Rancher网络全解读
原文来源：Rancher Labs
本文中，我们首先将Rancher部署到EC2实例上，并且添加新的主机，之后用Rancher的Catalog启动了RocketChat应用，紧接着对运行中的容器的网络接口和其他属性的进行了分析。
同时，我们简要介绍了Rancher的Overlay网络和运行在Network Agent中的辅助服务进程，并通过上面实践中收集的信息构建了Rancher集群中网络通信的概览图。
与此同时，还特别介绍了使用IPSec实现主机间的安全通信。
Rancher 是一个容器管理的完整解决方案，并且即将成为一个完整的容器管理平台。我们对在自己平台上如何处理容器间的网络进行了审慎的思考，并打算用一个简单的例子和大家分享一下Rancher中的网络。Rancher既可以被部署在单机，也能被扩展到数千个节点，在这篇文章中我们只用少量的主机和容器进行讨论。
配置并启动一个容器化的应用
首先我们要配置我们的基础设施，本文使用的是AWS。我们先在EC2上用下面的命令安装Docker并且启动Rancher部署Master节点：
curl -sSL https://get.docker.com | sh - && sudo docker run -d --restart=always -p 8080:8080 rancher/serverRancher的server在52.40.47.157:8080上被创建好了（需要注意的是：文中涉及的IP地址指向的AWS实例已经在发文的时候被销毁了，文中所列IP仅作示例使用）。通过EC2的console，我们再新增两个主机——H1和H2，用来跑我们的应用程序容器。下图展示了我们主机的逻辑拓扑关系：一个节点用来跑Rancher的Server，另外两个跑Rancher agent：
为了方便描述容器间的网络，我们需要先启动一个容器化的应用服务。用Rancher的Catalog创建应用非常方便，这里我们选择Rocket Chat。Rocket Chat的应用模板有三个容器镜像组成，分别是：mongo、rocketchat和hubot。启动之后Rocket Chat被分配到：52.11.188.233:3000（关于更详细的关于Rancher Catalog的攻略可以阅读这里：http://docs.rancher.com/rancher/latest/en/catalog/）。
探索基础设施
Rocket Chat跑起来后，我们用Rancher UI来对H1和H2的情况一探究竟。点击Infrastructure标签页看看有哪些容器跑在宿主机上：
图中可以看出，rocketchat容器被调度到H1上了，剩下的两个容器：mongo和hubot被调度到H2上。截图中我们还能看到每个节点都运行着一个network agent（注意：只有当有容器被调度到当前宿主机后，network agent才会被创建）。各个容器的IP地址如截图中所示——这些IP对于我们后面讨论很重要。
我们可以下载machine config文件以获得主机更详细的信息：
解压下载下来的machine configs之后，我们可以找到主机的私钥和公钥以及一些其他相关的配置文件。用私钥我们ssh到主机。在每台主机上我们执行ifconfig列出主机IP和网络接口。下面是在H1上的结果（精简后的），可以看到docker0网桥的IP（172.17.0.1）和eth0接口地址（172.31.38.255）：
ubuntu@leo-alpha-h1:~$ ifconfig
docker0 Link encap:Ethernet HWaddr 02:42:64:4e:c0:c6
inet addr:172.17.0.1 Bcast:0.0.0.0 Mask:255.255.0.0
inet6 addr: fe80::42:64ff:fe4e:c0c6/64 Scope:Link
UP BROADCAST RUNNING MULTICAST MTU:1500 Metric:1
RX packets:1114933 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
TX packets:1437072 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
collisions:0 txqueuelen:0
RX bytes:198587596 (198.5 MB) TX bytes:1813282482 (1.8 GB)
eth0 Link encap:Ethernet HWaddr 02:b8:4d:31:40:f3
inet addr:172.31.39.255 Bcast:172.31.47.255 Mask:255.255.240.0
inet6 addr: fe80::b8:4dff:fe31:40f3/64 Scope:Link
UP BROADCAST RUNNING MULTICAST MTU:9001 Metric:1
RX packets:2187296 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
TX packets:1382626 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
collisions:0 txqueuelen:1000
RX bytes:2627031496 (2.6 GB) TX bytes:277190533 (277.1 MB)在H2上重复上面的过程，获得相似的结果：docker0的IP是172.17.0.1，物理网卡eth0的地址是172.31.38.133。
接下来，我们深挖每台主机上运行的容器的状态并查看每个网络接口上的IP地址。在H1上我们用sudo docker ps 和 sudo docker exec：
ubuntu@leo-alpha-h1:~$ sudo docker ps | awk '{print $1"\t"$2}'
CONTAINER ID
b6a27f5fd2fe rocketchat/rocket.chat:latest
f0cd5839d719 rancher/agent-instance:v0.8.1
132d6ad0c6b9 rancher/agent:v1.0.1
ubuntu@leo-alpha-h1:~$ sudo docker exec -it b6a27f5fd2fe /bin/bash
rocketchat@b6a27f5fd2fe:/app/bundle$ ip addr
17: eth0: mtu 1500 qdisc noqueue state UP group default
link/ether 02:14:82:66:7d:fd brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
inet 172.17.0.5/16 scope global eth0
valid_lft forever preferred_lft forever
inet 10.42.64.98/16 scope global eth0
valid_lft forever preferred_lft forever
inet6 fe80::14:82ff:fe66:7dfd/64 scope link
valid_lft forever preferred_lft forever
ubuntu@leo-alpha-h1:~$ sudo docker exec -it f0cd5839d719 /bin/bash
root@f0cd5839d719:/# ip addr
11: eth0: mtu 1500 qdisc noqueue state UP group default
link/ether 02:14:82:82:b0:68 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
inet 172.17.0.2/16 scope global eth0
valid_lft forever preferred_lft forever
inet 10.42.162.246/16 scope global eth0
valid_lft forever preferred_lft forever
inet 169.254.169.250/32 scope global eth0
valid_lft forever preferred_lft forever
inet6 fe80::14:82ff:fe82:b068/64 scope link
valid_lft forever preferred_lft forever 在H2上重复上述过程，我们得到了在H1和H2上运行着的容器的信息：
| HOST | Container Name | MAC Address | IP addresses |
|---|---|---|---|
| H1 | rocket.chat | 02:14:82:66:7d:fd | 172.17.0.5/16 10.42.64.98/16 |
| H1 | agent-instance | 02:14:82:82:b0:68 | 172.17.0.2/16 10.42.162.246/16 169.254.169.250/32 |
| H2 | hubot | 02:14:82:36:a4:6c | 172.17.0.5/16 10.42.42.48/16 |
| H2 | mongo | 02:14:82:2d:a0:55 | 172.17.0.4/16 10.42.148.239/16 |
| H2 | agent-instance | 02:14:82:ab:9d:5d | 172.17.0.2/16 10.42.69.59/16 169.254.169.250/32 |
从上表中我们发现每个容器都有一个网络接口eth0。除此之外，Rancher的network agent容器（上表中的agent-instance）用三个IP地址：一个属于Docker的子网（172.17.X.X），一个属于Rancher的子网（10.42.X.X），以及第三个属于链路本地地址子网（169.254.X.X）。其它的应用服务容器（hubot、mongo、rocketchat）每个容器有两个IP地址，一个属于Docker子网，另一个属于Rancher的子网。
Hops and Traceroutes
让我们继续了解下Rancher中容器间的数据通信。从mongo 容器 ping hubot 容器（这俩是在同一台宿主机上）：
root@ad4e749d2658:/# ping -c4 hubot
PING hubot.rocket-chat.rancher.internal (10.42.42.48): 48 data bytes
56 bytes from 10.42.42.48: icmp_seq=0 ttl=64 time=0.041 ms
56 bytes from 10.42.42.48: icmp_seq=1 ttl=64 time=0.046 ms
56 bytes from 10.42.42.48: icmp_seq=2 ttl=64 time=0.075 ms
56 bytes from 10.42.42.48: icmp_seq=3 ttl=64 time=0.060 ms
--- hubot.rocket-chat.rancher.internal ping statistics ---
4 packets transmitted, 4 packets received, 0% packet loss
round-trip min/avg/max/stddev = 0.041/0.055/0.075/0.000 ms
root@ad4e749d2658:/#网络从mongo容器可达hubot容器，从traceroute的结果也可以确认两者直接只有一跳：
root@ad4e749d2658:/# traceroute hubot
traceroute to hubot (10.42.42.48), 30 hops max, 60 byte packets
1 ip-10-42-42-48.us-west-2.compute.internal (10.42.42.48) 0.029 ms 0.012 ms 0.015 ms
root@ad4e749d2658:/#我们再看下从mongo容器到rocketchat容器的traceroute结果（两者在不同的主机上）：
root@ad4e749d2658:/# traceroute rocketchat
traceroute to rocketchat (10.42.64.98), 30 hops max, 60 byte packets
1 * * *
2 ip-10-42-162-246.us-west-2.compute.internal (10.42.162.246) 1.391 ms 1.229 ms 1.168 ms
3 ip-10-42-64-98.us-west-2.compute.internal (10.42.64.98) 1.137 ms 1.108 ms 1.086 ms
root@ad4e749d2658:/#上面的结果中可以看出从mongo到rocketchat容器有三跳，并且中间经过了IP地址为10.42.162.246的网络，这个正是在H1上运行着的network agent的地址。
Mongo容器中的ARP Table和IPSec
我们从mongo容器中看下此时的ARP table：
root@ad4e749d2658:/# cat /proc/net/arp
IP address HW type Flags HW address Mask Device
169.254.169.250 0x1 0x2 02:14:82:ab:9d:5d * eth0
10.42.64.98 0x1 0x2 02:14:82:ab:9d:5d * eth0
10.42.69.59 0x1 0x2 02:14:82:ab:9d:5d * eth0
10.42.42.48 0x1 0x2 02:14:82:36:a4:6c * eth0
172.17.0.1 0x1 0x2 02:42:6c:a6:5e:b8 * eth0
root@ad4e749d2658:/#在ARP table中rocketchar容器的IP地址10.42.64.98的MAC地址是02:14:82:ab:9d:5d，这和在H2上运行着的network agent eth0的MAC地址是一样的。
让我们看下IPSec的信息：
root@9cdde771152c:/# swanctl --list-conns
conn-52.11.188.233:
local: %any
remote: 52.11.188.233
local pre-shared key authentication:
remote pre-shared key authentication:
child-52.11.188.233: TUNNEL
local: 0.0.0.0/0
remote: 0.0.0.0/0
root@9cdde771152c:/#从结果中我们可以看出H2和H1之间有一条加密的通信通道52.11.188.233。上述结果的逻辑关系可由下图所示：
Rancher中的Overlay网络
我们通过查看H1和H2上容器的IP地址可以看出，Docker分配的IP地址在不同的主机上并不是唯一的。例如，相同的IP地址172.17.0.5在H1上分配给了rocketchat容器，而在H2上则被分配给了hubot容器，所以单独使用Docker分配的IP不能获得唯一的地址。为了解决这个问题，Rancher给集群中运行着的每一容器分配了一个唯一的IP地址，本文例子中的地址是从从ranher的默认子网10.42.0.0/16分配而来。
IPSec
在Rancher看来，安全性是头等重要的事情！根据Rancher的设计，Rancher的集群的环境既可以公有云也可以是私有云，所以就不能对主机间的通讯信道做任何假设。我们希望从主机流出的数据是安全的，因此我们选择用IPSec去构建主机间的完整网络拓扑。虽然这会带来一些性能上的影响，但是可以确保Rancher的网络默认是安全的。未来的版本里我们可能会提供选项关闭IPsec。
Rancher用strongSwan来配置IPSec。其中strongSwan的组件Charon daemon用来实现IKEv2协议。如果想要看完整的拓扑细节，我们可以用命令swanctl：
root@f0cd5839d719:/# swanctl --list-sas
conn-52.11.198.155: #71, ESTABLISHED, IKEv2, 2146471635b90a25:1dc18102c0c48357
local '172.17.0.2' @ 172.17.0.2
remote '172.17.0.2' @ 52.11.198.155
AES_CBC-128/AES_XCBC_96/PRF_AES128_XCBC/MODP_2048
established 524s ago, rekeying in 12694s
child-52.11.198.155: #1, reqid 1234, INSTALLED, TUNNEL-in-UDP, ESP:AES_CBC-128/HMAC_SHA1_96
installed 459878s ago
in cb2952a7, 0 bytes, 0 packets
out c0992075, 0 bytes, 0 packets
local 0.0.0.0/0
remote 0.0.0.0/0
conn-52.11.198.155: #70, ESTABLISHED, IKEv2, ff2a5d9495f14efe:dda2d2a6df6a1cf3
local '172.17.0.2' @ 172.17.0.2
remote '172.17.0.2' @ 52.11.198.155
AES_CBC-128/AES_XCBC_96/PRF_AES128_XCBC/MODP_2048
established 8076s ago, rekeying in 5913s
child-52.11.198.155: #2, reqid 1234, INSTALLED, TUNNEL-in-UDP, ESP:AES_CBC-128/HMAC_SHA1_96
installed 459859s ago
in cf604805, 13790077094 bytes, 11532487 packets
out cb46151e, 776570467 bytes, 9019180 packets
local 0.0.0.0/0
remote 0.0.0.0/0Network Agent 服务
如果在Network Agent容器中列举所有在跑的进程，我们可以看到几个关键的服务在运行：rancher-dns，rancher=net等。rancher-net进程是Rancher网络服务的核心，它的作用是用strongSwan 和 charon创建IPSec网络。rancher-net的源代码可以在https://github.com/rancher/rancher-net查看。类似的，rancher-dns服务的职责是解析容器的名字和IP地址，其代码可以在https://github.com/rancher/rancher-dns查看。
通过应用容器内的/etc/resolv.conf文件我们可以看到容器的nameserver指向NetworkAgent的地址169.254.169.250。
rocketchat@b6a27f5fd2fe:/app/bundle$ cat /etc/resolv.conf
search us-west-2.compute.internal rocket-chat.rancher.internal rocketchat.rocket-chat.rancher.internal rancher.internal
nameserver 169.254.169.250总结
本文中，我们首先将Rancher部署到EC2实例上，并且添加新的主机，之后用Rancher的Catalog启动了RocketChat应用，紧接着对运行中的容器的网络接口和其他属性的进行了分析。
同时，我们简要介绍了Rancher的Overlay网络和运行在Network Agent中的辅助服务进程，我们通过上面实践中收集的信息构建了Rancher集群中网络通信的概览图。
与此同时，还特别介绍了使用IPSec实现主机间的安全通信。
接下来……
Rancher中即将到来的几点对于网络的改进：
采用CNI/libnetwork 接口
目前网路中由于给每个容器引入了第二个IP地址，对于一些只能使用网卡第一个IP地址的应用带来了一些问题。我们打算改用CNI/libnetwork的方案，这样可以保证容器只有的默认网络接口只有一个IP地址。于此同时，用户也可以方便的使用社区中很多其他的网络技术。
VXLAN支持
对于Rancher原生网络，我们打算除了IPSec外添加对VXLAN的支持。
多网络
在接下来的发行版中，我们打算为每一个Rancher支持的环境提供多个相互之间隔离的网络。
期待您的反馈！
希望这篇文章可以对您深入了解Rancher的网络提供有价值的信息。一如既往，您的任何问题和困惑都可以通过论坛 https://forums.rancher.com 或者微信公众号（@RancherLabs）联系我们，我们的社区有里一群优秀和充满激情的小伙伴期待与您的沟通！