docker的网络-Container network interface(CNI)与Container network model(CNM)
Overview
目前围绕着docker的网络,目前有两种比较主流的声音,docker主导的Container network model(CNM)和社区主导的Container network interface(CNI)。本文就针对两者模型进行分别介绍。
Container Networking Interface
概述
Container Networking Interface(CNI)提供了一种linux的应用容器的插件化网络解决方案。最初是由rkt Networking Proposal发展而来。也就是说,CNI本身并不完全针对docker的容器,而是提供一种普适的容器网络解决方案。因此他的模型只涉及两个概念:
- 容器(container) : 容器是拥有独立linux网络命名空间的独立单元。比如rkt/docker创建出来的容器。
这里很关键的是容器需要拥有自己的linux网络命名空间。这也是加入网络的必要条件。
- 网络(network): 网络指代了可以相互联系的一组实体。这些实体拥有各自独立唯一的ip。这些实体可以是容器,是物理机,或者其他网络设备(比如路由器)等。
接口及实现
CNI的接口设计的非常简洁,只有两个接口ADD/DELETE。
以 ADD接口为例
Add container to network
参数主要包括:
- Version. CNI版本号
- Container ID. 这是一个可选的参数,提供容器的id
- Network namespace path. 容器的命名空间的路径,比如 /proc/[pid]/ns/net。
- Network configuration. 这是一个json的文档,具体可以参看network-configuration
- Extra arguments. 其他参数
- Name of the interface inside the container. 容器内的网卡名
返回值:
- IPs assigned to the interface. ipv4或者ipv6地址
- DNS information. DNS相关信息
调用实现
CNI的调用方式是通过一个可执行文件进行的。这里以calico为例,说明CNI插件的调用方式。
首先,calico进行插件注册
mkdir -p /etc/cni/net.d
$ cat >/etc/cni/net.d/10-calico.conf <<EOF
{
"name": "calico-k8s-network",
"type": "calico",
"etcd_authority": "<ETCD_IP>:<ETCD_PORT>",
"log_level": "info",
"ipam": {
"type": "calico-ipam"
},
"policy": {
"type": "k8s"
}
}
EOF
k8s的DefaultCNIDir是/opt/cni/bin
。因为注册的type
是calico
,所以k8s会从/opt/cni/bin
中搜索一个calico
的可执行文件,然后进行执行。
执行的时候传递参数有两种方式,一种是通过环境变量进行传递,比如上文中的Version、Container ID等;另外一种是通过执行calico
作为执行的参数传进去,这个主要就是Network configuration的部分,通过json将其打包传入。
同样判断是否执行成功,是通过执行文件的返回值获取的。0为成功,1为版本版本不匹配,2为存在不符合的字段。如果执行成功,返回值将通过stdout返回。
Container Network Model
概述
相较于CNI,CNM是docker公司力推的网络模型。其主要模型如下图:
Sandbox
Sandbox包含了一个容器的网络栈。包括了管理容器的网卡,路由表以及DNS设置。一种Sandbox的实现是通过linux的网络命名空间,一个FreeBSD Jail 或者其他类似的概念。一个Sandbox可以包含多个endpoints。
Endpoint
一个endpoint将Sandbox连接到network上。一个endpoint的实现可以通过veth pair,Open vSwitch internal port 或者其他的方式。一个endpoint只能属于一个network,也只能属于一个sandbox。
Network
一个network是一组可以相互通信的endpoints组成。一个network的实现可以是linux bridge,vlan或者其他方式。一个网络中可以包含很多个endpoints。
接口
CNM的接口相较于CNI模型,较为复杂。其提供了remote plugin的方式,进行插件化开发。remote plugin相较与CNI的命令行,更加友好一些,是通过http请求进行的。remote plugin监听一个指定的端口,docker daemon直接通过这个端口与remote plugin进行交互。
鉴于CNM的接口较多,这里就不一一展开解释了。这里主要介绍下在进行docker的操作中,docker daemon是如何同CNM插件繁盛交互。
调用过程
Create Network
这一系列调用发生在使用docker network create
的过程中。
- /IpamDriver.RequestPool: 创建subnetpool用于分配IP
- /IpamDriver.RequestAddress: 为gateway获取IP
- /NetworkDriver.CreateNetwork: 创建neutron network和subnet
Create Container
这一系列调用发生在使用docker run
,创建一个contain的过程中。当然,也可以通过docker network connect
触发。
- /IpamDriver.RequestAddress: 为容器获取IP
- /NetworkDriver.CreateEndpoint: 创建neutron port
- /NetworkDriver.Join: 为容器和port绑定
- /NetworkDriver.ProgramExternalConnectivity:
- /NetworkDriver.EndpointOperInfo
Delete Container
这一系列调用发生在使用docker delete
,删除一个contain的过程中。当然,也可以通过docker network disconnect
触发。
- /NetworkDriver.RevokeExternalConnectivity
- /NetworkDriver.Leave: 容器和port解绑
- /NetworkDriver.DeleteEndpoint
- /IpamDriver.ReleaseAddress: 删除port并释放IP
Delete Network
这一系列调用发生在使用docker network delete
的过程中。
- /NetworkDriver.DeleteNetwork: 删除network
- /IpamDriver.ReleaseAddress: 释放gateway的IP
- /IpamDriver.ReleasePool: 删除subnetpool
CNI与CNM的转化
CNI和CNM并非是完全不可调和的两个模型。二者可以进行转化。比如calico项目就是直接支持两种接口模型。
从模型中来看,CNI中的container应与CNM的sandbox概念一致,CNI中的network与CNM中的network一致。在CNI中,CNM中的endpoint被隐含在了ADD/DELETE的操作中。CNI接口更加简洁,把更多的工作托管给了容器的管理者和网络的管理者。从这个角度来说,CNI的ADD/DELETE接口其实只是实现了docker network connect
和docker network disconnect
两个命令。
kubernetes/contrib项目提供了一种从CNI向CNM转化的过程。其中原理很简单,就是直接通过shell脚本执行了docker network connect
和docker network disconnect
命令,来实现从CNI到CNM的转化。
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