浅谈容器网络原理
我们将深入探讨容器和 Kubernetes 的网络原理，以全面了解 Kubernetes Network 的 Service。这些知识将帮助您轻松理解和使用 Service。
容器技术充分利用 Linux 的原生功能，如命名空间隔离、cgroup 限制和 rootfs，实现隔离和限制。同样地，容器网络也依赖于 Linux 原生能力，无需引入新技术。
Linux 的 Namespace 机制赋予容器隔离性，创造出虚拟网络环境。每个容器拥有独立的网络栈，包括网卡、回环设备、路由表和规则集，实现网络隔离，为容器提供一个宛若独立操作系统的专属网络空间。这种隔离性为容器化应用创造了理想的运行环境。
容器虽然拥有网络栈，但仍需通过宿主机的网络栈与外界通信。如下所示，容器网络流量先通过容器网络栈，再经由宿主机的网络栈转发到外界。
在 Linux 中无缝连接网络空间：Veth Pair
Veth pair 是一种虚拟设备，成对出现，就像连接两个网络空间的虚拟网线。发送到一个设备的数据会直接到达另一个设备，实现网络空间之间的无缝连接。它们的两端可以轻松放置在不同的网络空间中，从而连接两个网络 namespace。
veth pair 可以连通两个网络空间，如果我们想要将多个 namespace连通的话 ，就不能只使用 veth pair 了。我们可以类比生活中的物理网络，把网络空间比作不同的主机，在物理网络中，如果需要连接多个主机，我们一般会使用交换机。
而Linux 提供了交换机的虚拟实现，叫做虚拟网桥（Bridge），我们可以在主机上创建一个虚拟网桥，然后将各个容器网络空间通过veth pair 与Bridge连接，这样就实现了各个容器网络空间的打通，如下图所示。
veth为容器提供虚拟网卡，使其拥有独立的网络空间。通过虚拟网桥，同一宿主机上的容器得以相互通信。此外，容器内的应用可经由虚拟网桥和宿主机网卡访问外部服务，实现跨容器和外部环境的无缝连接。
Docker桥接模式，作为其主要网络模式，通过虚拟网桥docker0实现网络连接。该网桥将容器连接到主机网络，同时允许容器之间进行通信。
Docker守护进程掌控着容器网络，在桥接模式下，其主要职责包括：
- 分配和管理IP地址
- 路由容器间通信
- 实现对外部网络的访问
Docker 虚拟网络桥
Docker 守护进程创建并管理 docker0 虚拟网络桥，确保容器间通信顺畅。此网桥是容器通信的关键基础，由守护进程负责配置和状态维护。
Docker 容器虚拟网络接口和 IP 地址分配：
创建新容器时，Docker 守护进程分配：
* 虚拟网络接口（一对）
* 容器端 IP 地址（唯一）
* 网桥连接（另一端连接到 docker0 网桥）
Docker 网络揭秘：使用 "ifconfig" 命令，您可以在 Linux 中查看宿主机网络接口，包括 Docker0 网桥和连接其上的 veth 设备。这些设备是容器与外部网络通信的桥梁，确保容器网络的隔离和可管理性。
Docker 的网络地址转换 (NAT) 机制让容器能够与外部网络通信。容器使用宿主机的 IP 地址访问外部网络，同时外部网络可以访问容器提供的服务。该机制简化了容器的网络连接，同时确保不同容器之间的隔离。
NAT（网络地址转换）是允许内部网络设备使用公共IP地址访问外部网络的过程。
例如，容器通过NAT将数据包的源IP转换为宿主机的IP，以便百度服务器可以返回数据。此过程确保容器可以不受其不可见IP的影响访问外部资源。
Docker 管理端口映射，在容器和主机之间建立端口连接。通过定义映射规则，守护进程在主机网络中设置转发规则，实现外部网络和容器服务的无缝通信。
容器端口无法在外部访问，需要端口映射。通过将宿主机的端口与容器端口关联，外部可以访问容器内的应用程序和服务。
如下图所示：
Docker桥接模式让同一宿主机容器互联并访问外部网络。然而，不同宿主机容器间无法直接通信，缺乏关联性。
为解决容器互联难题，我们提供了一系列解决方案，有效将集群内多主机的容器网络连接起来。欲了解详情，敬请关注后续文章。
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