一、简介

1、介绍

Docker跨主机容器间网络通信实现的工具有Pipework、Flannel、Weave、Open vSwitch（虚拟交换机）、Calico

Flannel是CoreOS团队针对Kubernetes设计的一个网络规划服务，简单来说，它的功能是让集群中的不同节点主机创建的Docker容器都具有全集群唯一的虚拟IP地址。但在默认的Docker配置中，每个节点上的Docker服务会分别负责所在节点容器的IP分配。这样导致的一个问题是，不同节点上容器可能获得相同的内外IP地址。并使这些容器之间能够之间通过IP地址相互找到，也就是相互ping通
Flannel的设计目的就是为集群中的所有节点重新规划IP地址的使用规则，从而使得不同节点上的容器能够获得"同属一个内网"且"不重复的"IP地址，并让属于不同节点上的容器能够直接通过内网IP通信
Flannel实质上是一种"覆盖网络(overlay network)"，即表示运行在一个网上的网（应用层网络），并不依靠ip地址来传递消息，而是采用一种映射机制，把ip地址和identifiers做映射来资源定位。也就是将TCP数据包装在另一种网络包里面进行路由转发和通信，目前已经支持UDP、VxLAN、AWS VPC和GCE路由等数据转发方式

2、Flannel工作原理

每个主机配置一个ip段和子网个数。例如，可以配置一个覆盖网络使用 10.100.0.0/16段，每个主机/24个子网。因此主机a可以接受10.100.5.0/24，主机B可以接受10.100.18.0/24的包。flannel使用etcd来维护分配的子网到实际的ip地址之间的映射。对于数据路径，flannel 使用udp来封装ip数据报，转发到远程主机。选择UDP作为转发协议是因为他能穿透防火墙。例如，AWS Classic无法转发IPoIP or GRE 网络包，是因为它的安全组仅仅支持TCP/UDP/ICMP。 Flannel工作原理流程图如下 (默认的节点间数据通信方式是UDP转发; flannel默认使用8285端口作为UDP封装报文的端口，VxLan使用8472端口)

Flannel的工作原理解释如下

1、数据从源容器中发出后，经由所在主机的docker0虚拟网卡转发到flannel0虚拟网卡，这是个P2P的虚拟网卡，flanneld服务监听在网卡的另外一端
2、Flannel通过Etcd服务维护了一张节点间的路由表，该张表里保存了各个节点主机的子网网段信息
3、源主机的flanneld服务将原本的数据内容UDP封装后根据自己的路由表投递给目的节点的flanneld服务，数据到达以后被解包，然后直接进入目的节点的flannel0虚拟网卡，然后被转发到目的主机的docker0虚拟网卡，最后就像本机容器通信一样的由docker0路由到达目标容器

这样整个数据包的传递就完成了，这里需要说明三个问题：
1、UDP封装是怎么回事？
在UDP的数据内容部分其实是另一个ICMP（也就是ping命令）的数据包。原始数据是在起始节点的Flannel服务上进行UDP封装的，投递到目的节点后就被另一端的Flannel服务
还原成了原始的数据包，两边的Docker服务都感觉不到这个过程的存在

2、为什么每个节点上的Docker会使用不同的IP地址段？
这个事情看起来很诡异，但真相十分简单。其实只是单纯的因为Flannel通过Etcd分配了每个节点可用的IP地址段后，偷偷的修改了Docker的启动参数。
在运行了Flannel服务的节点上可以查看到Docker服务进程运行参数（ps aux|grep docker|grep "bip"），例如“--bip=182.48.25.1/24”这个参数，它限制了所在节
点容器获得的IP范围。这个IP范围是由Flannel自动分配的，由Flannel通过保存在Etcd服务中的记录确保它们不会重复

3、为什么在发送节点上的数据会从docker0路由到flannel0虚拟网卡，在目的节点会从flannel0路由到docker0虚拟网卡？
例如现在有一个数据包要从IP为172.17.18.2的容器发到IP为172.17.46.2的容器。根据数据发送节点的路由表，它只与172.17.0.0/16匹配这条记录匹配，因此数据从docker0出来以后就被投递到了flannel0。同理在目标节点，由于投递的地址是一个容器，因此目的地址一定会落在docker0对于的172.17.46.0/24这个记录上，自然的被投递到了docker0网卡

二、部署环境

系统	IP	主机名	服务
CentOS 7.4	192.168.2.17	Docker1	etcd、flannel、docker
CentOS 7.4	192.168.2.1	Docker2	flannel、docker

(一)、安装Etcd

下载Etcd：https://github.com/etcd-io/etcd

只需要在Docker1上安装


[root@Docker1 ~]# wget https://github.com/coreos/etcd/releases/download/v3.3.9/etcd-v3.3.9-linux-amd64.tar.gz
...........
.....
[root@Docker1 ~]# tar -xf etcd-v3.3.9-linux-amd64.tar.gz
[root@Docker1 ~]# cd etcd-v3.3.9-linux-amd64
[root@Docker1 etcd-v3.3.9-linux-amd64]# ll
总用量 33992
drwxr-xr-x. 11 1000 1000     4096 7月  25 2018 Documentation
-rwxr-xr-x.  1 1000 1000 18934016 7月  25 2018 etcd
-rwxr-xr-x.  1 1000 1000 15809280 7月  25 2018 etcdctl
-rw-r--r--.  1 1000 1000    38864 7月  25 2018 README-etcdctl.md
-rw-r--r--.  1 1000 1000     7262 7月  25 2018 README.md
-rw-r--r--.  1 1000 1000     7855 7月  25 2018 READMEv2-etcdctl.md[root@Docker1 etcd-v3.3.9-linux-amd64]# cp etcd*  /usr/bin/               ——————————启动命令————————[root@Docker1 ~]# etcd -name etcd-17 -data-dir /var/lib/etcd --advertise-client-urls http://192.168.2.17:2379,http://127.0.0.1:2379 --listen-client-urls http://192.168.2.17:2379,http://127.0.0.1:2379
2022-02-24 20:42:50.856604 I | etcdmain: etcd Version: 3.3.9
2022-02-24 20:42:50.856815 I | etcdmain: Git SHA: fca8add78
2022-02-24 20:42:50.856818 I | etcdmain: Go Version: go1.10.3
2022-02-24 20:42:50.856843 I | etcdmain: Go OS/Arch: linux/amd64
..............
......

--name：取名
--data-dir：定义数据路径
--advertise-client-urls：建议使用的客户端通信url,该值用于etcd代理或etcd成员与etcd节点通信，即服务的url
--listen-client-urls：监听的用于客户端通信的url,对外提供服务的地址，客户端会连接到这里和 etcd 交互，同样可以监听多个

重新打开一个终端，etcdctl 是一个客户端连接工具


[root@Docker1 ~]# etcdctl member list
8e9e05c52164694d: name=etcd-17 peerURLs=http://localhost:2380 clientURLs=http://127.0.0.1:2379,http://192.168.2.17:2379 isLeader=true

使用etcdctl连接ectd数据库,检查etcd的连通性


[root@Docker1 ~]# etcdctl  --endpoints http://127.0.0.1:2379 member list
8e9e05c52164694d: name=etcd-17 peerURLs=http://localhost:2380 clientURLs=http://127.0.0.1:2379,http://192.168.2.17:2379 isLeader=true

二、安装Flannel

Flannel下载地址：Releases · flannel-io/flannel · GitHub

在Docker1、Docker2上进行安装


[root@Docker1 ~]# wget https://github.com/coreos/flannel/releases/download/v0.11.0/flannel-v0.11.0-linux-amd64.tar.gz
........
...
[root@Docker2 ~]# wget https://github.com/coreos/flannel/releases/download/v0.11.0/flannel-v0.11.0-linux-amd64.tar.gz
.......
...

Docker1


[root@Docker1 ~]# tar -xf flannel-v0.11.0-linux-amd64.tar.gz
[root@Docker1 ~]# cp flanneld /usr/bin/
[root@Docker1 ~]# cp mk-docker-opts.sh /usr/bin/
[root@Docker1 ~]# etcdctl set /coreos.com/network/config '{"Network": "10.0.0.0/16", "SubnetLen": 24, "SubnetMin": "10.0.10.0","SubnetMax": "10.0.20.0", "Backend": {"Type": "vxlan"}}'
{"Network": "10.0.0.0/16", "SubnetLen": 24, "SubnetMin": "10.0.10.0","SubnetMax": "10.0.20.0", "Backend": {"Type": "vxlan"}}

Network：用于指定Flannel地址池
SubnetLen：用于指定分配给单个宿主机的docker0的ip段的子网掩码的长度
SubnetMin：用于指定最小能够分配的ip段
SudbnetMax：用于指定最大能够分配的ip段，在上面的示例中，表示每个宿主机可以分配一个24位掩码长度的子网，可以分配的子网从10.0.10.0/24到10.0.20.0/24，也就意味着在这个网段中，最多只能有10台宿主机
Backend：用于指定数据包以什么方式转发，默认为udp模式，host-gw模式性能最好，但不能跨宿主机网络


[root@Docker1 ~]# etcdctl get /coreos.com/network/config
/coreos.com/network/config
{"Network": "10.0.0.0/16", "SubnetLen": 24, "SubnetMin": "10.0.10.0","SubnetMax": "10.0.20.0", "Backend": {"Type": "vxlan"}}————————————————————启动Flannel[root@Docker1 ~]# /usr/bin/flanneld --etcd-endpoints="http://192.168.2.17:2379" --iface=192.168.2.17 --etcd-prefix=/coreos.com/network &
........
...
.[root@Docker1 ~]# ip addr
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN qlen 1link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00inet 127.0.0.1/8 scope host lovalid_lft forever preferred_lft foreverinet6 ::1/128 scope host valid_lft forever preferred_lft forever
2: ens33: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP qlen 1000link/ether 00:0c:29:7b:cb:af brd ff:ff:ff:ff:ff:ffinet 192.168.2.17/24 brd 192.168.2.255 scope global ens33valid_lft forever preferred_lft foreverinet6 fe80::c14f:f7cc:6b8e:2d49/64 scope link valid_lft forever preferred_lft forever
4: ens38: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP qlen 1000link/ether 00:0c:29:7b:cb:c3 brd ff:ff:ff:ff:ff:ffinet 192.168.0.106/24 brd 192.168.0.255 scope global dynamic ens38valid_lft 6454sec preferred_lft 6454secinet6 fe80::f8e8:73b:4787:320/64 scope link valid_lft forever preferred_lft forever
5: flannel.1: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1450 qdisc noqueue state UNKNOWN link/ether 2e:10:9c:11:b7:58 brd ff:ff:ff:ff:ff:ffinet 10.0.19.0/32 scope global flannel.1valid_lft forever preferred_lft foreverinet6 fe80::2c10:9cff:fe11:b758/64 scope link valid_lft forever preferred_lft forever

可以使用flannel提供的脚本将subnet.env转写成Docker启动参数，创建好的启动参数默认生成在/run/docker_opts.env文件中


[root@Docker1 ~]# mk-docker-opts.sh                     [root@Docker1 ~]# cat /run/flannel/subnet.env
FLANNEL_NETWORK=10.0.0.0/16
FLANNEL_SUBNET=10.0.19.1/24
FLANNEL_MTU=1450
FLANNEL_IPMASQ=false[root@Docker1 ~]# cat /run/docker_opts.env
DOCKER_OPT_BIP="--bip=10.0.19.1/24"
DOCKER_OPT_IPMASQ="--ip-masq=true"
DOCKER_OPT_MTU="--mtu=1450"
DOCKER_OPTS=" --bip=10.0.19.1/24 --ip-masq=true --mtu=1450"

Docker2


[root@Docker2 ~]# tar -xf flannel-v0.11.0-linux-amd64.tar.gz
[root@Docker2 ~]# cp flanneld /usr/bin/
[root@Docker2 ~]# cp mk-docker-opts.sh /usr/bin/
[root@Docker2 ~]#  /usr/bin/flanneld --etcd-endpoints="http://192.168.2.17:2379" --iface=192.168.2.1 --etcd-prefix=/coreos.com/network &
............#注意修改地址
......[root@Docker2 ~]# mk-docker-opts.sh -c
[root@Docker2 ~]# cat /run/docker_opts.env           #可以查看一下分配的网段
DOCKER_OPTS=" --bip=10.0.17.1/24 --ip-masq=true --mtu=1450"

安装docker

在Docker1、Docker2上进行安装（安装过程省略）

给docker的启动项添加内容


[root@Docker1 ~]# vim /usr/lib/systemd/system/docker.service
.......
...13 EnvironmentFile=/run/docker_opts.env                #添加内容14 ExecStart=/usr/bin/dockerd $DOCKER_OPTS -H fd:// --containerd=/run/containerd/containerd.sock         #添加 $DOCKER_OPTS  变量15 ExecReload=/bin/kill -s HUP $MAINPID
....
..
保存启动docker[root@Docker1 ~]# systemctl daemon-reload
[root@Docker1 ~]# systemctl restart docker             [root@Docker1 ~]# etcdctl ls /coreos.com/network                    #这两个文件是
/coreos.com/network/config
/coreos.com/network/subnets                  #记录节点分配给容器的网段


[root@Docker2 ~]# vim /usr/lib/systemd/system/docker.service
.......
...13 EnvironmentFile=/run/docker_opts.env                #添加内容14 ExecStart=/usr/bin/dockerd $DOCKER_OPTS -H fd:// --containerd=/run/containerd/containerd.sock         #添加 $DOCKER_OPTS  变量15 ExecReload=/bin/kill -s HUP $MAINPID
....
..
保存启动docker[root@Docker2 ~]# systemctl daemon-reload
[root@Docker2 ~]# systemctl restart docker             [root@Docker2 ~]# etcdctl ls /coreos.com/network                    #这两个文件是
/coreos.com/network/config
/coreos.com/network/subnets                  #记录节点分配给容器的网段


[root@Docker1 ~]# etcdctl ls /coreos.com/network/subnets
/coreos.com/network/subnets/10.0.19.0-24
/coreos.com/network/subnets/10.0.17.0-24————————————————————可以查看两台主机的subnet网段
[root@Docker1 ~]# etcdctl get /coreos.com/network/subnets/10.0.19.0-24
{"PublicIP":"192.168.2.17","BackendType":"vxlan","BackendData":{"VtepMAC":"2e:10:9c:11:b7:58"}}
[root@Docker1 ~]# etcdctl get /coreos.com/network/subnets/10.0.17.0-24
{"PublicIP":"192.168.2.1","BackendType":"vxlan","BackendData":{"VtepMAC":"5a:ca:20:2c:df:b7"}}

在docker1、2都开启路由功能

[root@Docker1 ~]# vim /etc/sysctl.conf
........内容加入到最后
......
net.ipv4.ip_forward=1         #开启路由功能保存[root@Docker1 ~]# systemctl restart network

三、验证容器互通


[root@Docker1 ~]# docker run -it busybox
..........
....
/ # ip a
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue qlen 1link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00inet 127.0.0.1/8 scope host lovalid_lft forever preferred_lft forever
8: eth0@if9: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP,M-DOWN> mtu 1450 qdisc noqueue link/ether 02:42:0a:00:13:02 brd ff:ff:ff:ff:ff:ffinet 10.0.19.2/24 brd 10.0.19.255 scope global eth0valid_lft forever preferred_lft forever


[root@Docker2 ~]# docker run -it busybox
............
.....
/ # ip a
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue qlen 1link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00inet 127.0.0.1/8 scope host lovalid_lft forever preferred_lft forever
9: eth0@if10: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP,M-DOWN> mtu 1450 qdisc noqueue link/ether 02:42:0a:00:11:03 brd ff:ff:ff:ff:ff:ffinet 10.0.17.3/24 brd 10.0.17.255 scope global eth0valid_lft forever preferred_lft forever

进行ping测试


/ # ping 10.0.17.3
PING 10.0.17.3 (10.0.17.3): 56 data bytes
64 bytes from 10.0.17.3: seq=0 ttl=62 time=0.391 ms
64 bytes from 10.0.17.3: seq=1 ttl=62 time=2.538 ms
64 bytes from 10.0.17.3: seq=2 ttl=62 time=1.073 ms
^C
--- 10.0.17.3 ping statistics ---
3 packets transmitted, 3 packets received, 0% packet loss
round-trip min/avg/max = 0.391/1.334/2.538 ms——————————————————————————————————————
/ # ping 10.0.19.2
PING 10.0.19.2 (10.0.19.2): 56 data bytes
64 bytes from 10.0.19.2: seq=0 ttl=62 time=0.398 ms
64 bytes from 10.0.19.2: seq=1 ttl=62 time=0.363 ms
64 bytes from 10.0.19.2: seq=2 ttl=62 time=0.431 ms
^C
--- 10.0.19.2 ping statistics ---
3 packets transmitted, 3 packets received, 0% packet loss
round-trip min/avg/max = 0.363/0.397/0.431 ms

四、配置backend为host-gw

host-gw bakcend是flannel的另一个backend。与vxlan不同，host-gw不会封装数据包，而是在主机的路由表中创建到其他主机的subnet的路由条目，从而实现容器网络跨主机通信。需要说明的是，host-gw不能跨宿主机网络通信，或者说跨宿主机网络通信需要物理路由支持。性能最好

在docker1上进行操作


[root@Docker1 ~]# jobs -l
[1]+ 19543 运行中               /usr/bin/flanneld --etcd-endpoints="http://192.168.2.17:2379" --iface=192.168.2.17 --etcd-prefix=/coreos.com/network &
[root@Docker1 ~]# kill -9 19543


[root@Docker1 ~]# etcdctl set /coreos.com/network/config '{"Network": "10.0.0.0/16", "SubnetLen": 24, "SubnetMin": "10.0.10.0","SubnetMax": "10.0.20.0", "Backend": {"Type": "host-gw"}}'
{"Network": "10.0.0.0/16", "SubnetLen": 24, "SubnetMin": "10.0.10.0","SubnetMax": "10.0.20.0", "Backend": {"Type": "host-gw"}}

————————————————————  删除以分配的网段
[root@Docker1 ~]# etcdctl ls /coreos.com/network/subnets
/coreos.com/network/subnets/10.0.19.0-24
/coreos.com/network/subnets/10.0.17.0-24
[root@Docker1 ~]# etcdctl rm /coreos.com/network/subnets/10.0.19.0-24
PrevNode.Value: {"PublicIP":"192.168.2.17","BackendType":"vxlan","BackendData":{"VtepMAC":"2e:10:9c:11:b7:58"}}
[root@Docker1 ~]# etcdctl rm /coreos.com/network/subnets/10.0.17.0-24
PrevNode.Value: {"PublicIP":"192.168.2.1","BackendType":"vxlan","BackendData":{"VtepMAC":"5a:ca:20:2c:df:b7"}}

——————————————————————-启动flanneld
[root@Docker1 ~]# /usr/bin/flanneld --etcd-endpoints="http://192.168.2.17:2379" --iface=192.168.2.17 --etcd-prefix=/coreos.com/network &

在docker2上进行操作


[root@Docker2 ~]# jobs -l
[1]+ 91690 运行中               /usr/bin/flanneld --etcd-endpoints="http://192.168.2.17:2379" --iface=192.168.2.17 --etcd-prefix=/coreos.com/network &
[root@Docker2 ~]# kill -9 91690                      [root@Docker2 ~]# /usr/bin/flanneld --etcd-endpoints="http://192.168.2.17:2379" --iface=192.168.2.1 --etcd-prefix=/coreos.com/network &

重启docker


[root@Docker1 ~]# systemctl restart docker                   [root@Docker2 ~]# systemctl restart docker

ping测试


[root@Docker1 ~]# docker run -it busybox
/ # ping 10.0.17.2
PING 10.0.17.2 (10.0.17.2): 56 data bytes
64 bytes from 10.0.17.2: seq=0 ttl=62 time=0.505 ms
64 bytes from 10.0.17.2: seq=1 ttl=62 time=0.487 ms
64 bytes from 10.0.17.2: seq=2 ttl=62 time=0.604 ms
^C
--- 10.0.17.2 ping statistics ---
3 packets transmitted, 3 packets received, 0% packet loss
round-trip min/avg/max = 0.487/0.532/0.604 ms——————————————————————————————————————————————————————————————————————————[root@Docker2 ~]# docker run -it busybox                / # ip a
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue qlen 1link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00inet 127.0.0.1/8 scope host lovalid_lft forever preferred_lft forever
13: eth0@if14: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP,M-DOWN> mtu 1450 qdisc noqueue link/ether 02:42:0a:00:11:02 brd ff:ff:ff:ff:ff:ffinet 10.0.17.2/24 brd 10.0.17.255 scope global eth0valid_lft forever preferred_lft forever

可以在宿主机上查看到路由条目（重新打开一个窗口）

        #可以看到10.0.17.0/24 的下一跳就是 192.168.2.254，其中间就少了封装与解封装的过程
[root@Docker1 ~]# ip route
default via 192.168.0.1 dev ens37 proto static metric 100
default via 192.168.2.254 dev ens33 proto static metric 101
10.0.17.0/24 via 192.168.2.1 dev ens33
10.0.19.0/24 dev docker0 proto kernel scope link src 10.0.19.1
192.168.0.0/24 dev ens37 proto kernel scope link src 192.168.0.9 metric 102
192.168.2.0/24 dev ens33 proto kernel scope link src 192.168.2.17 metric 100 ————————————————————————————————————————————————————/ # traceroute 10.0.17.2            #可以进行抓包查看
traceroute to 10.0.17.2 (10.0.17.2), 30 hops max, 46 byte packets1  10.0.19.1 (10.0.19.1)  0.005 ms  0.004 ms  0.004 ms2  192.168.2.1 (192.168.2.1)  0.259 ms  0.843 ms  0.251 ms3  10.0.17.2 (10.0.17.2)  0.432 ms  0.451 ms  0.399 ms

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docker启动时,会在宿主主机上创建一个名为docker0的虚拟网络接口.默认选择172.17.42.1/16,一个16位的子网掩码给容器提供了65534个IP地址.docker0仅仅是一个在绑定到 ...
docker flannel网络部署和路由走向分析
1.flannel介绍 flannel是coreos开发的容器网络解决方案.flannel为每个host分配一个subnet,容器从此subnet中分配ip.这些ip可以在host间路由,容器间无需n ...
kubernetes （k8s)的二进制部署单节点（etcd和flannel网络）
文章目录 1 常见的k8s部署方式 2 环境准备 2.1 拓扑 2.2 所有主机关闭防火墙,selinux,swap 2.3 所有主机配置主机名,并再maser上做主机映射 2.4 所有主机将桥接的I ...
Kubernetes二进制部署——Flannel网络
Kubernetes二进制部署--Flannel网络一.Flannel简介二.Flannel原理三.Flannel的作用四.Flannel 网络配置 1.node 节点安装 docker 2. ...
centos7配置br0_Docker CentOS7 修改网络配置与宿主机桥接
Docker CentOS7 修改网络配置与宿主机桥接 1.创建桥接物理网络 (1)新建br0桥接网络,brctl show可以查看(需安装bridge-utils) (2)将宿主机物理网卡IP.掩码 ...
Docker6种网络配置详解，网络模式应该这么选
文章目录一.Bridge网络模式二.Host网络模式三.Overlay网络模式四.None网络模式五.Macvlan网络模式六.Ipvlan网络模式七.网络模式选择在Docker中,网 ...

Docker的Flannel网络配置