Libnetwork CNM框架与实现

简介

Libnetwork是从docker1.6开始，逐渐将docker项目中的网络部分抽离出来形成的Lib，作用是为其他应用程序(如docker engine)提供一套抽象的容器网络模型，该模型也被称为Container Network Model，简称CNM。本文将描述以下内容

• CNM框架模
• Libnetwork的实现原理
• plugin demo

CNM 框架

CNM模型下的docker网络模型如上所示。它由Sandbox, Endpoint, Network 三种组件组成。注意，该模型只是规定了三种组件各自的作用，他们都有各自的具体实现方式。
Sandbox: Sandbox包含了一个Container的网络相关的配置，如网卡Interface，路由表等。Sandbox在Linux上的典型实现是Network namespace。在Linux系统上的docker环境中，Container，Network namespace，Sandbox 这三者是绑定在一起的。一个Sandbox可以包含多个Endpoint，这些Endpoint 可以来自多个Network
Endpoint: Sandbox加入Network的方式是通过Endpoint完成的。Endpoint的典型实现方式是veth pair，每个Endpoint 都是由某个Network创建，创建后，它就归属于该Network，同时，Endpoint还可以加入(Join)一个Sandbox，加入后，相当于该Sandbox也加入了此Network。
Network:Network的一种典型实现是Linux bridge。一个Network可以创建多个Endpoint。将这些Endpoint加入到Sandbox，即实现了多个Sandbox的互通。

总结起来：如果要想两个Container之间可以直接通信，那么最简单的办法就是由一个Network创建两个Endpoint，分别加入这两个Container对应的Sandbox。

注意: 不同Network之间默认的隔离性是docker通过设置iptables完成的，通过改变iptables的设置，可以使得两个Network互通。

Libnetwork 实现

核心对象

LibNetwork是CNM框架的实现，Network、Sandbox、Endpoint三种接口描述了前面的三种组件，三种接口分别在network.go 、sandbox.go 、 endpoint.go实现

三个接口需要实现的方法的关系如上图所示。注意：三种接口都有其对应的实现(如Network接口的实现为network)。

• NetworkController 为 docker engine提供创建Network的API，比如我们在使用命令 docker network create 创建网络时，都是通过controller创建。

除此之外NetworkController接口的实现结构controller还维护了一张Driver的注册表(Registry),它记录了所有支持的Driver

• Driver 每个Network都有对应的底层Driver，这些Driver负责在主机上真正实现需要网络功能(如创建Veth设备)。Driver有两种类型：1. 内置型(如Bridge Host None) 2. 插件型。

无论是哪种类型，其工作方式都类似，docker engine发送请求，Libnetwork做一些框架性的动作，然后将请求传给Driver做一些特异性的动作。两者的差别在于，内置性的Driver是内置在Libnetwork内部，它们也就是docker原生支持的网络类型。而插件型的Driver是运行在Host上，通过socket通道与Libnetwork之间进行通信。

创建Controller

在 controller.go 中的 New() 是创建controller的入口。

func New(cfgOptions ...config.Option) (NetworkContriller, error) {
     c := controller{
         id: stringid.GenerateRandomID();
         sandboxes: sandboxTable{},
         .....
     }
     drvRegistry, err := drvregistry.New(......)
     for _, i := range getInitizers(c.cfg.Daemon.Experimental){
         drvRegistry.AddDriver(i.ntype,i.fn, dcfg)
     }
    
     c.drvRegistry = drvRegistry
}

可以看到，首先是创建controller，此外 它还创建了drvRegistry记录注册的Driver，并将 getInitizers() 的返回内置型的 Driver 添加到 drvRegistry 上。

func getInitializers(experimental bool) []initialize ｛
    return []initializer {
        {bridge.Init, "bridge"},
        {host.Init, "host"},
        {macvlan.Init, "macvlan"},
        {null.Init, "null"},
        {remote.Init, "remote"},
        {overlay.Init, "overlay"},
        ......
    }
｝

getInitizers() 包含的内置型Driver如上图所示，其中的每一项的Init()方法会被调用

创建网络

创建 network 的入口NewNetwork()同样在controller.go中，它首先创建一个通用的 network 结构，进而解析出 其Driver 类型，然后调用特定 Driver 的 CreateNetwork() 方法。注意，如果是该网络的类型不在 drvRegistry 上，则 Libnetwork 会尝试从 Plugin 路径 (/var/run/docker/plugins) 寻找 plugin-name.sock .之后，向该 socket 发送创建网络的 request

以 bridge 为例，其最后会调用到 drivers/bridge/bridge.go 的 createNetwork() 方法，该方法中，使用netlink提供的接口建立了 bridge net device

容器加入

在使用 docker run 启动容器时可以通过指定 -net 参数将容器连接到特定的网络。入口是 docker 项目中的 container_operations.go 的 connectToNetwork() 方法

图中左侧部分是属于 docker engine ，中间部分属于 Libnetwork ， 右侧部分属于 Driver 。可以它首先创建Endpoint，创建 Sandbox 和 Endpoint，然后将 Endpoint 加入该 Sandbox 。

Plugin Demo

将 docker 原生 Bridge 网络的功能插件化，制作名为 myPlugin 的网络插件，效果和原生的 Bridge 一样.

Code

root@sb:/home/yc# ls -l /run/docker/plugins/
total 0
srw-rw---- 1 root root 0 8月  26 14:41 myplugin.sock

root@sb:/home/yc# docker network create --driver myplugin mynet
460db416c6f90fb16c499c5fd56b5e984d6472a113f5d8ed3f8633174159aa53
root@sb:/home/yc# docker network ls
NETWORK ID          NAME                DRIVER              SCOPE
6f5763ae335d        bridge              bridge              local
71d355df68ec        host                host                local
460db416c6f9        mynet               myplugin            local
91360b8a5fe4        none                null                local
docker run -tid --net=mynet busybox
617a314c4f69f835ab1a4e5cf9ce211a55e4651be4fa47e4ebd849c34c192e9d

root@sb:/home/yc# docker network inspect mynet
[
    {
        "Name": "mynet",
        "Id": "460db416c6f90fb16c499c5fd56b5e984d6472a113f5d8ed3f8633174159aa53",
        "Created": "2018-08-26T14:42:51.998760172+08:00",
        "Scope": "local",
        "Driver": "myplugin",
        "EnableIPv6": false,
        "IPAM": {
            "Driver": "default",
            "Options": {},
            "Config": [
                {
                    "Subnet": "172.18.0.0/16",
                    "Gateway": "172.18.0.1"
                }
            ]
        },
        "Internal": false,
        "Attachable": false,
        "Ingress": false,
        "ConfigFrom": {
            "Network": ""
        },
        "ConfigOnly": false,
        "Containers": {
            "617a314c4f69f835ab1a4e5cf9ce211a55e4651be4fa47e4ebd849c34c192e9d": {
                "Name": "gallant_wozniak",
                "EndpointID": "90ce305bea6a2054ee953f6fcebd0d23c94058026ac594d686f4d731464d45d8",
                "MacAddress": "",
                "IPv4Address": "172.18.0.2/16",
                "IPv6Address": ""
            }
        },
        "Options": {},
        "Labels": {}
    }
]