Docker训练营(三)-Docker网络管理

Docker 网络是容器通信的基础设施，它使容器能够安全地进行互联互通。在 Docker 中，每个容器都可以被分配到一个或多个网络中，容器可以通过网络进行通信，就像物理机或虚拟机在网络中通信一样。

Docker 网络命令详解

在开始学习不同类型的网络之前，我们先来了解一下 Docker 的常用网络命令：

# 列出所有网络
docker network ls

# 检查网络详情
docker network inspect <network-name>

# 创建自定义网络
docker network create [options] <network-name>

# 将容器连接到网络
docker network connect <network-name> <container-name>

# 断开容器与网络的连接
docker network disconnect <network-name> <container-name>

# 删除网络
docker network rm <network-name>

# 删除所有未使用的网络
docker network prune

网络类型及实践案例

1. Bridge 网络（桥接网络）

Bridge 网络是 Docker 的默认网络驱动程序。当你创建一个容器而不指定网络时，它会自动添加到默认的 bridge 网络中。Bridge 网络在单机环境下使用非常广泛，它通过软件网桥实现容器间的通信。

Bridge 网络的工作原理

Bridge 网络就像是 Docker 中的一个虚拟交换机，它在宿主机上创建一个名为 docker0 的网桥，
所有连接到这个网桥的容器都可以通过它进行通信。当你安装 Docker 时，会自动创建一个默认的 bridge 网络，
它使用 172.17.0.0/16 这个网段，所有未指定网络的容器都会自动连接到这个默认网络中。
不过，默认的 bridge 网络功能比较简单，容器之间只能通过 IP 地址互相访问，不支持通过容器名称来通信。

为了解决这个限制，Docker 提供了用户自定义 bridge 网络的功能。
当你创建自己的 bridge 网络时，连接到这个网络的容器就能获得更多便利的特性：容器之间可以通过名称相互访问，
网络隔离性更好，还可以随时将容器从网络中添加或移除。这就像是给容器们创建了一个独立的局域网，
既安全又方便管理。比如说，你可以把一个应用的前端、后端和数据库容器都放在同一个自定义 bridge 网络中，
它们就能通过容器名称轻松地相互通信，同时又与其他应用的容器网络保持隔离。

实践案例一：默认 Bridge 网络

让我们先来看看默认 bridge 网络的行为：

我们现构建一个装有 ping, curl 等指令的 nginx 镜像，方便我们在容器内容观察网络行为。

1 2	# 构建 nginx 镜像 docker build -t my-nginx nginx

# 查看默认 bridge 网络信息
docker network inspect bridge

# 启动两个容器
docker run -d --name container1 my-nginx
docker run -d --name container2 my-nginx

# 查看容器的网络配置
docker inspect container1 -f '{{range .NetworkSettings.Networks}}{{.IPAddress}}{{end}}'
docker inspect container2 -f '{{range .NetworkSettings.Networks}}{{.IPAddress}}{{end}}'

# 进入容器1，尝试通过 IP 访问容器2
docker exec -it container1  curl http://172.17.0.3

# 注意：在默认 bridge 网络中，无法通过容器名称访问
docker exec -it container1  curl http://container2  # 这将失败

Docker 默认的 bridge 网络存在通信限制：容器间只能通过易变的 IP 地址互相访问，无法使用固定的容器名称进行通信。
这种 IP 依赖会导致服务地址变更时需要人工调整配置，增加维护成本。通过创建自定义 bridge 网络，
容器可通过稳定的名称直接互访，这种自动化的服务发现机制正是 Docker Compose 实现容器编排的基础——编排工具会自动创建专用网络，
使多容器应用能够通过服务名称维持稳定的通信链路。

实践案例二：自定义 Bridge 网络

现在让我们看看自定义 bridge 网络的优势：

# 创建自定义 bridge 网络
docker network create \
    --driver bridge \
    --subnet=172.20.0.0/16 \
    --gateway=172.20.0.1 \
    my-bridge-network

# 启动两个容器，连接到自定义网络
docker run -d \
    --name custom-container1 \
    --network my-bridge-network \
    my-nginx

docker run -d \
    --name custom-container2 \
    --network my-bridge-network \
    my-nginx

# 现在可以通过容器名称访问
docker exec -it custom-container1 curl http://custom-container2

docker network create ...

docker network create: 创建一个新的 Docker 虚拟网络。
--driver bridge: 指定网络的驱动类型。
- bridge (桥接) 是最常用的驱动。它会创建一个私有的内部网络，容器连接到这个网络上后，可以互相通信，也可以通过宿主机的网络接口与外部通信（如果需要的话）。你可以把它想象成你家里的路由器，它创建了一个局域网，所有连上 Wi-Fi 的设备（手机、电脑）都在这个局域网里，可以互相访问。
--subnet=172.20.0.0/16: 指定这个网络的子网。
- 这是一个 CIDR 地址块表示法。172.20.0.0 是网络地址，/16 表示子网掩码，决定了这个网络里可以容纳多少个 IP 地址（这里是 2^16 - 2 = 65534 个）。
- 作用: 当有容器加入这个网络时，Docker 会从这个 172.20.x.x 的地址池里给它分配一个私有 IP 地址。这让你可以对容器的 IP 地址有一个预期的规划。
--gateway=172.20.0.1: 指定这个网络的网关地址。
- 网关是这个虚拟局域网的“出口”。容器需要访问外部网络时，流量都会经过这个地址。通常我们会把网络地址段的第一个可用 IP (.1) 设置为网关。
my-bridge-network: 你给这个网络起的名字。

docker run ... --network my-bridge-network ...

--network my-bridge-network: 这是 docker run 命令中一个非常关键的参数。它的作用是，在容器启动时，就把它“插”到名为 my-bridge-network 的网络上。
执行完这两步后，custom-container1 和 custom-container2 就都成为了 my-bridge-network 这个局域网的成员。它们各自会被分配一个 IP 地址，例如 172.20.0.2 和 172.20.0.3。

docker exec -it custom-container1 curl http://custom-container2

这是最神奇的地方！
当你进入 custom-container1 内部，执行 curl http://custom-container2 时，请求成功了。
为什么可以用名字 custom-container2？
- 答案: Docker 为所有连接到自定义桥接网络 (my-bridge-network) 的容器提供了一个内置的 DNS 服务器。
- 工作原理: 当你在
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  custom-container1
  里尝试访问
  1
  custom-container2
  这个主机名时：
  1. custom-container1 的网络配置会将这个 DNS 查询发送到 Docker 内置的 DNS 服务器。
  2. 这个 DNS 服务器维护着一张“域名-IP”映射表，其中包含了 my-bridge-network 网络上所有容器的名称和它们的内部 IP 地址。它知道 "custom-container2" 对应的 IP 是 172.20.0.3（举例）。
  3. DNS 服务器将 172.20.0.3 这个地址返回给 custom-container1。
  4. curl 程序拿到了这个 IP 地址，然后向 172.20.0.3 的 80 端口（http 默认端口）发起请求，从而成功访问到了 custom-container2 里的 Nginx 服务。

✅【额外建议或常见错误】

自定义网络 vs. 默认网络:
- 当你安装完 Docker，它会自动创建一个名为 bridge 的默认网络。如果你 docker run 时不指定 --network 参数，容器就会被连接到这个默认网络上。
- 一个巨大的区别: 在默认的 bridge 网络上，这种基于容器名的自动服务发现是不支持的（或者说需要使用过时的 --link 参数）。两个在默认网络里的容器无法直接通过名字互相访问。
- 因此，最佳实践是：只要你有两个或以上的容器需要互相通信，就应该为它们创建一个自定义的桥接网络，而不是使用默认网络。
应用场景:
- 这个功能是 Docker Compose 和微服务架构的基石。想象一个典型的 Web 应用：一个 web-app 容器（跑着你的 Python/Java/Node.js 代码）和一个 db 容器（跑着 MySQL/PostgreSQL）。
- 你只需要把它们都连接到同一个自定义网络 my-app-net 上，你的 web-app 代码里连接数据库的地址就可以直接写成 host="db"，而不需要关心 db 容器的具体 IP 是什么。这让配置变得极其简单和稳定。
调试技巧:
- 你可以使用 docker network inspect my-bridge-network 命令来查看网络的详细信息，包括哪些容器连接到了这个网络上，以及它们各自的 IP 地址。这在排查网络问题时非常有用。

实践案例三：使用自定义 Bridge 网络演示 Web 应用与 Redis 通信

这个案例展示了在实际应用中如何使用自定义 bridge 网络：

首先，创建一个简单的 Web 应用：

1
2
3


# 构建web-app镜像
docker build -t web-app web-app

然后创建网络并运行容器：

# 创建自定义 bridge 网络
docker network create my-bridge-network

# 启动 Redis 容器
docker run -d \
    --name redis-server \
    --network my-bridge-network \
    redis:alpine

# 启动 Web 应用容器
docker run -d \
    --name web-app \
    --network my-bridge-network \
    -p 5000:5000 \
    web-app

现在可以测试应用了：

# 访问应用
curl http://localhost:5000

# 多次访问，观察计数器增加
curl http://localhost:5000
curl http://localhost:5000

# 查看 Redis 中的数据
docker exec -it redis-server redis-cli get hits

docker exec -it redis-server redis-cli get hits：在不进入容器交互式 Shell 的情况下，直接从宿主机终端对 redis-server 容器执行一条 Redis 客户端命令，以获取 hits 这个键（key）对应的值（value）。

redis-cli get hits:
- 这是真正要在 redis-server 容器内部执行的完整命令字符串。我们可以再把它拆分为三部分：
- redis-cli: 这是 Redis 官方提供的命令行界面 (Command-Line Interface) 工具。它预装在官方的 redis 镜像中，是你与 Redis 数据库交互的“遥控器”。
- get: 这是 redis-cli 的一个子命令，也是 Redis 数据库最基础的命令之一。它的作用是获取 (GET) 一个指定键 (key) 所存储的值 (value)。
- hits: 这是你提供给 get 命令的参数，即你想要查询的键（key）的名称。

所以，整条命令串起来的含义就是：“Docker，请在 redis-server 容器里，帮我运行 redis-cli 工具，用它来 get 一个名叫 hits 的键的值，并把结果显示给我。”

清理环境：

# 停止并删除容器
docker stop web-app redis-server
docker rm web-app redis-server
docker network rm my-bridge-network
docker rmi web-app redis:alpine

2. Host 网络

Host 网络移除了容器和 Docker 主机之间的网络隔离，直接使用主机的网络。

特点：

最佳网络性能
直接使用主机的网络栈
没有网络隔离
端口直接绑定到主机上

实践案例：使用 Host 网络运行 Nginx 服务器

# 使用 host 网络运行 Nginx
docker run -d \
    --name nginx-host \
    --network host \
    my-nginx

# 直接通过主机的 80 端口访问
curl http://localhost:80

# 因为使用了 host 网络，容器直接使用主机的 80 端口, 所以当我们再次启动一个 Nginx 容器时，会报端口冲突的错误
docker run -d \
    --name nginx-host-2 \
    --network host \
    my-nginx
    
docker logs nginx-host-2

3. None 网络

None 网络完全禁用了容器的网络功能，容器在这个网络中没有任何外部网络接口。