一文搞懂各種 Docker 網絡 - 每天5分鐘玩轉 Docker 容器技術（72）
前面各小節我們先後學習了 Docker Overaly，Macvaln，Flannel，Weave 和 Calico 跨主機網絡方案。目前這個領域是百家爭鳴，而且還有新的方案不斷湧現。
本節將從不同維度比較各種網絡方案，大家在選擇的時候可以參考。CloudMan 的建議是：沒有最好的，只有最適合的，明確自己的需求，通過 PoC 選型。
Docker 起初只提供了簡單的 single-host 網絡，顯然這不利於 Docker 構建容器集群並通過 scale-out 方式橫向擴展到多個主機上。
在市場需求的推動下，跨主機容器網絡技術開始發展。這是一個非常活躍的技術領域，在不長的時間裏已經湧現了很多優秀方案。本章我們詳細討論了幾種主流的方案 - Docker Overlay、Macvlan、Flannel、Weave 和 Calico。現在是時候做個比較了，讓大家對各種方案的特點和優勢有更深入的理解。
我們將從如下幾個方面比較，大家可以根據不同場景選擇最合適的方案。
網絡模型
采用何種網絡模型支持 multi-host 網絡？
Distributed Store
是否需要 etcd 或 consul 這類分布式 key-value 數據庫存儲網絡信息？
IPMA
如何管理容器網絡的 IP？
連通與隔離
提供怎樣的網絡連通性？支持容器間哪個級別和哪個類型的隔離？
性能
性能比較。
網絡模型
跨主機網絡意味著將不同主機上的容器用同一個虛擬網絡連接起來。這個虛擬網絡的拓撲結構和實現技術就是網絡模型。
Docker overlay 如名稱所示，是 overlay 網絡，建立主機間 VxLAN 隧道，原始數據包在發送端被封裝成 VxLAN 數據包，到達目的後在接收端解包。
Macvlan 網絡在二層上通過 VLAN 連接容器，在三層上依賴外部網關連接不同 macvlan。數據包直接發送，不需要封裝，屬於 underlay 網絡。
Flannel 我們討論了兩種 backend：vxlan 和 host-gw。vxlan 與 Docker overlay 類似，屬於 overlay 網絡。host-gw 將主機作為網關，依賴三層 IP 轉發，不需要像 vxlan 那樣對包進行封裝，屬於 underlay 網絡。
Weave 是 VxLAN 實現，屬於 overlay 網絡。
各方案的網絡模型描述如下：
Distributed Store
Docker Overlay、Flannel 和 Calico 都需要 etcd 或 consul。Macvlan 是簡單的 local 網絡，不需要保存和共享網絡信息。Weave 自己負責在主機間交換網絡配置信息，也不需要 Distributed Store。
IPAM
Docker Overlay 網絡中所有主機共享同一個 subnet，容器啟動時會順序分配 IP，可以通過 --subnet 定制此 IP 空間。
Macvlan 需要用戶自己管理 subnet，為容器分配 IP，不同 subnet 通信依賴外部網關。
Flannel 為每個主機自動分配獨立的 subnet，用戶只需要指定一個大的 IP 池。不同 subnet 之間的路由信息也由 Flannel 自動生成和配置。
Weave 的默認配置下所有容器使用 10.32.0.0/12 subnet，如果此地址空間與現有 IP 沖突，可以通過 --ipalloc-range 分配特定的 subnet。
Calico 從 IP Pool（可定制）中為每個主機分配自己的 subnet。
連通與隔離
同一 Docker Overlay 網絡中的容器可以通信，但不同網絡之間無法通信，要實現跨網絡訪問，只有將容器加入多個網絡。與外網通信可以通過 docker_gwbridge 網絡。
Macvlan 網絡的連通或隔離完全取決於二層 VLAN 和三層路由。
不同 Flannel 網絡中的容器直接就可以通信，沒有提供隔離。與外網通信可以通過 bridge 網絡。
Weave 網絡默認配置下所有容器在一個大的 subnet 中，可以自由通信，如果要實現隔離，需要為容器指定不同的 subnet 或 IP。與外網通信的方案是將主機加入到 weave 網絡，並把主機當作網關。
Calico 默認配置下只允許位於同一網絡中的容器之間通信，但通過其強大的 Policy 能夠實現幾乎任意場景的訪問控制。
性能
性能測試是一個非常嚴謹和復雜的工程，這裏我們只嘗試從技術方案的原理上比較各方案的性能。
最樸素的判斷是：Underlay 網絡性能優於 Overlay 網絡。
Overlay 網絡利用隧道技術，將數據包封裝到 UDP 中進行傳輸。因為涉及數據包的封裝和解封，存在額外的 CPU 和網絡開銷。雖然幾乎所有 Overlay 網絡方案底層都采用 Linux kernel 的 vxlan 模塊，這樣可以盡量減少開銷，但這個開銷與 Underlay 網絡相比還是存在的。所以 Macvlan、Flannel host-gw、Calico 的性能會優於 Docker overlay、Flannel vxlan 和 Weave。
Overlay 較 Underlay 可以支持更多的二層網段，能更好地利用已有網絡，以及有避免物理交換機 MAC 表耗盡等優勢，所以在方案選型的時候需要綜合考慮。
至此，Docker 網絡部分我們已經全部討論完了，下一節將開啟數據管理部分，即跨主機 Docker 存儲。
一文搞懂各種 Docker 網絡 - 每天5分鐘玩轉 Docker 容器技術（72）