docker_macvlan

macvlan

目录

• macvlan
  • 准备实验环境
  • 创建macvlan网络
  • macvlan 网络结构分析
  • 用 sub-interface 实现多 macvlan 网络
  • macvlan的网络隔离和联通

macvlan的原理是在宿主机物理网卡上虚拟出多个子网卡，通过不同的MAC地址在数据链路层（Data Link Layer）进行网络数据转发的，它是比较新的网络虚拟化技术，需要较新的内核支持（Linux kernel v3.9–3.19 and 4.0+）。

准备实验环境

使用 node-1 和 host2 上单独的网卡ens38 创建 macvlan。为保证多个 MAC 地址的网络包都可以从 ens38通过，需要打开网卡的混杂模式。

ip link set ens38 promisc on

确保 ens38 状态 UP 并且 promisc 模式已经生效。

创建macvlan网络

在 node-2 中也要执行相同的命令。

root@node-2:~# docker network create  -d macvlan --subnet=172.16.86.0/24 --gateway=172.16.86.1  -o parent=ens38 mac_net1
fc9f85149d08638194aef4722d255e0cbda8a982653ad858d9a76fa96b00f43e
root@node-2:~#

① -d macvlan 指定 driver 为 macvlan。

② macvlan 网络是 local 网络，为了保证跨主机能够通信，用户需要自己管理 IP subnet。

③ 与其他网络不同，docker 不会为 macvlan 创建网关，这里的网关应该是真实存在的，否则容器无法路由。

④ -o parent 指定使用的网络 interface。

在 node-1 中运行容器 bbox1 并连接到 mac_net1。

由于 node-1 中的 mac_net1 与 node-2 中的 mac_net1 本质上是独立的，为了避免自动分配造成 IP 冲突，需要通过 --ip 指定 bbox1 地址为 172.16.86.11。

在 node-2 中运行容器 bbox2，指定 IP 172.16.86.10。

验证 bbox1 和 bbox1 的连通性。

macvlan 网络结构分析

macvlan 不依赖 Linux bridge，brctl show 可以确认没有创建新的 bridge。

查看一下容器 bbox1 的网络设备：

除了 lo，容器只有一个 eth0，请注意 eth0 后面的 @if4，这表明该 interface 有一个对应的 interface，其全局的编号为 4。根据 macvlan 的原理,这个 interface 就是主机的 ens38，确认如下：

容器的 eth0 就是 ens38 通过 macvlan 虚拟出来的 interface。容器的 interface 直接与主机的网卡连接，这种方案使得容器无需通过 NAT 和端口映射就能与外网直接通信（只要有网关），在网络上与其他独立主机没有区别。当前网络结构如图所示：

用 sub-interface 实现多 macvlan 网络

macvlan 会独占主机的网卡，也就是说一个网卡只能创建一个 macvlan 网络，否则会报错：

macvlan 不仅可以连接到 interface（如 enp38），也可以连接到 sub-interface（如 ens38.xx）

VLAN 是现代网络常用的网络虚拟化技术，它可以将物理的二层网络划分成多达 4094 个逻辑网络，这些逻辑网络在二层上是隔离的，每个逻辑网络（即 VLAN）由 VLAN ID 区分，VLAN ID 的取值为 1-4094。

Linux 的网卡也能支持 VLAN（apt-get install vlan），同一个 interface 可以收发多个 VLAN 的数据包，不过前提是要创建 VLAN 的 sub-interface。

比如希望 ens38 同时支持 VLAN10 和 VLAN20，则需创建 sub-interface enp0s9.10 和 enp0s9.20。

在交换机上，如果某个 port 只能收发单个 VLAN 的数据，该 port 为 Access 模式，如果支持多 VLAN，则为 Trunk 模式，所以接下来实验的前提是：

enp38要接在交换机的 trunk 口上。如果用的是 VirtualBox 虚拟机，则不需要额外配置了。

在 ens38.10 和 ens38.20 上创建 macvlan 网络。

首先编辑 node-1和node-2 的 /etc/network/interfaces，配置 sub-auto ens38

然后启用 sub-interface：

ifup ens38.10

ifup ens38.20

创建 macvlan 网络：

docker network create -d macvlan --subnet=172.16.10.0/24 --gateway=172.16.10.1 -o parent=ens38.10 mac_net10

docker network create -d macvlan --subnet=172.16.20.0/24 --gateway=172.16.20.1 -o parent=ens38.20 mac_net20

在 node-1中运行容器：

docker run -itd --name bbox1 --ip=172.16.10.10 --network mac_net10 busybox

docker run -itd --name bbox2 --ip=172.16.20.10 --network mac_net20 busybox

在 node-2中运行容器：

docker run -itd --name bbox3 --ip=172.16.10.11 --network mac_net10 busybox

docker run -itd --name bbox4 --ip=172.16.20.11 --network mac_net20 busybox

当前网络结构如图所示

macvlan的网络隔离和联通

macvlan 之间的连通性

bbox1 能 ping 通 bbox3，bbox2 能 ping 通 bbox4。即：同一 macvlan 网络能通信。

bbox1 无法 ping 通 bbox2 和 bbox4。即：不同 macvlan 网络之间不能通信。但更准确的说法应该是：不同 macvlan 网络不能 在二层上 通信。

在三层上可以通过网关将 macvlan 连通，新建虚拟机（192.168.113.5 ）做路由

将192.168.113.5 配置成一个虚拟路由器，设置网关并转发 VLAN10 和 VLAN20 的流：首先确保操作系统 IP Forwarding 已经启用。

root@node-2:~# ifconfig enp0s8.10 172.16.10.1 netmask 255.255.255.0 up
root@node-2:~# ifconfig enp0s8.20 172.16.20.1 netmask 255.255.255.0 up

需要开启防火墙

然后执行sysctl -w net.ipv4.ip_forward=1

添加 iptables 规则，转发不同 VLAN 的数据包。

root@node-2:~# iptables -t nat -A POSTROUTING -o enp0s8.10 -j MASQUERADE
root@node-2:~# iptables -t nat -A POSTROUTING -o enp0s8.20 -j MASQUERADE
root@node-2:~# iptables -A FORWARD -i enp0s8.10 -o enp0s8.20 -m state --state RELATED,ESTABLISHED -j ACCEPT
root@node-2:~# iptables -A FORWARD -i enp0s8.20 -o enp0s8.10 -m state --state RELATED,ESTABLISHED -j ACCEPT
root@node-2:~# iptables -A FORWARD -i enp0s8.10 -o enp0s8.20 -j ACCEPT
root@node-2:~# iptables -A FORWARD -i enp0s8.20 -o enp0s8.10 -j ACCEPT

① 因为 bbox1 与 bbox4 在不同的 IP 网段，跟据 bbox1 的路由表：

root@node-1:~# docker exec bbox1 ip route
default via 172.16.10.1 dev eth0
172.16.10.0/24 dev eth0 scope link  src 172.16.10.10
root@node-1:~#

数据包将发送到网关 172.16.10.1。

② 路由器从 eth2.10 收到数据包，发现目的地址是 172.16.20.11，查看自己的路由表：

于是将数据包从 eth2.20 转发出去。

③ 通过 ARP 记录的信息，路由器能够得知 172.16.20.11 在 host2 上，于是将数据包发送给 host2。

④ host2 根据目的地址和 VLAN 信息将数据包发送给 bbox4。

macvlan 网络的连通和隔离完全依赖 VLAN、IP subnet 和路由，docker 本身不做任何限制，用户可以像管理传统 VLAN 网络那样管理 macvlan。