Windows容器网络

前言：下面请允许我激动的介绍Windows容器以及微软和Docker的合作。我们团队投入大量资源研发出Windows Server Technical Preview 5容器网络堆栈，除借鉴Docker的管理经验外，还研发出Windows容器特有的功能和特性。本文将围绕Windows容器的网络堆栈，讲述如何使用Docker让容器网络连通，以及微软如何使容器成为基于Microsoft Azure Stack所构建的现代数据中心的一阶对象。

简介

Windows容器可应用在不同类型的应用场景下，从运行Node.js的Web服务器到数据库，再到视频流。这些应用都需要通过网络连接实现服务发布。那么Windows容器的网络堆栈是什么样子的呢？如何为一个容器分配IP地址或将容器Endpoint连接到网络？以及如何设置最大网络带宽和ACL规则等网络高级策略呢?

下面通过这张容器网络堆栈图（图1）帮助我们加深理解。

图1 Windows容器网络堆栈

所有运行容器的宿主机可以是一台物理服务器、一个Windows客户端、或者一台虚拟机。假如容器宿主已经通过一张NIC卡接入WiFi或以太网实现了网络连接，并需将网络连接扩展到容器自身。容器宿主可使用Hyper-V虚拟交换机实现宿主机到容器的连接，并通过Host vNIC（Windows服务器容器）或Synthetic VM NIC （Hyper-V 容器）两种方式实现容器到vSwitch之间的连接。相比于此，Linux容器技术使用bridge设备而非Hyper-V虚拟交换机，使用veth 偶对而非 vNICs / vmNICs来提供容器间的基础2层（以太网）连接。

Hyper-V虚拟交换机本身并不允许外网访问运行在容器内的网络服务。我们需要3层（IP）连接性来确保数据包能正确路由到目的地。除IP外还需支持更高层的网络协议，如TCP和UDP协议，通过特定端口号寻址到容器中运行的服务（例如，TCP端口80通常用来访问WEB服务）。为了让容器更有用，还需在容器中提供4~7层服务，如DNS、DHCP、 HTTP、SMB等。所有以上特性均会在Windows容器网络中得到支持。

Windows Server Technical Preview 5（TP5）提供了通过Docker客户端及Dockers引擎RESTful API接口两种方式安装容器网络。网络配置根据设置的范围，既可在容器网络创建时配置也可在容器创建时配置。相关MDSN文章可提供更详细的信息。

Windows容器网络管理堆栈使用Docker作为管理入口，并将 Windows宿主网络服务（Host Network Service ，HNS）作为服务层，用来创建下层网络（如，vSwitch，WinNAT等）中的“管道”。Docker引擎通过一个网络插件（libnetwork）实现同HNS的通信。请参考图2了解管理堆栈。

图2 管理堆栈

管理堆栈使Docker网络通过HNS实现同Windows网络层的插件式对接。因为创建过程的自动化，用户无需自己设置静态端口映射或防火墙策略（如NAT转换）。

举例：通过Docker创建静态端口映射

注意：NetNatStaticMapping （及防火墙策略）都将自创创建

Windows容器的网络连接有四种不同的网络模式（或驱动）。不同模式的选择取决于容器如何被外网客户端访问，IP地址如何分配，网络策略如何执行等因素。

每种网络模式都将使用内部或外部虚拟交换机（由HNS自动创建）来打通容器到容器宿主的物理（或虚拟）网络。下面就四种模式以下给出使用建议。关于每种模式的详细信息请到MDSN文章（https://msdn.microsoft.com/virtualization/windowscontainers/management/container_networking）中查找。

• NAT –默认模式，连接容器到私有IP子网，此模式可方便快捷的应用到任何环境；
• Transparent –此模式不经过任何网络转换，直接连接容器到物理网络。当一台宿主机上运行过多容器时，请小心使用此模式，可能会快速导致物理网络问题；
• L2 Bridge / L2 Tunnel –这两种模式通常用在公有云或私有云环境中，以租用虚拟机运行容器的场景下。

注： Windows Server 2016 或者Windows 10 客户端不再支持NAT 虚拟交换模式创建。NAT容器网络可通过在Docker中设定nat驱动或者在PowerShell环境下运行NAT模式来创建。

举例：创建Docker ‘NAT’网络

请注意虚拟交换和NetNat如何被自动创建。

容器逐步成为数据中心和企业的一阶实体，同虚拟机相提并论。而IaaS云租户或企业业务部门需要同时支持虚拟网卡和容器Endpoint两种模式下，程序化地定义网络策略（如ACLs、QoS、负载均衡等）。Windows Server 2016 版本的软件定义的网络（SDN）堆栈支持客户在Windows Network Controller使用PowerShell 脚本、SCVMM或微软 Azure Stack新出的Azure Portal 为容器Endpoint 定义网络策略。

在虚拟化环境下，容器宿主可以是一台物理服务器上的虚拟机。Network Controller通过标准的SouthBound 通道（如OVSDB）发送策略给运行在物理服务器上的宿主Agent，宿主Agent将策略传入物理服务器的vSwitch的VFP进行执行。由于网络策略是特定于具体某个IP地址（如，容器Endpoint）的，当多个容器Endpoint被连接到同一张容器宿主网卡时，网络策略仍然可以被细粒度地定义。

L2 Tunnel网络模式下，所有容器宿主虚拟机的网络流量都将通过物理服务器的vSwitch收发，vSwitch 上的VFP转发扩展将会执行从Network Controller 以及Azure Stack中的高层组件（如Network Resource Provider、Azure Resource Manager、Azure Portal）接收到的网络策略。堆栈架构请参考图3。

图3 容器实现同SDN叠加虚拟网的连接

这样容器可以加入由独立云租户创建的叠加虚拟网（如，VxLAN），实现跨节点集群内的通信以及同其他虚拟机的通信，还可以接收网络策略。

美好未来

未来我们不仅会在Windows操作系统上不断创新，更会贡献更多的代码到GitHub的Docker 开源项目上。我们希望Windows的容器使用者可以使用到更加丰富的网络策略，并通过容器客户端来创建网络策略。我们也希望将网络策略的执行尽可能的更靠近容器Endpoint，来缩减数据路径，提升网络吞吐，降低网络时延。

感谢滕启明对文章的审校。

译/Chilly

原文出处——Docker微信公众号

本文链接：https://www.yunweipai.com/7201.html