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随着容器化成为现代应用程序开发的核心组成部分,Docker 和 Kubernetes 等环境中的高效 IP 地址管理 (IPAM) 至关重要。容器需要唯一的 IP 地址才能相互通信并与外部系统通信。了解如何有效管理这些 IP 地址,可确保应用程序在动态环境中保持可扩展性、安全性和最佳性能。
在传统网络中,管理 IP 地址需要为物理设备分配静态或动态 IP。在容器化环境中,实例的生命周期很短,因此需要自动动态分配 IP 地址。Docker 和 Kubernetes 中有效的 IP 地址管理可确保:
与传统虚拟机不同,容器有独特的网络需求,需要结构合理的 IPAM 策略。
Docker 提供了多种网络选项,每种选项都提供了不同的方法来管理和为容器分配 IP 地址。
Docker 提供四种主要网络模型:
单个主机上 Docker 容器的默认网络。容器从为桥接网络定义的子网中获取 IP 地址,从而可以与同一桥接网络上的其他容器通信。
绕过网络隔离,使用主机的网络堆栈。容器与主机共享相同的 IP 地址。
用于 Docker Swarm 环境。它通过为运行在不同 Docker 主机上的容器提供来自覆盖网络的 IP 地址,使它们能够相互通信。
允许容器在主机子网中拥有自己唯一的 IP 地址。容器在网络上显示为一个物理设备。
默认情况下,当使用桥接网络时,Docker 会从内部子网为容器分配 IP 地址。桥接网络使用 IPAM(IP 地址管理)自动分配 IP 地址。
例如,当您创建 Docker 桥接网络时:
docker network create –subnet=192.168.0.0/16 my_custom_network
Docker 会将 192.168.0.0/16 子网中的 IP 地址分配给连接到该网络的任何容器。Docker 中的 IP 地址分配由 IPAM 驱动程序处理,它决定 IP 范围和地址分配方式。
Docker 使用以下方法管理 IP 地址:
静态 IP 分配
需要时,您可以为容器手动分配 IP 地址。这对于需要固定 IP 才能与传统系统交互的容器来说非常有用。
docker run –net my_custom_network –ip 192.168.1.5 nginx
动态 IP 分配
默认情况下,Docker 从网络的 IP 池中动态分配 IP 地址,确保不会发生冲突。
使用 Docker Compose 时,可以在 docker-compose.yml 文件中定义自定义 IP 地址范围和子网掩码。
版本:’3
服务
web:
图像:nginx
网络
我的网络
ipv4_address:192.168.1.10
网络
我的网络
ipam:
配置:
– 子网:192.168.1.0/24
这种设置允许 nginx 容器在自定义网络中接收静态 IP 地址。
Kubernetes 和 Docker 一样,使用 IPAM 管理 Pod、服务和节点的 IP 地址。不过,Kubernetes 的联网更为复杂,因为需要管理多层联网,包括 pod、服务和集群范围内的通信。
Kubernetes 抽象化了大多数网络复杂性,确保:
Kubernetes 有两个主要的 IPAM 组件:
Kubernetes 中的每个 pod 都有自己唯一的 IP 地址。这些 IP 地址通常由正在使用的容器网络接口(CNI)插件分配。
Kubernetes 服务会获得一个虚拟 IP(ClusterIP),用于平衡 Pod 的流量。
Kubernetes 本身并不处理联网问题,而是将这项任务委托给 CNI 插件。这些插件负责为 pod 分配 IP 地址并管理网络路由。
流行的 CNI 插件包括
提供 IP 地址管理、网络策略执行和路由选择。
为 pod 分配 IP 地址并管理 pod 之间的通信。
为 Kubernetes pod 自动分配 IP 地址,并处理节点间联网。
Kubernetes 使用网络 CIDR(无类域间路由)来分配 pod IP 地址。在建立 Kubernetes 集群时,可以定义 pod 的 CIDR 范围:
kubeadm init –pod-network-cidr=192.168.0.0/16
每个 pod 都会从该 CIDR 范围接收一个 IP 地址,CNI 插件负责管理分配。
Kubernetes 允许你为服务分配静态 IP,但不鼓励为 pod 分配静态 IP,因为 pod 是短暂的。相反,服务提供了一种访问 pod 的稳定方式,即使 pod 的 IP 发生变化。
不过,在特定情况下,您可能需要为服务分配一个静态 IP:
apiVersion: v1
种类:服务
元数据:
名称: 我的服务
规格:
类型:群集 IP
集群 IP: 10.96.0.100
端口:
– 协议:TCP
端口80
targetPort: 80
选择器:
应用程序: 我的应用程序
在本例中,该服务在群集 IP 范围内获得了一个静态 IP(10.96.0.100)。
特点 | Docker | Kubernetes |
默认 IP 分配 | 通过桥接网络或覆盖网络自动进行 | 通过 CNI 插件自动运行 |
静态 IP 分配 | 可用于单个集装箱 | 不鼓励用于吊舱,用于服务 |
联网范围 | 通常在单个主机或 “蜂群 “内运行 | 全集群,跨多个节点 |
IPAM 管理 | 由 Docker 处理(使用自定义 IPAM 驱动程序) | 由 CNI 插件处理 |
交流模式 | 跨主机通信需要明确的网络设置 | 无需 NAT 的 Pod-to-pod 通信 |
在 Docker 中,使用覆盖网络确保不同主机上的容器可以无缝通信。
在 Kubernetes 中,使用 Calico 或 Flannel 等 CNI 插件来简化 pod 之间的通信和 IP 管理。
Kubernetes pod 的设计是短暂的。与其为 pod 分配静态 IP,不如使用 Kubernetes 服务来提供稳定的访问。
密切关注 IP 地址池,避免耗尽。这在运行数百个容器或 pod 的大规模环境中尤为重要。
在 Docker 和 Kubernetes 等容器化环境中管理 IP 地址,需要清楚了解这些系统中如何抽象和控制网络。Docker 通过其网络选项提供了静态和动态 IP 分配的灵活性,而 Kubernetes 则利用 CNI 插件自动处理 IPAM。了解了这些机制,网络管理员就能在 Docker 和 Kubernetes 环境中优化容器通信、增强安全性并避免 IP 冲突。
Alexander Timokhin
CCO
Alexander Timokhin
CCO