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Docker Swarm 网络深度分析

Docker Swarm的网络架构设计确实非常巧妙，为容器化应用提供了强大的网络支持能力。本文将深入剖析Docker Swarm的网络实现机制，揭示官方文档中未提及的关键细节。

部署实例

首先，我们创建一个包含两个节点（node 1 和 node 2）的 Docker Swarm 集群。创建 swarm 集群的具体步骤不在本文详细阐述。接下来，我们创建一个 overlay 网络 net1 和三个服务：Redis、Node.js 和 Nginx。每个服务指定使用 net1 网络，这样可以确保服务之间的通信基于该 overlay 网络。

具体命令如下：

docker network create --option encrypted --subnet 100.0.0.0/24 -d overlay net1
docker service create --name redis --network net1 redis:latest
docker service create --name node --network net1 nvbeta/node:latest
docker service create --name nginx --network net1 -p 1080:80 nvbeta/swarm_nginx

这些命令创建了一个典型的三层架构：Nginx 作为负载均衡器，将请求转发到 Node.js 服务，而 Node.js 又通过调用 Redis 来获取数据并返回给 Nginx。为了简化起见，我们仅创建一个 Node 实例。

网络结构

在 Docker Swarm 中，网络分为几个关键部分：

此外，还可以看到 none 网络，它用于 container 操作时的临时通信。

核心网络组件

从 docker network ls 的输出可以看到：

NETWORK ID          NAME                DRIVER              SCOPE
cac91f9c60ff        bridge              bridge              local
b55339bbfab9        docker_gwbridge     bridge              local
fe6ef5d2e8e8        host                host               local
f1nvcluv1xnf        ingress            overlay             swarm
8vty8k3pejm5        net1               overlay             swarm

通过 docker ps 命令可以观察到各个容器的状态：

CONTAINER ID        IMAGE               COMMAND                  CREATED           STATUS             PORTS               NAME
Seb03383913fb      nvbeta/node:latest   "nodemon /src/index.js"  2 hours ago       Up 2 hours        8888/tcp            node.1
yscmxtoymkvs3bdd4z678w4434ce2679482    redis:latest         "docker-entrypoint.sh"  2 hours ago       Up 2 hours        6379/tcp            redis.1

此外，查看容器的网络配置，可以发现容器使用 overlay 网络进行通信。

网络实现

Docker Swarm 的网络架构主要基于以下技术：

具体网络拓扑

通过 docker network inspect 和 brctl showbridge 等命令可以查看详细的网络拓扑信息：

Name            Bridge id            STP enabled      Interface
docker0             8000.0242e4567e9a    no             veth97d586b
vethceaaebe        8000.024224f1afe8    no             vethceaaebe
ethefdaa0d       8000.0242e4567e9a    no             vethefdaa0d

此外，使用 ip netns exec 和 ip link 可以查看容器的网络接口及其对应的名称空间。

服务间通信机制

在 Docker Swarm 中，服务间通信基于 overlay 网络实现的高效 routing mesh：

• net1 网络：负责容器间的直接通信。
• docker_gwbridge 网络：允许容器与宿主机通信。
• ingress 网络：完成外部请求的路由和负载均衡。

通过 iptables -t nat 命令可以观察到网络路由规则，

Chain DOCKER-INGRESS (policy ACCEPT 2 references)
pkts bytes target     prot opt in     out     source               destination
0     0 DNAT       tcp  --  *      *       0.0.0.0/0            0.0.0.0/0            tcp dpt:1080 to:172.18.0.2:1080

这表明所有到宿主机 1080 端口的流量会被重定向到隐藏的 ingress-sbox 容器。

负载均衡与路由

Docker Swarm 的 routing mesh 机制确保了服务间的高效通信，无论服务运行在哪个节点，内部流量都能直接经过网络层而非传统的三次握手。

通过 ipvsadm 可以看到负载均衡器的配置：

IPVS: Thu Jan 14 16:38:51 2024 -> 1 server: 10.255.0.5:0
FWM: Masq 1 0 0

这个配置指示负载均衡将所有到达 10.255.0.5:0 的流量转发给后端服务。

总结

Docker Swarm 的网络设计极其巧妙，结合了 Overlay 网络、Linux Bridge、VxLAN 等技术，为容器化应用提供了高效、可靠的网络支持。深入理解这些机制对于开发与调试都是至关重要的。

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