转发通信。网桥是运行在主机内核上的一个硬件设备或者软件设备。在docker中，桥接网络是使用软件桥接，连接到同一桥接网络上的容器直接可相互通信，而且是全端口的，而与未连接到该桥接网络的容器直接隔离，如此，桥接网络管理同一主机上所有容器的连接与隔离。docker的桥接驱动程序自动在主机上安装规则，同一网桥上的网络可相互通信，不同网桥网络容器相互隔离。

桥接网络适用于同一主机docker daemon生成的容器，对于不同主机daocker daemon的容器间交互，要么使用操作系统级的路由操作，要么使用overlay网络驱动。

当我们启动docker时，systemctl start docker，一个默认的桥接网络（birbr0）将自动被创建,连接docker daemon 与宿主机器，同时创建一个网络docker0,后续生产的容器将自动连接到该桥接网络（docker0）上。我们可查看本地网桥 , 每创建一个容器，将新建一个桥接，连接容器与默认的桥接网络。

[root@localhost hadoop]# brctl show
bridge name   bridge id        STP enabled   interfaces
docker0     8000.0242b47b550d    no
virbr0     8000.52540092a4f4    yes       virbr0-nic
[root@localhost hadoop]#

网桥 virbr0 连接docker0与宿主机器，在网桥上创建了接口virbr0-nic，该接口接收docker0网络的数据。每生成一个容器，在docker0上新建一个接口，并且docker0的地址被设置成容器的网关。

[root@localhost hadoop]# docker run --rm -tdi nvidia/cuda:9.0-base 
[root@localhost hadoop]# docker ps
CONTAINER ID    IMAGE         COMMAND       CREATED       STATUS       PORTS        NAMES
9f9c2b80062f    nvidia/cuda:9.0-base  "/bin/bash"     15 seconds ago   Up 14 seconds              quizzical_mcnulty
[root@localhost hadoop]# brctl show
bridge name   bridge id        STP enabled   interfaces
docker0     8000.0242b47b550d    no       vethabef17b
virbr0     8000.52540092a4f4    yes       virbr0-nic
[root@localhost hadoop]#

查看本地网络信息 ifconfig -a

[root@localhost hadoop]# ifconfig -a
docker0: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST> mtu 1500
    inet 192.168.0.1 netmask 255.255.240.0 broadcast 192.168.15.255
    inet6 fe80::42:b4ff:fe7b:550d prefixlen 64 scopeid 0x20<link>
    ether 02:42:b4:7b:55:0d txqueuelen 0 (Ethernet)
    RX packets 37018 bytes 2626776 (2.5 MiB)
    RX errors 0 dropped 0 overruns 0 frame 0
    TX packets 46634 bytes 89269512 (85.1 MiB)
    TX errors 0 dropped 0 overruns 0 carrier 0 collisions 0
 
eno1: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST> mtu 1500
    inet 192.168.252.130 netmask 255.255.255.0 broadcast 192.168.252.255
    ether 00:25:90:e5:7f:20 txqueuelen 1000 (Ethernet)
    RX packets 14326014 bytes 17040043512 (15.8 GiB)
    RX errors 0 dropped 34 overruns 0 frame 0
    TX packets 10096394 bytes 3038002364 (2.8 GiB)
    TX errors 0 dropped 0 overruns 0 carrier 0 collisions 0
    device memory 0xfb120000-fb13ffff 
 
eth1: flags=4099<UP,BROADCAST,MULTICAST> mtu 1500
    ether 00:25:90:e5:7f:21 txqueuelen 1000 (Ethernet)
    RX packets 0 bytes 0 (0.0 B)
    RX errors 0 dropped 0 overruns 0 frame 0
    TX packets 0 bytes 0 (0.0 B)
    TX errors 0 dropped 0 overruns 0 carrier 0 collisions 0
    device memory 0xfb100000-fb11ffff 
 
lo: flags=73<UP,LOOPBACK,RUNNING> mtu 65536
    inet 127.0.0.1 netmask 255.0.0.0
    inet6 ::1 prefixlen 128 scopeid 0x10<host>
    loop txqueuelen 0 (Local Loopback)
    RX packets 3304 bytes 6908445 (6.5 MiB)
    RX errors 0 dropped 0 overruns 0 frame 0
    TX packets 3304 bytes 6908445 (6.5 MiB)
    TX errors 0 dropped 0 overruns 0 carrier 0 collisions 0
 
oray_vnc: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST> mtu 1200
    inet 172.1.225.211 netmask 255.0.0.0 broadcast 172.255.255.255
    ether 00:25:d2:e1:01:00 txqueuelen 500 (Ethernet)
    RX packets 1944668 bytes 227190815 (216.6 MiB)
    RX errors 0 dropped 0 overruns 0 frame 0
    TX packets 2092320 bytes 2232228527 (2.0 GiB)
    TX errors 0 dropped 0 overruns 0 carrier 0 collisions 0
 
vethabef17b: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST> mtu 1500
    inet6 fe80::e47d:4eff:fe87:39d3 prefixlen 64 scopeid 0x20<link>
    ether e6:7d:4e:87:39:d3 txqueuelen 0 (Ethernet)
    RX packets 0 bytes 0 (0.0 B)
    RX errors 0 dropped 0 overruns 0 frame 0
    TX packets 8 bytes 648 (648.0 B)
    TX errors 0 dropped 0 overruns 0 carrier 0 collisions 0
 
virbr0: flags=4099<UP,BROADCAST,MULTICAST> mtu 1500
    inet 192.168.122.1 netmask 255.255.255.0 broadcast 192.168.122.255
    ether 52:54:00:92:a4:f4 txqueuelen 0 (Ethernet)
    RX packets 0 bytes 0 (0.0 B)
    RX errors 0 dropped 0 overruns 0 frame 0
    TX packets 0 bytes 0 (0.0 B)
    TX errors 0 dropped 0 overruns 0 carrier 0 collisions 0
 
virbr0-nic: flags=4098<BROADCAST,MULTICAST> mtu 1500
    ether 52:54:00:92:a4:f4 txqueuelen 500 (Ethernet)
    RX packets 0 bytes 0 (0.0 B)
    RX errors 0 dropped 0 overruns 0 frame 0
    TX packets 0 bytes 0 (0.0 B)
    TX errors 0 dropped 0 overruns 0 carrier 0 collisions 0

docker 结合网桥与路由规则，设置同一宿主机器内，各容器间交互，docker 容器桥接网络驱动下，网络接入方式如下图所示：

如果启动容器时，指定了端口映射，将内部端口 80 映射到主机端口8080，也可0.0.0.0：8080方式，指定网卡，如下

docker run --rm -ti -p 8080:80 nvidia/cuda:9.0-base

然后查看路由表，

iptables -t nat -vnL

可看到增加了路由转发规则：

[root@localhost hadoop]# iptables -t nat -vnL
Chain PREROUTING (policy ACCEPT 55 packets, 2470 bytes)
 pkts bytes target   prot opt in   out   source        destination     
 161K 8056K PREROUTING_direct all -- *   *    0.0.0.0/0      0.0.0.0/0      
 161K 8056K PREROUTING_ZONES_SOURCE all -- *   *    0.0.0.0/0      0.0.0.0/0      
 161K 8056K PREROUTING_ZONES all -- *   *    0.0.0.0/0      0.0.0.0/0      
  0   0 DOCKER   all -- *   *    0.0.0.0/0      0.0.0.0/0      ADDRTYPE match dst-type LOCAL
 
Chain INPUT (policy ACCEPT 0 packets, 0 bytes)
 pkts bytes target   prot opt in   out   source        destination     
 
Chain OUTPUT (policy ACCEPT 0 packets, 0 bytes)
 pkts bytes target   prot opt in   out   source        destination     
 3442 258K OUTPUT_direct all -- *   *    0.0.0.0/0      0.0.0.0/0      
  0   0 DOCKER   all -- *   *    0.0.0.0/0      !127.0.0.0/8     ADDRTYPE match dst-type LOCAL
 
Chain POSTROUTING (policy ACCEPT 0 packets, 0 bytes)
 pkts bytes target   prot opt in   out   source        destination     
  0   0 MASQUERADE all -- *   !docker0 192.168.0.0/20    0.0.0.0/0      
  0   0 RETURN   all -- *   *    192.168.122.0/24   224.0.0.0/24    
  0   0 RETURN   all -- *   *    192.168.122.0/24   255.255.255.255   
  0   0 MASQUERADE tcp -- *   *    192.168.122.0/24  !192.168.122.0/24   masq ports: 1024-65535
  0   0 MASQUERADE udp -- *   *    192.168.122.0/24  !192.168.122.0/24   masq ports: 1024-65535
  0   0 MASQUERADE all -- *   *    192.168.122.0/24  !192.168.122.0/24  
 3442 258K POSTROUTING_direct all -- *   *    0.0.0.0/0      0.0.0.0/0      
 3442 258K POSTROUTING_ZONES_SOURCE all -- *   *    0.0.0.0/0      0.0.0.0/0      
 3442 258K POSTROUTING_ZONES all -- *   *    0.0.0.0/0      0.0.0.0/0      
  0   0 MASQUERADE tcp -- *   *    192.168.0.3     192.168.0.3     tcp dpt:80
 
Chain DOCKER (2 references)
 pkts bytes target   prot opt in   out   source        destination     
  0   0 RETURN   all -- docker0 *    0.0.0.0/0      0.0.0.0/0      
  0   0 DNAT    tcp -- !docker0 *    0.0.0.0/0      0.0.0.0/0      tcp dpt:8080 to:192.168.0.3:80

默认的端口类型为 TCP。

二、容器间访问配置

首先启动两个容器，然后进入到容器内，查看个容器IP信息，

[root@localhost hadoop]# docker ps
CONTAINER ID    IMAGE         COMMAND       CREATED       STATUS       PORTS         NAMES
462751a70444    nvidia/cuda:9.0-base  "/bin/bash"     17 minutes ago   Up 17 minutes    0.0.0.0:8080->80/tcp  sad_heyrovsky
9f9c2b80062f    nvidia/cuda:9.0-base  "/bin/bash"     41 minutes ago   Up 41 minutes               quizzical_mcnulty
[root@localhost hadoop]#

我这里启动两个容器，然后调用 docker inspect 容器ID 查看容器IP