Docker 网络之bridge如何与外部通信

讨论容器如何与外部世界通信。这里涉及两个方向：

• 容器访问外部世界
• 外部世界访问容器

容器访问外部世界

在我们当前的实验环境下，docker host 是可以访问外网的。

[root@localhost ~]# ping -c 2 www.baidu.com
PING www.a.shifen.com (180.101.49.12) 56(84) bytes of data.
64 bytes from 180.101.49.12 (180.101.49.12): icmp_seq=1 ttl=128 time=12.2 ms
64 bytes from 180.101.49.12 (180.101.49.12): icmp_seq=2 ttl=128 time=15.1 ms

 我们看一下容器是否也能访问外网呢？

[root@localhost ~]# docker ps
CONTAINER ID        IMAGE               COMMAND             CREATED             STATUS              PORTS               NAMES
f7b1aff354b3        busybox             "sh"                3 seconds ago       Up 3 seconds                            reverent_ganguly


[root@localhost ~]# docker exec -it f7b1aff354b3 ping www.baidu.com
PING www.baidu.com (180.101.49.11): 56 data bytes
64 bytes from 180.101.49.11: seq=0 ttl=127 time=12.165 ms
64 bytes from 180.101.49.11: seq=1 ttl=127 time=16.288 ms

可见，容器默认就能访问外网。

请注意：这里外网指的是容器网络以外的网络环境，并非特指 internet。现象很简单，但更重要的：我们应该理解现象下的本质。

在上面的例子中，busybox 位于 docker0 这个私有 bridge 网络中（172.17.0.1/16），当 busybox 从容器向外 ping 时，数据包是怎样到达 www.baidu.com 的呢？

这里的关键就是 NAT。我们查看一下 docker host 上的 iptables 规则：

[root@localhost ~]# iptables -t nat -S | grep 172
-A POSTROUTING -s 172.17.0.0/16 ! -o docker0 -j MASQUERADE

在 NAT 表中，有这么一条规则：

-A POSTROUTING -s 172.17.0.0/16 ! -o docker0 -j MASQUERADE

其含义是：如果网桥 docker0 收到来自 172.17.0.0/16 网段的外出包，把它交给 MASQUERADE 处理。而 MASQUERADE 的处理方式是将包的源地址替换成 host 的地址发送出去，即做了一次网络地址转换（NAT）。 

下面我们通过 tcpdump 查看地址是如何转换的。先查看 docker host 的路由表：

[root@localhost ~]# docker exec -it f7b1aff354b3 ip r
default via 172.17.0.1 dev eth0 
172.17.0.0/16 dev eth0 scope link  src 172.17.0.2 

 默认路由通过 enp0s3发出去，所以我们要同时监控 enp0s3 和 docker0 上的 icmp（ping）数据包。

当 busybox ping www.baidu.com 时，tcpdump 输出如下：

[root@localhost ~]# docker exec -it f7b1aff354b3  ping www.baidu.com
PING www.baidu.com (180.101.49.11): 56 data bytes
64 bytes from 180.101.49.11: seq=0 ttl=127 time=13.160 ms
64 bytes from 180.101.49.11: seq=1 ttl=127 time=17.243 ms

[root@localhost ~]# tcpdump -i docker0 -n icmp
tcpdump: verbose output suppressed, use -v or -vv for full protocol decode
listening on docker0, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 262144 bytes
21:11:26.046752 IP 172.17.0.2 > 180.101.49.11: ICMP echo request, id 4096, seq 3, length 64
21:11:26.062092 IP 180.101.49.11 > 172.17.0.2: ICMP echo reply, id 4096, seq 3, length 64
21:11:27.047491 IP 172.17.0.2 > 180.101.49.11: ICMP echo request, id 4096, seq 4, length 64
21:11:27.059749 IP 180.101.49.11 > 172.17.0.2: ICMP echo reply, id 4096, seq 4, length 64
21:11:28.048815 IP 172.17.0.2 > 180.101.49.11: ICMP echo request, id 4096, seq 5, length 64
21:11:28.065423 IP 180.101.49.11 > 172.17.0.2: ICMP echo reply, id 4096, seq 5, length 64

docker0 收到 busybox 的 ping 包，源地址为容器 IP 172.17.0.2，这没问题，交给 MASQUERADE 处理。这时，在 enp0s3 上我们看到了变化：

[root@localhost ~]# tcpdump -i enp0s3 -n icmp
tcpdump: verbose output suppressed, use -v or -vv for full protocol decode
listening on ens33, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 262144 bytes
21:18:36.827410 IP 10.0.2.15 > 180.101.49.11: ICMP echo request, id 10496, seq 10, length 64
21:18:36.842159 IP 180.101.49.11 > 10.0.2.15: ICMP echo reply, id 10496, seq 10, length 64
21:18:37.828102 IP 10.0.2.15 > 180.101.49.11: ICMP echo request, id 10496, seq 11, length 64
21:18:37.841376 IP 180.101.49.11 > 10.0.2.15: ICMP echo reply, id 10496, seq 11, length 64
21:18:38.829574 IP 10.0.2.15 > 180.101.49.11 : ICMP echo request, id 10496, seq 12, length 64
21:18:38.845152 IP 180.101.49.11> 10.0.2.15: ICMP echo reply, id 10496, seq 12, length 64

ping 包的源地址变成了 enp0s3 的 IP 10.0.2.15

这就是 iptable NAT 规则处理的结果，从而保证数据包能够到达外网。下面用一张图来说明这个过程：

1. busybox 发送 ping 包：172.17.0.2 > www.baidu.com。

2. docker0 收到包，发现是发送到外网的，交给 NAT 处理。

3. NAT 将源地址换成 enp0s3 的 IP：10.0.2.15 > www.bing.com。

4. ping 包从 enp0s3 发送出去，到达 www.bing.com。

通过 NAT，docker 实现了容器对外网的访问。