详解Docker 容器跨主机多网段通信解决方案

一、MacVlan

实现Docker的跨主机网络通信的方案有很多，如之前博文中写到的通过部署 Consul服务实现Docker容器跨主机通信

Macvlan工作原理：

Macvlan是Linux内核支持的网络接口。要求的Linux内部版本是v3.9C3.19和4.0+；
通过为物理网卡创建Macvlan子接口，允许一块物理网卡拥有多个独立的MAC地址和IP地址。虚拟出来的子接口将直接暴露在相邻物理网络中。从外部看来，就像是把网线隔开多股，分别接受了不同的主机上一样；
物理网卡收到包后，会根据收到包的目的MAC地址判断这个包需要交给其中虚拟网卡。

当容器需要直连入物理网络时，可以使用Macvlan。Macvlan本身不创建网络，本质上首先使宿主机物理网卡工作在‘混杂模式'，这样物理网卡的MAC地址将会失效，所有二层网络中的流量物理网卡都能收到。接下来就是在这张物理网卡上创建虚拟网卡，并为虚拟网卡指定MAC地址，实现一卡多用，在物理网络看来，每张虚拟网卡都是一个单独的接口。

使用Macvlan注意：

• 容器直接连接物理网络，由物理网络负责分配IP地址，可能的结果是物理网络IP地址被耗尽，另一个后果是网络性能问题，物理网络中接入的主机变多，广播包占比快速升高而引起的网络性能下降问题；
• 宿主机上的某张网上需要工作在‘混乱模式'下；
• 前面说到，工作在混乱模式下的物理网卡，其MAC地址会失效，所以，此模式中运行的容器并不能与外网进行通信，但是不会影响宿主机与外网通信；
• 从长远来看bridge网络与overlay网络是更好的选择，原因就是虚拟网络应该与物理网络隔离而不是共享。

工作示意图：

二、配置实例

实例1（实现容器基于macvlan的单网段跨主机通信）

实现效果：

两台centos 7.3，分别运行着docker服务；
两台docker服务器创建相同的一个MacVlan网络，使docker服务器上的容器可以实现跨主机通信。

开始配置

1、第一台docker服务器配置如下

[root@docker01 ~]# ip link set ens33 promisc on       # 开启ens33网卡的混杂模式
[root@docker01 ~]# ip link show ens33   # 确定查看的信息包含以下标红的字样
2: ens33: <BROADCAST,MULTICAST,'PROMISC',UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP mode DEFAULT group default qlen 1000
  link/ether 00:0c:29:9f:33:9f brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
[root@docker01 ~]# docker network create -d macvlan --subnet 172.22.16.0/24 --gateway 172.22.16.1 -o pa
rent=ens33 mac_net1
#创建macvlan网络，指定网关、网段等信息，“-o”指定绑定在哪张网卡之上
[root@docker01 ~]# docker run -itd --name test1 --ip 172.22.16.10 --network mac_net1 busybox   # 基于新创建的macvlan网络运行一个容器，并指定其IP

确认运行的容器的IP地址

[root@docker01 ~]# docker exec test1 ip a   # 查看IP，确定以下标红与配置的一样
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue qlen 1000
  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
6: eth0@if2: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP,M-DOWN> mtu 1500 qdisc noqueue 
  link/ether 02:42:ac:16:10:0a brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
  inet '172.22.16.10/24' brd 172.22.16.255 scope global eth0
    valid_lft forever preferred_lft forever

2、第二台docker服务器配置如下（与第一台docker服务器基本相似）

[root@docker02 ~]# ip link set ens33 promisc on    # 开启混杂模式
[root@docker02 ~]# ip link show ens33 
2: ens33: <BROADCAST,MULTICAST,'PROMISC',UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP mode DEFAULT group default qlen 1000
  link/ether 00:0c:29:b5:bc:ed brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
[root@docker02 ~]# docker network create -d macvlan --subnet 172.22.16.0/24 --gateway=172.22.16.1 -o parent=ens33 mac_net1
#创建一个与第一台docker服务器的网段、网关相同的macvlan。并绑定到物理网卡上。
#为了可以直观的看出其他docker服务器上的macvlan和第这台是在同一个网段的。所以，建议设置的网络名称一样。
[root@docker02 ~]# docker run -itd --name test2 --ip 172.22.16.11 --network mac_net1 busybox
#运行一个容器，并指定是基于macvlan网络的
#注意，其IP地址不要与其他docker服务器上的容器IP地址冲突

确认运行的容器的IP地址

[root@docker02 ~]# docker exec test2 ip a
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue qlen 1000
  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
6: eth0@if2: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP,M-DOWN> mtu 1500 qdisc noqueue 
  link/ether 02:42:ac:16:10:0b brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
  inet '172.22.16.11/24' brd 172.22.16.255 scope global eth0
    valid_lft forever preferred_lft forever

使用第二台docker服务器上的容器test2对第一台docker服务器上的容器test1进行ping测试

OK，跨主机的容器通信就通过macvlan实现了。由于使用混杂模式会造成物理网卡的MAC地址失效，所以容器并不能通过此模式进行与外网的通信。

实例2（基于macvlan的跨主机网络多网段的解决方案）

实现的效果如下：

• 两台centos 7.3，分别运行着docker服务；
• 每台宿主机创建了两个MacVlan网段供容器使用（172.10.16.0/24和172.20.16.0/24）；
• 第一台docker服务器上运行容器test1和test2，第二台docker服务器运行容器test3和test4。
• 最终实现跨主机的同网段容器互相通信。

开始配置：

1、第一台docker服务器配置如下

[root@docker01 ~]# ip link set ens33 promisc on       # 开启ens33网卡的混杂模式
#也就是开启网卡的多个虚拟interface（接口） 
[root@docker01 ~]# ip link show ens33   # 确定查看的信息包含以下标红的字样
2: ens33: <BROADCAST,MULTICAST,'PROMISC',UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP mode DEFAULT group default qlen 1000
  link/ether 00:0c:29:9f:33:9f brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
[root@docker01 ~]# modinfo 8021q
 #查看是否加载8021q模块，如果有信息返回，则表示该模块已经加载

modinfo 8021q命令返回的信息如下

[root@docker01 ~]# modprobe 8021q   #若没有加载8021q模块，则执行此命令
[root@docker01 ~]# cd /etc/sysconfig/network-scripts/
[root@docker01 network-scripts]# vim ifcfg-ens33 
           ...................
BOOTPROTO=manual       # 将此配置项改为“manual”，也是手动的意思
[root@docker01 network-scripts]# cp -p ifcfg-ens33 ifcfg-ens33.10       # 复制一份网卡配置文件，-p保留原本文件的属性
[root@docker01 network-scripts]# vim ifcfg-ens33.10 
BOOTPROTO=none 
NAME=ens33.10        #注意更改名称
DEVICE=ens33.10   #注意更改名称
ONBOOT=yes
IPADDR=192.168.10.11       # 给虚拟网卡设置一个IP
PREFIX=24
GATEWAY=192.168.10.2
VLAN=yes
[root@docker01 network-scripts]# cp ifcfg-ens33.10 ifcfg-ens33.20 
[root@docker01 network-scripts]# vim ifcfg-ens33.20 
BOOTPROTO=none
NAME=ens33.20
DEVICE=ens33.20
ONBOOT=yes
IPADDR=192.168.20.10        # 注意，此处的IP与ens33.10并不在同一网段
PREFIX=24
GATEWAY=192.168.20.2
VLAN=yes
[root@docker01 network-scripts]# ifdown ens33;ifup ens33     #重启网卡，使更改生效
[root@docker01 network-scripts]# ifup ens33.10   # 启动该网卡
[root@docker01 network-scripts]# ifup ens33.20   # 启动
[root@docker01 ~]# docker network create -d macvlan --subnet 172.10.16.0/24 --gateway 172.10.16.1 -o parent=ens33.10 mac_net10
#创建一个macvlan网络，给其定义一个网段、网关及绑定到ens33.10
[root@docker01 ~]# docker network create -d macvlan --subnet 172.20.16.0/24 --gateway 172.20.16.1 -o parent=ens33.20 mac_net20
#创建一个macvlan网络，给其定义一个网段、网关及绑定到ens33.20
#接下来分别基于刚刚创建的macvlan网络运行一个容器

2、第二台docker服务器配置如下（基本与第一台操作类似，要注意IP不要冲突）

[root@docker02 ~]# ip link set ens33 promisc on    # 开启混杂模式
[root@docker02 ~]# ip link show ens33 
2: ens33: <BROADCAST,MULTICAST,'PROMISC',UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP mode DEFAULT group default qlen 1000
  link/ether 00:0c:29:b5:bc:ed brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
[root@docker02 ~]# modinfo 8021q
返回信息可参考图一

[root@docker02 ~]# modprobe 8021q   #若没有加载8021q模块，则执行此命令
[root@docker02 ~]# cd /etc/sysconfig/network-scripts/
[root@docker02 network-scripts]# vim ifcfg-ens33 
      ...............#省略部分内容
BOOTPROTO=manual    
[root@docker02 network-scripts]# scp [email protected]:/etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33.* .         # 要注意后面的“.”
ifcfg-ens33.10                            100% 128  83.4KB/s  00:00  
ifcfg-ens33.20                            100% 124  75.0KB/s  00:00 
[root@docker02 network-scripts]# vim ifcfg-ens33.10 
BOOTPROTO=none
NAME=ens33.10
DEVICE=ens33.10
ONBOOT=yes
IPADDR=192.168.10.11      # 更改IP，以防和第一台冲突
PREFIX=24
GATEWAY=192.168.10.2
VLAN=yes
[root@docker02 network-scripts]# vim ifcfg-ens33.20 

BOOTPROTO=none
NAME=ens33.20
DEVICE=ens33.20
ONBOOT=yes
IPADDR=192.168.20.11
PREFIX=24
GATEWAY=192.168.20.2
VLAN=yes
[root@docker02 network-scripts]# ifdown ens33;ifup ens33     # 重启网卡 ，使配置生效
[root@docker02 network-scripts]# ifup ens33.10   # 启动网卡
[root@docker02 network-scripts]# ifup ens33.20
#接下来创建macvlan网络，与第一台docker服务器创建的网络一样
[root@docker02 ~]# docker network create -d macvlan --subnet 172.10.16.0/24 --gateway 172.10.16.1 -o parent=ens33.10 mac_net10
[root@docker02 ~]# docker network create -d macvlan --subnet 172.20.16.0/24 --gateway 172.20.16.1 -o parent=ens33.20 mac_net20 
[root@docker02 ~]# docker run -itd --name test3 --network mac_net10 --ip 172.10.16.11 busybox
[root@docker02 ~]# docker run -itd --name test4 --network mac_net20 --ip 172.20.16.21 busybox

配置至此，即可进行ping测试了，如果配置无误，则test3应该和test1互通（因为其都是基于mac_net10网络）；test4应该和test2互通（同理）。

但test3和test1不能和test4和test2互通（因为其不是基于同一个虚拟局域网）。

容器test3 ping 容器test1测试（注意：若是使用vmware虚拟机进行测试，由于vmware的特性，需将其网络适配器改为“桥接模式”，而不是NAT模式等。否则无法通信）

容器test4 ping 容器test2测试：

至此，跨主机网络多网段已经实现，同样，各个容器无法与外网进行通信。若有耐心，还是建议阅读docker官方文档