2024-03-17  c05133b06d201e65034afb81a6d9acae 99+   18 分钟   2.7 k0次访问

Docker 容器如何访问外部网络端以及口映射原理？

不必太纠结于当下，也不必太忧虑未来，当你经历过一些事情的时候，眼前的风景已经和从前不一样了。——村上春树

写在前面

  • 整理 Docker 容器如何访问外部网络端以及口映射原理做简单分享
  • 理解不足小伙伴帮忙指正

不必太纠结于当下，也不必太忧虑未来，当你经历过一些事情的时候，眼前的风景已经和从前不一样了。——村上春树

我们知道正常情况下，在 Docker 中启动一个容器，这个容器可以自动的访问外部网络,今天我们就来看看 docker 中的容器是如何访问外部网络的？

默认情况下，当我们什么配置都不做，docker 会为每个创建的容器使用 Bridge Network 类型的网络，同时 docker 默认使用过 bridge 的网络驱动

可以通过下面的命令来验证

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liruilonger@cloudshell:~$ docker network inspect bridge --format='{{.Driver}}'
bridge
liruilonger@cloudshell:~$ docker network inspect bridge
[
    {
        "Name": "bridge",
        "Id": "cd77486c39955f3d2369fe32e1f5b9b65d81c1a07bb677b085cec72b8fb52440",
        "Created": "2024-03-26T13:03:43.742084591Z",
        "Scope": "local",
        "Driver": "bridge",
        "EnableIPv6": false,
        "IPAM": {
            "Driver": "default",
            "Options": null,
            "Config": [
                {
                    "Subnet": "172.17.0.0/16",
                    "Gateway": "172.17.0.1"
                }
            ]
        },
        "Internal": false,
        "Attachable": false,
        "Ingress": false,
        "ConfigFrom": {
            "Network": ""
        },
        "ConfigOnly": false,
        "Containers": {},
        "Options": {
            "com.docker.network.bridge.default_bridge": "true",
            "com.docker.network.bridge.enable_icc": "true",
            "com.docker.network.bridge.enable_ip_masquerade": "true",
            "com.docker.network.bridge.host_binding_ipv4": "0.0.0.0",
            "com.docker.network.bridge.name": "docker0",
            "com.docker.network.driver.mtu": "1460"
        },
        "Labels": {}
    }
]
liruilonger@cloudshell:~$
liruilonger@cloudshell:~$ docker info | grep -i network
  Network: bridge host ipvlan macvlan null overlay

现在我们启动一个 nginx 容器

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liruilonger@cloudshell:~$ docker run -d -p 2024:80 --name mynginxs nginx
704b4427a24d56e6a2cc999fcf95125c73e665cb90029b191febc405f90a789a
liruilonger@cloudshell:~$

映射端口访问正常

在这里插入图片描述

同时在容器内部访问 外部网站正常

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liruilonger@cloudshell:~$ docker ps
CONTAINER ID   IMAGE     COMMAND                  CREATED         STATUS         PORTS                  NAMES
704b4427a24d   nginx     "/docker-entrypoint.…"   2 minutes ago   Up 2 minutes   0.0.0.0:2024->80/tcp   mynginxs
liruilonger@cloudshell:~$ docker exec -it 704b4427a24d bash
root@704b4427a24d:/# curl baidu.com
<html>
<meta http-equiv="refresh" content="0;url=http://www.baidu.com/">
</html>
root@704b4427a24d:/#

现在我么来看看容器访问 baidu.com 是如何发生的？在这之前，我需要看一下当前容器的网络配置

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liruilonger@cloudshell:~$ docker inspect 704b4427a24d

之所以能够实现访问外网，下面的配置必不可少

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"NetworkSettings": {
    "Bridge": "",
    "SandboxID": "29735aa89eefbbbc03beb8f120aab0d0898de7b46959cf560739748458a1f8ca",
    "SandboxKey": "/var/run/docker/netns/29735aa89eef",
    "Ports": {
        "80/tcp": [
            {
                "HostIp": "0.0.0.0",
                "HostPort": "2024"
            }
        ]
    },
    "HairpinMode": false,
    "LinkLocalIPv6Address": "",
    "LinkLocalIPv6PrefixLen": 0,
    "SecondaryIPAddresses": null,
    "SecondaryIPv6Addresses": null,
    "EndpointID": "c8e13b9e448504121192937ac4e4619c3dbdcc58fd26b89a601f3bba61dd9f21",
    "Gateway": "172.17.0.1",
    "GlobalIPv6Address": "",
    "GlobalIPv6PrefixLen": 0,
    "IPAddress": "172.17.0.2",
    "IPPrefixLen": 16,
    "IPv6Gateway": "",
    "MacAddress": "02:42:ac:11:00:02",
    "Networks": {
        "bridge": {
            "IPAMConfig": null,
            "Links": null,
            "Aliases": null,
            "MacAddress": "02:42:ac:11:00:02",
            "NetworkID": "cd77486c39955f3d2369fe32e1f5b9b65d81c1a07bb677b085cec72b8fb52440",
            "EndpointID": "c8e13b9e448504121192937ac4e4619c3dbdcc58fd26b89a601f3bba61dd9f21",
            "Gateway": "172.17.0.1",
            "IPAddress": "172.17.0.2",
            "IPPrefixLen": 16,
            "IPv6Gateway": "",
            "GlobalIPv6Address": "",
            "GlobalIPv6PrefixLen": 0,
            "DriverOpts": null,
            "DNSNames": null
        }
    }
}

通过上面的配置信息，可以找到有用的信息

IP 地址为： “IPAddress”: “172.17.0.2”,
网关为： “Gateway”: “172.17.0.1”

简单梳理一下流程：

  1. 首先在容器内发起对 baidu.com 的访问请求
  2. 请求首先被容器中网络命名空间(/var/run/docker/netns/29735aa89eef)对应的网络栈接收
  3. 容器内的网络栈将检查目标地址是否在容器网络的子网范围内。由于 baidu.com 不在容器网络内，网络栈确定需要将请求发送到容器外部网络
  4. 所以容器要找网关 172.17.0.1 把请求发出去。这里的网关地址实际上是在安装 docker 是默认创建的桥虚拟接设备 docker0

通过下面的命令我们可以看到

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liruilonger@cloudshell:~$ ifconfig  docker0
docker0: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST>  mtu 1460
        inet 172.17.0.1  netmask 255.255.0.0  broadcast 172.17.255.255
        ether 02:42:87:21:0a:8b  txqueuelen 0  (Ethernet)
        RX packets 23  bytes 2710 (2.6 KiB)
        RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0
        TX packets 23  bytes 4437 (4.3 KiB)
        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0

liruilonger@cloudshell:~$

实际上在创建 容器之后，docker 会默认帮我们做一些事

  • 会创建一个容器对应的 Linux 网络命名空间
  • 创建一对 veth pair，将其中一个端口连接到根命名空间中的网桥docker0上，另一个端口放置在容器命名空间中。
  • 在容器命名空间中配置 IP 地址(172.17.0.2)，并将该设备激活。
  • 在根命名空间中启用 IP 转发功能（通过设置 net.ipv4.ip_forward=1），同时在容器命名空间配置默认网关(172.17.0.1)。
  • 配置 NAT 规则 SNAT，将容器网络命名空间中的流量转发的源IP地址转化为根命名空间中的IP地址。

可以通过 sudo iptables -t nat -nL 命令查到POSTROUTING 链中配置的 SNAT 规则

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Chain POSTROUTING (policy ACCEPT)
target     prot opt source               destination
MASQUERADE  all  --  172.17.0.0/16        0.0.0.0/0

它将源地址为 172.17.0.0/16（Docker 桥接网络的子网）的所有数据包的源地址修改为主机的 IP 地址，并将目标地址设置为 0.0.0.0/0，表示任何目标地址。这个规则允许位于 Docker 桥接网络中的容器访问外部网络和互联网资源。

  • 目标命名空间中的流量将通过默认网关走网桥 IP 地址转发到根命名空间中，并通过根命名空间中的网络设备连接到互联网。
  1. 所以在到了网关地址对应的 Linux 网桥设备 docker0 之后，因为默认开启了 ipv4 转发，即可以简单理解为把宿主机当交换机, docker0 的流量会直接转发到外部网络
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liruilonger@cloudshell:~$ ip route
default via 10.88.0.1 dev eth0 
10.88.0.0/16 dev eth0 proto kernel scope link src 10.88.0.4 
172.17.0.0/16 dev docker0 proto kernel scope link src 172.17.0.1 
liruilonger@cloudshell:~$
  1. Docker 宿主机的网络栈接收到请求后，宿主机的网络配置设置了 SNAT，它将转换容器内部的源 IP 地址为宿主机的 IP 地址，宿主机上的网络栈将根据自己的路由表和网络配置，将请求转发到外部网络，同时以便响应返回时能正确到达容器
  2. 之后的请求就是宿主机和公网的通行，这里不多描述

所以一般情况下，容器访问外部网络，需要两个因素：

  • ip_forward(开启 IPV4 转发)
  • SNAT/MASQUERADE(配置 SNAT/MASQUERADE)

所以如果发现容器内访问不了外部网络，则需要确认系统的ip_forward是否已打开。或者检查docker daemon启动的时候--ip-forward参数是不是被设置成false了，如果是的话，则需要设置--ip-forward=true重新启动 Docker，Docker 会打开主机的 ip forward。

即从容器网段出来访问外部网络的包，都要做一次MASQUERADE，即出去的包都用主机的IP地址替换源地址。

下面为当前容器宿主机所有链上的 nat 表的防火墙规则

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liruilonger@cloudshell:~$ sudo iptables -t nat -nL
Chain PREROUTING (policy ACCEPT)
target     prot opt source               destination
DNAT       tcp  --  0.0.0.0/0            169.254.169.254      tcp dpt:80 to:127.0.0.1:900
DOCKER     all  --  0.0.0.0/0            0.0.0.0/0            ADDRTYPE match dst-type LOCAL

Chain INPUT (policy ACCEPT)
target     prot opt source               destination

Chain OUTPUT (policy ACCEPT)
target     prot opt source               destination
DNAT       tcp  --  0.0.0.0/0            169.254.169.254      tcp dpt:80 to:127.0.0.1:900
DNAT       tcp  --  0.0.0.0/0            169.254.169.254      tcp dpt:8080 to:169.254.169.254:80
DOCKER     all  --  0.0.0.0/0           !127.0.0.0/8          ADDRTYPE match dst-type LOCAL

Chain POSTROUTING (policy ACCEPT)
target     prot opt source               destination
MASQUERADE  all  --  172.17.0.0/16        0.0.0.0/0
MASQUERADE  tcp  --  172.17.0.2           172.17.0.2           tcp dpt:80

Chain DOCKER (2 references)
target     prot opt source               destination
RETURN     all  --  0.0.0.0/0            0.0.0.0/0
DNAT       tcp  --  0.0.0.0/0            0.0.0.0/0            tcp dpt:2024 to:172.17.0.2:80
liruilonger@cloudshell:~$

这里我们顺便看一下，容器端口映射的原理，实际上主要在 DOCKER 这条自定义链上配置了 DNAT

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Chain DOCKER (2 references)
target     prot opt source               destination
RETURN     all  --  0.0.0.0/0            0.0.0.0/0
DNAT       tcp  --  0.0.0.0/0            0.0.0.0/0            tcp dpt:2024 to:172.17.0.2:80
liruilonger@cloudshell:~$

第二个规则是针对源地址为0.0.0.0/0，目标地址为0.0.0.0/0，目标端口为2024的TCP数据包。这个规则将数据包的目标地址修改为172.17.0.2:80，即将数据包重定向到172.17.0.2的端口80。

这里实际上进行了端口映射的操作,也就是 DNAT 发生的地方，它有两处引用

分别是PREROUTING链和OUTPUT链，意味着从外面发到本机和本地进程访问本机（由 iptables 匹配规则ADDRTYPE match dst-type LOCAL指定）的 2024 端口的包目的地址都会被修改成 172.17.0.2:80。

关于 docker 的端口映射， 除了使用docker ps命令给出容器的端口映射关系，还可以使用docker port命令查看容器的端口在主机上的映射

这里简单分享一些 DNAT 和 SNAT 的知识

SNAT/DNAT 认知

DNAT

DNAT根据指定条件 修改数据包的目标IP地址和目标端口 。DNAT 的原理和我们上文讨论的端口转发原理差不多，差别是端口转发不修改IP地址。使用iptables做目的地址转换的一个典型例子如下:

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iptables -t nat -A PREROUTING -d 1.2.3.4  -p tcp -dport 80 -j DNAT  --to-destination 10.20.30.40:8080
  • -j DNAT 表示目的地址转换
  • -d 1.2.3.4 -p tcp –dport 80 表示匹配的包,条件是访问目的地址和端口为1.2.3.4:80的TCP包
  • –to-destination 表示将该包的目的地址和端口修改成 10.20.30.40:8080。

同样，DNAT不修改协议。如果要匹配网卡，可以用 -i eth0 指定收到包的网卡(i 是 input 的缩写)。需要注意的是，DNAT 只发生在 nat表的 PREROUTING 链和 OUTPUT，这也是我们要指定收到包的网卡而不是发出包的网卡的原因

当涉及转发的目的IP地址是外机时，需要确保启用 ip forward 功能，即把 Linux :

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echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward

SNAT/ 网络地址欺骗

神秘的网络地址欺骗其实是SNAT的一种。SNAT 根据指定条件修改数据包的源IP地址，即 DNAT 的逆操作。与 DNAT 的限制类似，SNAT 策略只能发生在 nat 表的 POSTROUTING 链 和 INPUT 链。

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ipttables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.26.12 -o eth0 -j SNAT -to-source 10.127.16.1
  • -j SNAT表示源地址转换
  • -s 192.168.1.12 表示匹配的包源地址是 192.168.1.12，
  • –to-source 表示将该包的源地址修改成 10.172.16.1。与DNAT类似
  • -o eth0(o是output的缩写)匹配发包的网卡

至于网络地址伪装，与SNAT类似,其实就是一种特殊的源地址转换，报文从哪个网卡出就用该网卡上的IP地址替换该报文的源地址，具体用哪个IP地址由内核决定。下面这条规则的意思是：源地址是 10.8.0.0/16 的报文都做一次 Masq 。

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iptable -t nat -A POSTROUTING -s 10.8.0.0/16 -j MASQUERADE

在这里插入图片描述

博文部分内容参考

© 文中涉及参考链接内容版权归原作者所有，如有侵权请告知 :)

© 2018-至今 liruilonger@gmail.com, All rights reserved. 保持署名-非商用-相同方式共享(CC BY-NC-SA 4.0)

Docker 容器如何访问外部网络端以及口映射原理？

https://liruilongs.github.io/2024/03/17/docker/Docker 容器如何访问外部网络端以及口映射原理？/

发布于

2024-03-17

更新于

2024-11-22

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