5.4 Docker网络名称空间的创建

1. Linux内核实现名称空间的创建

1.1 ip netns命令

可以借助ip netns命令来完成对 Network Namespace 的各种操作。ip netns命令来自于iproute安装包，一般系统会默认安装，如果没有的话，请自行安装。

**注意：**普通用户使用ip netns命令修改网络配置时需要 sudo 权限。

可以通过ip netns命令完成对Network Namespace 的相关操作，可以通过ip netns help查看命令帮助信息：

[root@docker ~]# ip netns help
Usage: ip netns list		//查看所有名称空间
       ip netns add NAME	//创建名称空间
       ip netns set NAME NETNSID		//管理
       ip [-all] netns delete [NAME]
       ip netns identify [PID]
       ip netns pids NAME
       ip [-all] netns exec [NAME] cmd ...
       ip netns monitor
       ip netns list-id

默认情况下，Linux系统中是没有任何 Network Namespace的，所以ip netns list命令不会返回任何信息。

1.2 创建Network Namespace

命令：ip netns add <name>
示例：

通过命令创建一个名为ns0的命名空间：
1.查看名称空间
[root@docker ~]# ip netns list

2.创建名称ns0名称空间
[root@docker ~]# ip netns add ns0

3.查看创建的名称空间
[root@docker ~]# ip netns list
ns0

4.重复创建会出现报错如下：
[root@docker ~]# ip netns add ns0
Cannot create namespace file "/var/run/netns/ns0": File exists

新创建的 Network Namespace 会出现在/var/run/netns/目录下。

[root@docker ~]# ls /var/run/netns/
ns0

每个 Network Namespace 会有自己独立的网卡、路由表、ARP 表、iptables 等和网络相关的资源。

1.3 操作Network Namespace

ip命令提供了ip netns exec子命令可以在对应的 Network Namespace 中执行命令。

查看新创建 Network Namespace 的网卡ns0的信息

[root@docker ~]# ip netns exec ns0 ip address
1: lo: <LOOPBACK> mtu 65536 qdisc noop state DOWN group default qlen 1000
    link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00

新创建的 Network Namespace 中默认只有一个lo回环网卡，切该网卡为关闭状态,此时，尝试去 ping 该lo回环网卡，会提示Network is unreachable

[root@docker ~]# ip netns exec ns0 ping 127.0.0.1
connect: Network is unreachable

启用ns0的lo回环网卡：

1.开启网卡
[root@docker ~]# ip netns exec ns0 ip link set lo up

2.查看网卡是否开启
[root@docker ~]# ip netns exec ns0 ip add
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN group default qlen 1000
    link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
    inet 127.0.0.1/8 scope host lo
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 ::1/128 scope host 
       valid_lft forever preferred_lft forever

3.尝试是否可以ping通
[root@docker ~]# ip netns exec ns0 ping 127.0.0.1
PING 127.0.0.1 (127.0.0.1) 56(84) bytes of data.
64 bytes from 127.0.0.1: icmp_seq=1 ttl=64 time=0.063 ms
64 bytes from 127.0.0.1: icmp_seq=2 ttl=64 time=0.057 ms

1.4 转移设备

可以在不同的 Network Namespace 之间转移设备（如veth）。由于一个设备只能属于一个 Network Namespace ，所以转移后在这个 Network Namespace 内就看不到这个设备了。

其中，veth设备属于可转移设备，而很多其它设备（如lo、vxlan、ppp、bridge等）是不可以转移的。

1.4.1 veth pair

veth pair 全称是 Virtual Ethernet Pair，是一个成对的端口，所有从这对端口一 端进入的数据包都将从另一端出来，反之也是一样。
引入veth pair是为了在不同的 Network Namespace 直接进行通信，利用它可以直接将两个 Network Namespace 连接起来。

1.4.2 创建veth pair

1.创建veth
[root@docker ~]# ip link add type veth

2.查看veth，创建的veth出现了一对veth pair
[root@docker ~]# ip a
...省略N行
58: veth0@veth1: <BROADCAST,MULTICAST,M-DOWN> mtu 1500 qdisc noop state DOWN group default qlen 1000
    link/ether ee:80:fb:76:6c:2c brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
59: veth1@veth0: <BROADCAST,MULTICAST,M-DOWN> mtu 1500 qdisc noop state DOWN group default qlen 1000
    link/ether d6:93:76:11:cd:27 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff

可以看到，此时系统中新增了一对veth pair，将veth0和veth1两个虚拟网卡连接了起来，此时这对 veth pair 处于”未启用“状态。

1.4.3 删除veth pair

1.删除veth
[root@docker ~]# ip link delete veth0

2.查看网卡信息，删除veth0时会，同时删除veth1
[root@docker ~]# ip a
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN group default qlen 1000
    link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
    inet 127.0.0.1/8 scope host lo
       valid_lft forever preferred_lft forever
2: eth0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP group default qlen 1000
    link/ether 00:16:3e:0d:73:7c brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 172.26.169.24/20 brd 172.26.175.255 scope global dynamic eth0
       valid_lft 314806322sec preferred_lft 314806322sec
3: docker0: <NO-CARRIER,BROADCAST,MULTICAST,UP> mtu 1500 qdisc noqueue state DOWN group default 
    link/ether 02:42:53:74:03:90 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 172.17.0.1/16 brd 172.17.255.255 scope global docker0
       valid_lft forever preferred_lft forever

1.5 实现Network Namespace间通信

利用veth pair实现两个不同的 Network Namespace 之间的通信。
刚才我们已经创建了一个名为ns0的 Network Namespace，下面再创建一个信息Network Namespace，命名为ns1

[root@docker ~]# ip netns add ns1
[root@docker ~]# ip netns list
ns1
ns0

1.5.1 将虚拟网卡veth加入名称空间（从主机上移走至命名空间）

命令：ip link set <veth*> netns <Namespace>
示例：

1.将veth0加入到ns0，将veth1加入到ns1
[root@docker ~]# ip link set veth0 netns ns0
[root@docker ~]# ip link set veth1 netns ns1

2.查看主机网卡信息，veth网卡已经不在本机
[root@docker ~]# ip a
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN group default qlen 1000
    link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
    inet 127.0.0.1/8 scope host lo
       valid_lft forever preferred_lft forever
2: eth0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP group default qlen 1000
    link/ether 00:16:3e:0d:73:7c brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 172.26.169.24/20 brd 172.26.175.255 scope global dynamic eth0
       valid_lft 314804457sec preferred_lft 314804457sec
3: docker0: <NO-CARRIER,BROADCAST,MULTICAST,UP> mtu 1500 qdisc noqueue state DOWN group default 
    link/ether 02:42:53:74:03:90 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 172.17.0.1/16 brd 172.17.255.255 scope global docker0
       valid_lft forever preferred_lft forever

3.查看命名空间网卡信息
[root@docker ~]# ip netns exec ns0 ifconfig -a
lo: flags=73<UP,LOOPBACK,RUNNING>  mtu 65536
        inet 127.0.0.1  netmask 255.0.0.0
        inet6 ::1  prefixlen 128  scopeid 0x10<host>
        loop  txqueuelen 1000  (Local Loopback)
        RX packets 6  bytes 504 (504.0 B)
        RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0
        TX packets 6  bytes 504 (504.0 B)
        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0

veth0: flags=4098<BROADCAST,MULTICAST>  mtu 1500
        inet 10.0.0.1  netmask 255.255.255.0  broadcast 0.0.0.0
        ether f2:2a:64:26:cf:68  txqueuelen 1000  (Ethernet)
        RX packets 12  bytes 936 (936.0 B)
        RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0
        TX packets 12  bytes 936 (936.0 B)
        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0

[root@docker ~]# ip netns exec ns1 ifconfig -a
lo: flags=73<UP,LOOPBACK,RUNNING>  mtu 65536
        inet 127.0.0.1  netmask 255.0.0.0
        inet6 ::1  prefixlen 128  scopeid 0x10<host>
        loop  txqueuelen 1000  (Local Loopback)
        RX packets 0  bytes 0 (0.0 B)
        RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0
        TX packets 0  bytes 0 (0.0 B)
        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0

veth1: flags=4099<UP,BROADCAST,MULTICAST>  mtu 1500
        inet 10.0.0.2  netmask 255.255.255.0  broadcast 0.0.0.0
        inet6 fe80::3097:39ff:fefb:aba1  prefixlen 64  scopeid 0x20<link>
        ether 32:97:39:fb:ab:a1  txqueuelen 1000  (Ethernet)
        RX packets 12  bytes 936 (936.0 B)
        RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0
        TX packets 12  bytes 936 (936.0 B)
        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0

1.5.2 启用veth pair，并配置上ip地址

1.开启ns0上的网卡，并配置ip地址为10.0.0.1/24
[root@docker ~]# ip netns exec ns0 ip link set lo up
[root@docker ~]# ip netns exec ns0 ip link set veth0 up
[root@docker ~]# ip netns exec ns0 ip addr add 10.0.0.1/24 dev veth0

2.开启ns1上的网卡，并配置ip地址为10.0.0.2/24
[root@docker ~]# ip netns exec ns1 ip link set lo up
[root@docker ~]# ip netns exec ns1 ip link set veth1 up
[root@docker ~]# ip netns exec ns1 ip addr add 10.0.0.2/24 dev veth1

3.查看ns0、ns1网卡状态
[root@docker ~]# ip netns exec ns0 ip a
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN group default qlen 1000
    link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
    inet 127.0.0.1/8 scope host lo
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 ::1/128 scope host 
       valid_lft forever preferred_lft forever
60: veth0@if61: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc noqueue state UP group default qlen 1000
    link/ether f2:2a:64:26:cf:68 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff link-netnsid 1
    inet 10.0.0.1/24 scope global veth0
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 fe80::f02a:64ff:fe26:cf68/64 scope link 
       valid_lft forever preferred_lft forever
[root@docker ~]# ip netns exec ns1 ip a
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN group default qlen 1000
    link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
    inet 127.0.0.1/8 scope host lo
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 ::1/128 scope host 
       valid_lft forever preferred_lft forever
61: veth1@if60: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc noqueue state UP group default qlen 1000
    link/ether 32:97:39:fb:ab:a1 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff link-netnsid 0
    inet 10.0.0.2/24 scope global veth1
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 fe80::3097:39ff:fefb:aba1/64 scope link 
       valid_lft forever preferred_lft forever

1.5.3 测试是否连通

测试ns0可以ping通10.0.0.2
[root@docker ~]# ip netns exec ns0 ping 10.0.0.2
PING 10.0.0.2 (10.0.0.2) 56(84) bytes of data.
64 bytes from 10.0.0.2: icmp_seq=1 ttl=64 time=0.064 ms
64 bytes from 10.0.0.2: icmp_seq=2 ttl=64 time=0.058 ms

1.6 veth设备重命名

1.关闭网卡
[root@docker ~]# ip netns exec ns0 ip link set veth0 down

2.重命名veth0为eth0
[root@docker ~]# ip netns exec ns0 ip link set dev veth0 name eth0

3.查看ns0的网卡信息
[root@docker ~]# ip netns exec ns0 ifconfig -a
eth0: flags=4098<BROADCAST,MULTICAST>  mtu 1500
        inet 10.0.0.1  netmask 255.255.255.0  broadcast 0.0.0.0
        ether f2:2a:64:26:cf:68  txqueuelen 1000  (Ethernet)
        RX packets 12  bytes 936 (936.0 B)
        RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0
        TX packets 12  bytes 936 (936.0 B)
        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0

lo: flags=73<UP,LOOPBACK,RUNNING>  mtu 65536
        inet 127.0.0.1  netmask 255.0.0.0
        inet6 ::1  prefixlen 128  scopeid 0x10<host>
        loop  txqueuelen 1000  (Local Loopback)
        RX packets 6  bytes 504 (504.0 B)
        RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0
        TX packets 6  bytes 504 (504.0 B)
        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0