当初Kubernetes网络的设计目标是使得开发者使用pod时在网络这一层面可以像使用传统物理主机或虚拟机一样。具体的基本要求如下：

• 所有pod间均应可以在无需NAT的情况下直接通信；
• 所有集群节点与所有集群的Pod之间均应可以在无需NAT的情况下直接通信；
• 容器自身的地址和其他pod看到的它的地址是同一个地址；

按照这样的要求，集群中的每个pod都在一个平坦的、共享网络命名空间中，并且每个Pod都拥有一个IP，通信时无需端口映射。 用户也需要额外考虑如何建立Pod之间的连接，也不需要考虑将容器端口映射到主机端口等问题。基于这些要求而实现的k8s pod网络模型，将具有向后兼容的特性，可以使得Pod从某些角度上可以被看成是一个传统的物理主机或vm来对待。

在《使用nomad实现集群管理和微服务部署调度》一文中，我们看到nomad部署调度的driver为docker的服务实例都是通过主机和容器间的端口映射来对外提供服务的。服务实例多的时候，大量服务端口出现在眼前，我们很难用端口判断这是什么服务。并且通过映射端口暴露服务有局限，对于那些需要映射到主机固定端口的服务来说，很可能存在与其他服务的端口冲突而导致部署失败。除此之外，这种端口映射的方式还缺少隔离的作用，所有实例暴露的端口在同一个全局网络空间。

nomad是否可以像k8s一样将服务实例部署到overlay网络中从而实现每个服务实例所在container可以被看成一个独立的vm；并且我们还可以通过划分overlay的网段来隔离，实现某种意义上的“多租户”呢？在本篇文章中，我们来试验一下上述想法是否可行。

一、搭建试验环境

我们这次在一个VirtualBox搭建的三节点环境中进行验证。如果小伙伴对这段很熟悉，或者有现成的环境可用，那么可以跳过这一小节。另外这节不是重点，我不会对这个过程用过多文字做解释。

1. 创建虚机，组建网络

我们在一台ubuntu 18.04 desktop版本主机上搭建环境，所使用的软件版本信息如下：

• VirtualBox: 5.2.18

• Guest OS: Ubuntu 16.04.6 LTS (GNU/Linux 4.4.0-142-generic x86_64)

组件环境的虚拟机和网络拓扑示意图如下：

如上图所示：三个vm 通过连入host-only网络(vboxnet0)实现内网通；通过连入NAT网络（NatNetwork）实现外网通。（怪异：在windows上的virtualbox实际上通过natnetwork即可实现全通的，无需host-only network，但是在ubuntu下居然不行）。

每个vm中网络配置如下：

# cat /etc/network/interfaces

# This file describes the network interfaces available on your system
# and how to activate them. For more information, see interfaces(5).

source /etc/network/interfaces.d/*

# The loopback network interface
auto lo
iface lo inet loopback

# The primary network interface
auto enp0s3
iface enp0s3 inet dhcp

auto enp0s8
iface enp0s8 inet dhcp

保存后，执行/etc/init.d/networking restart生效。

另外每个vm上安装了openssh-server(apt install openssh-server)并设置root可登陆。三个vm的主机名分为为u1、u2和u3（可通过hostnamectl –static set-hostname u1设置。并在/etc/hosts中添加主机名和内网IP的对应关系）。

每台主机上安装了docker引擎(通过apt install docker.io安装），docker版本信息如下：

# docker version
Client:
 Version:           18.09.2
 API version:       1.39
 Go version:        go1.10.4
 Git commit:        6247962
 Built:             Tue Feb 26 23:56:24 2019
 OS/Arch:           linux/amd64
 Experimental:      false

Server:
 Engine:
  Version:          18.09.2
  API version:      1.39 (minimum version 1.12)
  Go version:       go1.10.4
  Git commit:       6247962
  Built:            Tue Feb 12 22:47:29 2019
  OS/Arch:          linux/amd64
  Experimental:     false

二、使用weave创建跨节点的overlay network

我们选择weave作为overlay network的实现。

1. 安装weave

我们在每个vm节点上安装目前最新版本的weave，以一个节点为例：

# curl -L git.io/weave -o /usr/local/bin/weave
  % Total    % Received % Xferd  Average Speed   Time    Time     Time  Current
                                 Dload  Upload   Total   Spent    Left  Speed
  0     0    0     0    0     0      0      0 --:--:--  0:00:01 --:--:--     0
  0     0    0     0    0     0      0      0 --:--:--  0:00:02 --:--:--     0
100   595    0   595    0     0     62      0 --:--:--  0:00:09 --:--:--   137
100 52227  100 52227    0     0   4106      0  0:00:12  0:00:12 --:--:-- 21187

# chmod a+x /usr/local/bin/weave

# weave version
weave script 2.5.1

... ...

通过weave setup预先将weave相关的容器Image下载到各个节点，为后面的weave launch所使用。

# weave setup

2.5.1: Pulling from weaveworks/weave
... ...
c458f7a37ca6: Pull complete
Digest: sha256:a170dd93fa7e678cc37919ffd65601d1015da6c3f10878534ac237381ea0db19
Status: Downloaded newer image for weaveworks/weave:2.5.1
2.5.1: Pulling from weaveworks/weaveexec
... ...
c11f30d06b58: Pull complete
Digest: sha256:ad53aaabf648548ec26cceac3ab49394778322e1623f0d184a2b74ad06338087
Status: Downloaded newer image for weaveworks/weaveexec:2.5.1
latest: Pulling from weaveworks/weavedb
9b0681f946a1: Pull complete
Digest: sha256:c280cf4e7208f4ca0d2514539e0f476dd12db70beacdc368793b7736de023d8d
Status: Downloaded newer image for weaveworks/weavedb:latest

2. 启动跨多节点(peer) weave network

weave的一个优点是建立跨节点overlay network时并不需要一个外部的存储(比如etcd），位于多个节点上的weave进程会自动同步相关信息。而且weave支持动态向weave overlay network中添加节点。

我们来初始化这个由三个vm节点构成的weave overlay network：

root@u1:~# weave launch --no-dns 192.168.56.4 192.168.56.5
78f459a4a8acc07d46c1f86a15a519b91978c809876452b9d9c1294e760394a9

root@u2:~# weave launch --no-dns 192.168.56.3 192.168.56.5
1f379e50f3917e05bd133589f75594d7b2da20a680bb1e5e7172e37a18abe3ff

root@u3:~# weave launch --no-dns 192.168.56.3 192.168.56.4
aa600bfad8db8711e2cbc5f8e127022460ca3738226dd7aa33bb5b9b049f8cee

执行完上面命令后，在任意一个vm节点上执行下面命令，查看节点weave之间的连接状态：

root@u1:~# weave status connections
<- 192.168.56.4:54715    established fastdp 8e:d8:ad:a8:32:eb(u2) mtu=1376
<- 192.168.56.5:51504    established fastdp f6:58:43:5c:68:d7(u3) mtu=1376

我们看到u1节点已经和u2、u3节点成功建立了连接，weave的工作模式是fastdp(fast data path)，mtu为默认的1376（适当调节weave mtu可以提升weave overlay network的网络性能）。
我们也可以通过weave status命令查看一下weave网络的整体状态：

# weave status

        Version: 2.5.1 (up to date; next check at 2019/04/18 12:35:41)

        Service: router
       Protocol: weave 1..2
           Name: f6:58:43:5c:68:d7(u3)
     Encryption: disabled
  PeerDiscovery: enabled
        Targets: 3
    Connections: 3 (2 established, 1 failed)
          Peers: 3 (with 6 established connections)
 TrustedSubnets: none

        Service: ipam
         Status: ready
          Range: 10.32.0.0/12
  DefaultSubnet: 10.32.0.0/12

        Service: dns
         Domain: weave.local.
       Upstream: 10.0.3.3
            TTL: 1
        Entries: 0

        Service: proxy
        Address: unix:///var/run/weave/weave.sock

        Service: plugin (legacy)
     DriverName: weave

3. 在weave overlay network中创建container并测试overlay网内container的互通性

我们通过为docker指定net driver为weave的方式让docker在weave overlay network中创建container：

root@u1:~# docker run -ti --net=weave busybox /bin/sh

root@u2:~# docker run -ti --net=weave busybox /bin/sh

root@u3:~# docker run -ti --net=weave busybox /bin/sh

我们在u1上启动的容器内去ping位于其他两个vm上启动的新容器：

/ # ping -c 3 10.32.0.1
PING 10.32.0.1 (10.32.0.1): 56 data bytes
64 bytes from 10.32.0.1: seq=0 ttl=64 time=1.540 ms
64 bytes from 10.32.0.1: seq=1 ttl=64 time=1.548 ms
64 bytes from 10.32.0.1: seq=2 ttl=64 time=1.434 ms

--- 10.32.0.1 ping statistics ---
3 packets transmitted, 3 packets received, 0% packet loss
round-trip min/avg/max = 1.434/1.507/1.548 ms

/ # ping -c 3 10.46.0.0
PING 10.46.0.0 (10.46.0.0): 56 data bytes
64 bytes from 10.46.0.0: seq=0 ttl=64 time=5.118 ms
64 bytes from 10.46.0.0: seq=1 ttl=64 time=1.608 ms
64 bytes from 10.46.0.0: seq=2 ttl=64 time=1.837 ms

--- 10.46.0.0 ping statistics ---
3 packets transmitted, 3 packets received, 0% packet loss
round-trip min/avg/max = 1.608/2.854/5.118 ms

我们看到位于weave overlay network中的三个容器是连通的。

4. 测试host到weave overlay网络中容器的连通性

考虑到后续host上的consul会对部署在weave overlay network中的container中的服务做health check，因此需要在host上能连通位于overlay network中的container。

我们来测试一下：

root@u1:~# docker run -ti --net=weave busybox /bin/sh

/ # ip a
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue qlen 1
    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
29: ethwe0@if30: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP,M-DOWN> mtu 1376 qdisc noqueue
    link/ether aa:8f:45:8f:5f:d6 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 10.40.0.0/12 brd 10.47.255.255 scope global ethwe0
       valid_lft forever preferred_lft forever
31: eth0@if32: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP,M-DOWN> mtu 1500 qdisc noqueue
    link/ether 02:42:ac:12:00:02 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 172.18.0.2/16 brd 172.18.255.255 scope global eth0
       valid_lft forever preferred_lft forever

root@u1:~# ping 10.40.0.0
PING 10.40.0.0 (10.40.0.0) 56(84) bytes of data.

^C
--- 10.40.0.0 ping statistics ---
4 packets transmitted, 0 received, 100% packet loss, time 3024ms

从测试结果来看，在host无法ping通位于weave network上的container。这个问题实则也显而易见，因为当前host上的路由表中没有以weave网络range: 10.32.0.0/12为目的地址的路由，并且weave网络设备也并未启用ip地址：

root@u1:~# ip route
default via 10.0.3.2 dev enp0s8
10.0.3.0/24 dev enp0s8  proto kernel  scope link  src 10.0.3.15
172.17.0.0/16 dev docker0  proto kernel  scope link  src 172.17.0.1
172.18.0.0/16 dev docker_gwbridge  proto kernel  scope link  src 172.18.0.1
192.168.56.0/24 dev enp0s3  proto kernel  scope link  src 192.168.56.3

关于这个问题，weave官方给出了答案：我们可以通过weave expose命令自动为主机上的weave设备分配ip地址，添加到10.32.0.0/12的路由。

root@u1:~# weave expose
10.40.0.1

root@u1:~# ip a

.... ...

7: weave: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1376 qdisc noqueue state UP group default qlen 1000
    link/ether b2:97:b5:7b:0f:a9 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 10.40.0.1/12 brd 10.47.255.255 scope global weave
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 fe80::b097:b5ff:fe7b:fa9/64 scope link
       valid_lft forever preferred_lft forever

.... ...

root@u1:~# ip route
default via 10.0.3.2 dev enp0s8
10.0.3.0/24 dev enp0s8  proto kernel  scope link  src 10.0.3.15
10.32.0.0/12 dev weave  proto kernel  scope link  src 10.40.0.1
172.17.0.0/16 dev docker0  proto kernel  scope link  src 172.17.0.1
172.18.0.0/16 dev docker_gwbridge  proto kernel  scope link  src 172.18.0.1
192.168.56.0/24 dev enp0s3  proto kernel  scope link  src 192.168.56.3

我们看到在u1节点上执行完expose之后，weave设备拥有了自己的ip地址，并且主机路由表中也增加了10.32.0.0/12网络的路由。我们再来测试一下u1上主机到container是否通了：

root@u1:~# ping 10.40.0.0
PING 10.40.0.0 (10.40.0.0) 56(84) bytes of data.
64 bytes from 10.40.0.0: icmp_seq=1 ttl=64 time=4.42 ms

64 bytes from 10.40.0.0: icmp_seq=2 ttl=64 time=1.04 ms
64 bytes from 10.40.0.0: icmp_seq=3 ttl=64 time=1.21 ms
^C
--- 10.40.0.0 ping statistics ---
3 packets transmitted, 3 received, 0% packet loss, time 2003ms
rtt min/avg/max/mdev = 1.048/2.228/4.425/1.554 ms

网络已经打通。我们继续在u2、u3两个节点上执行weave expose，这样三台主机都可以通过网络reach到位于任何一台主机上的、weave network中的container。

而从container到host，原本就可以访问，以u1上的container为例：

/ # ping 192.168.56.3
PING 192.168.56.3 (192.168.56.3): 56 data bytes
64 bytes from 192.168.56.3: seq=0 ttl=64 time=0.345 ms
^C
--- 192.168.56.3 ping statistics ---
1 packets transmitted, 1 packets received, 0% packet loss
round-trip min/avg/max = 0.345/0.345/0.345 ms

/ # ping 192.168.56.4
PING 192.168.56.4 (192.168.56.4): 56 data bytes
64 bytes from 192.168.56.4: seq=0 ttl=63 time=1.277 ms
^C
--- 192.168.56.4 ping statistics ---
1 packets transmitted, 1 packets received, 0% packet loss
round-trip min/avg/max = 1.277/1.277/1.277 ms

三、安装consul和nomad集群

在《使用nomad实现集群管理和微服务部署调度》一文中，我们已经详细说过consul和nomad的安装配置过程，这里仅列出步骤，不再详细说明。已经有环境的朋友可以略过该步骤！

1. 安装consul

在每个节点上执行下面步骤安装：

# wget -c https://releases.hashicorp.com/consul/1.4.4/consul_1.4.4_linux_amd64.zip
# unzip consul_1.4.4_linux_amd64.zip
# mv consul /usr/local/bin

# mkdir -p ~/consul-install/consul-data

启动consul集群：

u1:

# nohup consul agent -server -ui -dns-port=53 -bootstrap-expect=3 -data-dir=/root/consul-install/consul-data -node=consul-1 -client=0.0.0.0 -bind=192.168.56.3 -datacenter=dc1 > consul-1.log & 2>&1

u2:

# nohup consul agent -server -ui -dns-port=53 -bootstrap-expect=3 -data-dir=/root/consul-install/consul-data -node=consul-2 -client=0.0.0.0 -bind=192.168.56.4 -datacenter=dc1 -join 192.168.56.3 > consul-2.log & 2>&1

u3:

nohup consul agent -server -ui -dns-port=53  -bootstrap-expect=3 -data-dir=/root/consul-install/consul-data -node=consul-3 -client=0.0.0.0 -bind=192.168.56.5 -datacenter=dc1 -join 192.168.56.3 > consul-3.log & 2>&1

查看启动状态：

#  consul operator raft list-peers
Node      ID                                    Address            State     Voter  RaftProtocol
consul-1  db838e7c-2b02-949b-763b-a6646ee51981  192.168.56.3:8300  leader    true   3
consul-2  33c81139-5054-7e76-f320-7d28d7528cc8  192.168.56.4:8300  follower  true   3
consul-3  4eda7d24-3fe2-45f5-f4ad-b95fa39f13c1  192.168.56.5:8300  follower  true   3

如果输出类似上面的日志，则说明consul集群启动成功！

接下来为了利用consul内嵌的DNS server，我们修改一下各个node的DNS配置 /etc/resolvconf/resolv.conf.d/base：

//  /etc/resolvconf/resolv.conf.d/base

nameserver 192.168.56.3
nameserver 192.168.56.4

options timeout:2 attempts:3 rotate single-request-reopen

# /etc/init.d/resolvconf restart

[ ok ] Restarting resolvconf (via systemctl): resolvconf.service.

2. 安装nomad并启动nomad集群

下面是在每个node上安装nomad的步骤：

# wget -c https://releases.hashicorp.com/nomad/0.8.7/nomad_0.8.7_linux_amd64.zip

# mkdir nomad-install

# unzip nomad_0.8.7_linux_amd64.zip

# mv nomad /usr/local/bin

# nomad version
Nomad v0.8.7 (21a2d93eecf018ad2209a5eab6aae6c359267933+CHANGES)

在每个node上创建agent.hcl文件，放到nomad-install下面：

// agent.hcl

data_dir = "/root/nomad-install/nomad.d"

bind_addr = "192.168.56.3" //node 内网ip，这里以u1 host为例

server {
  enabled = true
  bootstrap_expect = 3
}

client {
  enabled = true
}

启动集群(基于consul)：

u1:

# nohup nomad agent -config=/root/nomad-install/agent.hcl  > nomad-1.log & 2>&1

u2:

# nohup nomad agent -config=/root/nomad-install/agent.hcl  > nomad-2.log & 2>&1

u3:

# nohup nomad agent -config=/root/nomad-install/agent.hcl  > nomad-3.log & 2>&1

查看nomad集群状态：

# nomad server members -address="http://192.168.56.3:4646"
Name       Address       Port  Status  Leader  Protocol  Build  Datacenter  Region
u1.global  192.168.56.3  4648  alive   false   2         0.8.7  dc1         global
u2.global  192.168.56.4  4648  alive   true    2         0.8.7  dc1         global
u3.global  192.168.56.5  4648  alive   false   2         0.8.7  dc1         global

# nomad operator raft list-peers -address="http://192.168.56.3:4646"
Node       ID                 Address            State     Voter  RaftProtocol
u3.global  192.168.56.5:4647  192.168.56.5:4647  follower  true   2
u2.global  192.168.56.4:4647  192.168.56.4:4647  leader    true   2
u1.global  192.168.56.3:4647  192.168.56.3:4647  follower  true   2

nomad集群启动成功！

四. nomad实现在weave overlay network中的job部署

1. 创建位于weave overlay network中的nomad task service实例

我们定义如下nomad job的配置文件：

//httpbackend.nomad

job "httpbackend" {
  datacenters = ["dc1"]
  type = "service"

  group "httpbackend" {
    count = 3

    task "httpbackend" {
      driver = "docker"
      config {
        image = "bigwhite/httpbackendservice:v1.0.0"
        dns_servers =  ["192.168.56.3", "192.168.56.4", "192.168.56.5"]
        network_mode = "weave"
        logging {
          type = "json-file"
        }
      }

      resources {
        network {
          mbits = 10
        }
      }

      service {
        name = "httpbackend"
      }
    }
  }
}

与之前文章中job的配置文件不同的是，该job配置在task的config中增加了：

• dns_servers：由于docker 18.09在-net=weave下，container没有继承host的/etc/resolv.conf文件，我们为了能在container中通过服务的domain查询到其真实ip地址，我们在docker的执行参数中加入dns_servers，我们将u1,u2,u3都作为dns server提供了。

• network_node：我们希望nomad调度负载、创建docker容器时将docker container创建在weave network中，因此我们在network_node中传入”weave”，这就相当于在执行docker时执行：docker run … –net=weave … …

我们来创建一下该job：

# nomad job run -address=http://192.168.56.3:4646 httpbackend.nomad

==> Monitoring evaluation "806eaecf"
    Evaluation triggered by job "httpbackend"
    Allocation "6e06be74" created: node "11212ed9", group "httpbackend"
    Allocation "e7ed8569" created: node "aa5a06fe", group "httpbackend"
    Allocation "fd6c6a05" created: node "fe7a7e9c", group "httpbackend"
    Evaluation status changed: "pending" -> "complete"
==> Evaluation "806eaecf" finished with status "complete"

# nomad job status -address=http://192.168.56.3:4646  httpbackend
ID            = httpbackend
Name          = httpbackend
Submit Date   = 2019-04-19T13:18:21+08:00
Type          = service
Priority      = 50
Datacenters   = dc1
Status        = running
Periodic      = false
Parameterized = false

Summary
Task Group   Queued  Starting  Running  Failed  Complete  Lost
httpbackend  0       0         3        0       0         0

Allocations
ID        Node ID   Task Group   Version  Desired  Status   Created  Modified
6e06be74  11212ed9  httpbackend  0        run      running  54s ago  7s ago
e7ed8569  aa5a06fe  httpbackend  0        run      running  54s ago  6s ago
fd6c6a05  fe7a7e9c  httpbackend  0        run      running  54s ago  12s ago

我们查看一下u1节点上的httpbackend负载的状态和ip：

root@u1:~/nomad-install/jobs# docker ps
CONTAINER ID        IMAGE                    COMMAND                  CREATED             STATUS              PORTS               NAMES
2e2229cf8f64        c196c122feea             "/root/httpbackendse…"   49 seconds ago      Up 48 seconds                           httpbackend-e7ed8569-fdde-537b-91b3-84583d1ea238
912ac43350f7        weaveworks/weave:2.5.1   "/home/weave/weaver …"   22 hours ago        Up 22 hours                             weave

root@u1:~/nomad-install/jobs# docker exec 2e2229cf8f64 ip a
... ...
49: ethwe0@if50: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP,M-DOWN> mtu 1376 qdisc noqueue
    link/ether a2:f1:ef:d7:89:ee brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 10.40.0.0/12 brd 10.47.255.255 scope global ethwe0
       valid_lft forever preferred_lft forever
.... ...

我们看到新创建的container的ip为10.40.0.0，是weave network subnet range中的一个地址。

我们访问一下该服务：

# curl http://10.40.0.0:8081
this is httpbackendservice, version: v1.0.0

我们看到了预期返回的结果。通过consul的域名访问也同样ok：

# curl httpbackend.service.dc1.consul:8081
this is httpbackendservice, version: v1.0.0

我们从一个位于weave network中的container中去访问httpbackend服务，依然会得到正确的应答结果：

# docker run -ti --net=weave --dns=192.168.56.3 --dns=8.8.8.8 ubuntu /bin/bash

root@3fe76a39b66f:/# curl httpbackend.service.dc1.consul:8081
this is httpbackendservice, version: v1.0.0

五、 应用隔离

有些时候我们需要将部署的应用之间做隔离，让彼此无法互相访问。weave overlay network是支持这样做的，我们一起来看一下。

1.重建weave网络

我们首先需要重新创建weave网络，使之能支持划分不同subnet。

先在每个node上执行下面命令，将原有的weave网络清理干净：

# weave reset

执行后，发现weave网络设备、weave相关容器、路由表中有关weave的路由都不见了。

我们重新建立三节点的weave网络，在这个10.32.0.0/16的大网中，我们划分若干subnet，默认的subnet为10.32.0.0/24。

u1:

# weave launch --no-dns --ipalloc-range 10.32.0.0/16 --ipalloc-default-subnet 10.32.0.0/24 192.168.56.4 192.168.56.5

# weave expose

u2:

# weave launch --no-dns --ipalloc-range 10.32.0.0/16 --ipalloc-default-subnet 10.32.0.0/24 192.168.56.3 192.168.56.5

# weave expose

u3:

# weave launch --no-dns --ipalloc-range 10.32.0.0/16 --ipalloc-default-subnet 10.32.0.0/24 192.168.56.3 192.168.56.4

# weave expose

接下来我们在不同的subnet下分别建立两个container：

首先在u1上，在default subnet下建立两个container a1和a2：

#docker run -ti --net=weave --dns=192.168.56.3 --dns=8.8.8.8 --name a1 busybox /bin/sh

#docker run -ti --net=weave --dns=192.168.56.3 --dns=8.8.8.8 --name a2 busybox /bin/sh

再在u2上在subnet 10.32.1.0/24下建立两个container：b1和b2

u2上：

# docker run -ti --net=weave --dns=192.168.56.3 --dns=8.8.8.8 -e WEAVE_CIDR=net:10.32.1.0/24 --name b1 busybox /bin/sh

# docker run -ti --net=weave --dns=192.168.56.3 --dns=8.8.8.8 -e WEAVE_CIDR=net:10.32.1.0/24 --name b2 busybox /bin/sh

我们经过测试发现：a1与a2、a1与b1都是可以ping通的，这与我们的预期a1与b1、b2不通不符。我们发现b1(10.32.0.2)、b2(10.32.0.3)两个容器的ip地址居然依然在default subnet内，似乎通过环境变量WEAVE_CIDR传递的subnet信息没有生效。
在weave的一个issue中，有开发者提到：WEAVE_CIDR仅用于weave proxy模式，在weave作为plugin模式工作时，docker不会将该环境变量信息传递给weave。也就是说即便上面在u2上创建b1、b2时设置了环境变量WEAVE_CIDR，weave插件也无法得到该信息，于是依旧在默认subnet范围为b1、b2分配了ip。

2. 让docker使用weave proxy模式

weave proxy是位于docker client与docker engine(docker daemon)之间的代理服务：

docker client --> weave proxy ---> docker engine/daemon

默认情况下，/var/run/docker.sock是docker client和docker engine之间的通信“媒介”，Docker daemon默认监听的Unix域套接字(Unix domain socket)：/var/run/docker.sock，docker client以及容器中的进程可以通过它与Docker daemon进行通信。

我们可通过docker -H xxx.sock或通过设置 DOCKER_HOST环境变量的方式让docker client与传入的unix socket通信。这样我们就可以将weave proxy的套接字unix:///var/run/weave/weave.sock（通过weave env查看到）传给docker client了。我们来测试一下：

u1:

# docker -H unix:///var/run/weave/weave.sock run -ti --dns=192.168.56.3 --dns=8.8.8.8 --name a1 busybox /bin/sh

# docker -H unix:///var/run/weave/weave.sock run -ti --dns=192.168.56.3 --dns=8.8.8.8 --name a2 busybox /bin/sh

u2:

# docker -H unix:///var/run/weave/weave.sock  run -ti --dns=192.168.56.3 --dns=8.8.8.8 -e WEAVE_CIDR=net:10.32.1.0/24 --name b1 busybox /bin/sh

#docker -H unix:///var/run/weave/weave.sock run -ti --dns=192.168.56.3 --dns=8.8.8.8 -e WEAVE_CIDR=net:10.32.1.0/24 --name b2 busybox /bin/sh

四个container启动后，我们发现b1、b2的ip地址都在WEAVE_CIDR指定的空间内，a1、a2间互通；b1、b2间互通，但a1、a2与b1、b2间是不通的。这样就与预期相符了。

3. nomad与weave proxy模式集成实现应用工作负载的隔离

接下来，我们来看看如何将nomad和weave的proxy模式集成在一起，实现工作负载分配在不同subnet。

这里我们就无法仅仅通过在job配置文件中传入参数的方式来实现了，我们需要修改一下agent.hcl并重启nomad集群。以u1节点上的agent.hcl为例，我们需要改为下面这样：

data_dir = "/root/nomad-install/nomad.d"

bind_addr = "192.168.56.5"

server {
  enabled = true
  bootstrap_expect = 3
}

client {
  enabled = true
  "options":{
     "docker.endpoint":"unix://var/run/weave/weave.sock"
  }
}

我们在client配置block中增加一个options，设置了docker.endpoint为weave proxy监听的weave.sock。重启集群：

u1:

# nohup nomad agent -config=/root/nomad-install/agent.hcl  > nomad-1.log & 2>&1

u2:

# nohup nomad agent -config=/root/nomad-install/agent.hcl  > nomad-2.log & 2>&1

u3:

# nohup nomad agent -config=/root/nomad-install/agent.hcl  > nomad-3.log & 2>&1

接下来，我们重建一个httpbackend-another-subnet.nomad，内容如下：

//httpbackend-another-subnet.nomad

job "httpbackend" {
  datacenters = ["dc1"]
  type = "service"

  group "httpbackend" {
    count = 3

    task "httpbackend" {
      driver = "docker"
      config {
        image = "bigwhite/httpbackendservice:v1.0.0"
        dns_servers =  ["192.168.56.3", "192.168.56.4", "192.168.56.5"]
        logging {
          type = "json-file"
        }
      }

      env {
        WEAVE_CIDR="net:10.32.1.0/24"
      }

      resources {
        network {
          mbits = 10
        }
      }

      service {
        name = "httpbackend"
      }
    }
  }
}

我们去掉了network_mode = “weave”，增加了一个env：WEAVE_CIDR=”net:10.32.1.0/24″。run这个job：

# nomad job run -address=http://192.168.56.3:4646 httpbackend-another-subnet.nomad
==> Monitoring evaluation "e94bdd00"
    Evaluation triggered by job "httpbackend"
    Allocation "3f5032b5" created: node "11212ed9", group "httpbackend"
    Allocation "40d75ae8" created: node "aa5a06fe", group "httpbackend"
    Allocation "627fe1e7" created: node "fe7a7e9c", group "httpbackend"
    Evaluation status changed: "pending" -> "complete"
==> Evaluation "e94bdd00" finished with status "complete"

# docker ps
CONTAINER ID        IMAGE                    COMMAND                  CREATED             STATUS              PORTS               NAMES
700bbea7c89e        c196c122feea             "/w/w /root/httpback…"   17 seconds ago      Up 16 seconds                           httpbackend-40d75ae8-fe75-c560-b87b-c1272db4850c
8b7e29522b8b        weaveworks/weave:2.5.1   "/home/weave/weaver …"   10 hours ago        Up 10 hours                             weave
root@u1:~/nomad-install/jobs# docker exec 700bbea7c89e ip a
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue qlen 1
    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
142: eth0@if143: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP,M-DOWN> mtu 1500 qdisc noqueue
    link/ether 02:42:ac:11:00:02 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 172.17.0.2/16 brd 172.17.255.255 scope global eth0
       valid_lft forever preferred_lft forever
144: ethwe@if145: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP,M-DOWN> mtu 1376 qdisc noqueue
    link/ether f2:55:9d:26:72:56 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 10.32.1.192/24 brd 10.32.1.255 scope global ethwe
       valid_lft forever preferred_lft forever

我们看到新创建的httpbackend container的ip已经分配到10.32.1.0/24 subnet下面了。这种方式使得我们可以任意安排我们的job放入哪个subnet。

4. 遗留问题

我们通过consul go api试图从consul中获取service: httpbackend的ip信息，我们得到了如下的输出：

#  ./services
10.0.3.15 : 0
10.0.3.15 : 0
10.0.3.15 : 0
[]

如果在httpbackend的service配置中使用如下配置：

 service {
        name = "httpbackend"
        address_mode = "driver"
      }

那么，我们得到的是下面结果：

# ./services
172.17.0.3 : 0
172.17.0.2 : 0
172.17.0.2 : 0
[]

也就是说nomad在consul中记录的container的advertise ip不是我们想要的weave subnet网段的ip信息，这样就会导致我们通过consul的DNS服务或者通过consul api获取的服务ip信息有误，导致无法通过这两种方式访问到服务实例。在nomad的最新版v0.9.0中该问题依然存在。

综上，“隔离”的目的得到了部分满足，期待后续nomad的改进。

六、参考资料

• https://www.weave.works/docs/net/latest/install/installing-weave/

• https://www.weave.works/docs/net/latest/install/using-weave/#peer-connections

• https://www.weave.works/docs/net/latest/install/plugin/plugin/#launching

• https://www.weave.works/docs/net/latest/tasks/manage/host-network-integration/

• https://docs.docker.com/v17.09/engine/userguide/networking/configure-dns/

• https://www.nomadproject.io/docs/drivers/docker.html#client-requirements

• https://www.weave.works/docs/net/latest/tasks/manage/application-isolation/

• https://www.weave.works/docs/net/latest/tasks/weave-docker-api/weave-docker-api/

• https://www.nomadproject.io/docs/drivers/docker.html

• https://www.nomadproject.io/docs/configuration/client.html

• https://www.nomadproject.io/docs/job-specification/service.html#using-driver-address-mode

• https://success.docker.com/article/networking

本文涉及到的配置文件和源码，参见这里。

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CoreOS是一种专门为运行类docker容器而生的linux发行版。与其他通用linux发行版（ubuntu、debian、redhat)相 比，它具有体型最小，消耗最小，支持滚动更新等特点。除此之外CoreOS内置的分布式系统服务组件也给开发者和运维者组建分布式集群、部署分布式服务应 用带来了极大便利。

CoreOS与知名容器Docker脚前脚后诞生，到目前为止已经较为成熟，国外主流云平台提供商如Amazon EC2、Google Compute Engine、Microsoft Azure、Digtial Ocean等均提供了CoreOS image，通过这些服务，你可以一键建立一个CoreOS实例，这似乎也是CoreOS官方推荐的主流install方式（最Easy）。

CoreOS当然支持其他方式的安装，比如支持虚拟机安装(vagrant+virtualbox)、PXE(preboot execute environment)安装以及iso install to 物理disk方式。如果仅仅是做一些实验，虚拟机安装是最简单也是最安全的方式。不过由于CoreOS的官方下载站在大陆无法直接访问（大陆程序员们好悲 催啊），因此这一最简单的虚拟机安装CoreOS的过程也就不那么简单了。

通过core-vagrant安装的直接结果是CoreOS被安装到一个VirtualBox虚拟机中，之后我们利用Vagrant命令来进行 CoreOS虚拟机的启停。CoreOS以及Vagrant都在持续演进，尤其是CoreOS目前在active dev中，版本号变化很快，这也是CoreOS滚动升级的必然结果。因此在安装操作演示前，我们有必要明确一下这个安装过程使用的软件版本：

    物理机OS:
        Ubuntu 12.04 3.8.0-42-generic x86_64
    VirtualBox:
        Oracle VM VirtualBox Manager 4.2.10
    Vagrant:
        Vagrant 1.7.3
    CoreOS:
        stable 717.3.0
    coreos-vagrant source:
        commit b9ed7e2182ff08b72419ab3e89f4a5652bc75082

一、原理

如果没有Wall，CoreOS的coreos-vagrant安装将非常简单：

1、git clone https://github.com/coreos/coreos-vagrant
2、编辑配置文件
3、vagrant up
4、vagrant ssh

但是现在有了Wall，步骤3：vagrant up会报错：无法连接到http://stable.release.core-os.net/amd64-usr/717.3.0/xx这个url，导致安装失败。

我大致分析了一下vagrant up的执行过程：

1、设置配置默认值

    $num_instances = 1
    $instance_name_prefix = "core"
    $update_channel = "alpha"
    $image_version = "current"
    $enable_serial_logging = false
    $share_home = false
    $vm_gui = false
    $vm_memory = 1024
    $vm_cpus = 1
    $shared_folders = {}
    $forwarded_ports = {}

2、判断是否存在config.rb这个配置，如果有，则加载。
3、设置config.vm.url，并获取对应的json文件：

{
  "name": "coreos-stable",
  "description": "CoreOS stable",
  "versions": [{
    "version": "717.3.0",
    "providers": [{
      "name": "virtualbox",
      "url": "http://stable.release.core-os.net/amd64-usr/717.3.0/coreos_production_vagrant.box",
      "checksum_type": "sha256",
      "checksum": "99dcd74c7cae8b1d90f108f8819f92b17bfbd34f4f141325bd0400fe4def55b6"
    }]
  }]
}

4、根据config.vm.provider（是virtualbox还是vmvare等）来决定采用哪种虚拟机创建逻辑。

这里我们看到，整个过程只需要从core-os.net下载两个文件：coreos_production_vagrant.box和coreos_production_vagrant.json。如果我们提前将这两个文件下载到本地，并放在一个临时的http server下，修改Vagrantfile和coreos_production_vagrant.json这两个文件，就应该可以通过coreos-vagrant安装了。

二、coreos-vagrant安装single instance CoreOS

好了，根据上述原理，我们首先要下载coreos_production_vagrant.box和coreos_production_vagrant.json这两个文件，根据我们的channel和版本选择，两个文件的下载地址分别为：

 http://stable.release.core-os.net/amd64-usr/717.3.0/coreos_production_vagrant.box
 http://stable.release.core-os.net/amd64-usr/717.3.0/coreos_production_vagrant.json

接下来就是不管你用什么梯子，只要把这两个文件下载到本地，并放到一个目录下就好了。

我们需要修改一下coreos_production_vagrant.json，将其中的url改为：
   
    "url": "http://localhost:8080/coreos_production_vagrant.box"

我们要将这两个文件放到一个local file server中，后续供core-vagrant访问。最简单的方法就是使用:

    python -m SimpleHTTPServer 8080

当然使用Go实现一个简单的http file server也是非常简单的：

//fileserver.go
package main

import "net/http"
import "log"

func main() {
    log.Fatal(http.ListenAndServe(":8080", http.FileServer(http.Dir("./"))))
}

接下来我们就可以按照正常步骤，下载coreos-vagrant并up了：

$git clone https://github.com/coreos/coreos-vagrant

修改Vagrantfile：

$ diff Vagrantfile Vagrantfile.bak
14,15c14,15
< $update_channel = "stable"
< $image_version = "717.3.0"
—
> $update_channel = "alpha"
> $image_version = "current"
55c55
<   config.vm.box_url = "http://localhost:8080/coreos_production_vagrant.json"
—
>   config.vm.box_url = "http://%s.release.core-os.net/amd64-usr/%s/coreos_production_vagrant.json" % [$update_channel, $image_version]

将user-data.sample改名为user-data，并编辑user-data，在etcd2下面增加一行：

      etcd2:
    name: core-01

将units:下面对于etcd2的注释去掉，以enable etcd2服务。（将etcd服务注释掉）

万事俱备，只需vagrant up。

$ vagrant up
Bringing machine 'core-01' up with 'virtualbox' provider…
==> core-01: Box 'coreos-stable' could not be found. Attempting to find and install…
    core-01: Box Provider: virtualbox
    core-01: Box Version: 717.3.0
==> core-01: Loading metadata for box 'http://localhost:8080/coreos_production_vagrant.json'
    core-01: URL: http://localhost:8080/coreos_production_vagrant.json
==> core-01: Adding box 'coreos-stable' (v717.3.0) for provider: virtualbox
    core-01: Downloading: http://localhost:8080/coreos_production_vagrant.box
    core-01: Calculating and comparing box checksum…
==> core-01: Successfully added box 'coreos-stable' (v717.3.0) for 'virtualbox'!
==> core-01: Importing base box 'coreos-stable'…
==> core-01: Matching MAC address for NAT networking…
==> core-01: Checking if box 'coreos-stable' is up to date…
==> core-01: Setting the name of the VM: coreos-vagrant_core-01_1437121834188_89503
==> core-01: Clearing any previously set network interfaces…
==> core-01: Preparing network interfaces based on configuration…
    core-01: Adapter 1: nat
    core-01: Adapter 2: hostonly
==> core-01: Forwarding ports…
    core-01: 22 => 2222 (adapter 1)
==> core-01: Running 'pre-boot' VM customizations…
==> core-01: Booting VM…
==> core-01: Waiting for machine to boot. This may take a few minutes…
    core-01: SSH address: 127.0.0.1:2222
    core-01: SSH username: core
    core-01: SSH auth method: private key
    core-01: Warning: Connection timeout. Retrying…
==> core-01: Machine booted and ready!
==> core-01: Setting hostname…
==> core-01: Configuring and enabling network interfaces…
==> core-01: Running provisioner: file…
==> core-01: Running provisioner: shell…
    core-01: Running: inline script

登入你的coreos实例：
$ vagrant ssh
CoreOS stable (717.3.0)
core@core-01 ~ $

在vagrant up时，你可能会遇到如下两个错误：

错误1：

Progress state: VBOX_E_FILE_ERROR
VBoxManage: error: Could not open the medium storage unit '/home1/tonybai/.vagrant.d/boxes/coreos-stable/717.3.0/virtualbox/coreos_production_vagrant_image.vmdk'.
VBoxManage: error: VMDK: inconsistent references to grain directory in '/home1/tonybai/.vagrant.d/boxes/coreos-stable/717.3.0/virtualbox/coreos_production_vagrant_image.vmdk'  (VERR_VD_VMDK_INVALID_HEADER).

这个问题的原因很可能是你的Virtualbox版本不对，比如版本太低，与coreos_production_vagrant.box格式不兼容。可尝试安装一下高版本virtualbox来解决。

错误2：

core-01: SSH address: 127.0.0.1:2222
core-01: SSH username: core
core-01: SSH auth method: private key
core-01: Warning: Connection timeout. Retrying…
core-01: Warning: Connection timeout. Retrying…
core-01: Warning: Connection timeout. Retrying…

coreos虚拟机创建后，似乎一直无法连接上。在coreos的github issue中，有人遇到了这个问题，目前给出的原因是因为cpu的支持虚拟化技术的vt开关没有打开，需要在bios中将其开启。这主要在安装64bit box时才会发生。

到这里，我们已经完成了一个single instance coreos虚拟机的安装。vagrant halt可以帮助你将启动的coreos虚拟机停下来。

$ vagrant halt
==> core-01: Attempting graceful shutdown of VM…

三、  CoreOS cluster

上面虽然成功的安装了coreos，然并卵。在实际应用中，CoreOS多以Cluster形式呈现，也就是说我们要启动多个CoreOS实例。

使用vagrant启动多个coreos实例很简单，只需将配置中的$num_instances从1改为n。

这里我们启用config.rb这个配置文件(将config.rb.sample改名为config.rb)，并将其中的$num_instances修改为3：

# Size of the CoreOS cluster created by Vagrant
$num_instances=3

该配置文件中的数据会覆盖Vagrantfile中的默认配置。

三个instance中的etcd2要想组成集群还需要一个配置修改，那就是在etcd.io上申请一个token：

$curl https://discovery.etcd.io/new

https://discovery.etcd.io/fe81755687323aae273dc5f111eb059a

将这个token配置到user-data中的etcd2下：

  etcd2:

    #generate a new token for each unique cluster from https://discovery.etcd.io/new
    #discovery: https://discovery.etcd.io/<token>
    discovery: https://discovery.etcd.io/fe81755687323aae273dc5f111eb059a

我们再来up看看：

$ vagrant up
Bringing machine 'core-01' up with 'virtualbox' provider…
Bringing machine 'core-02' up with 'virtualbox' provider…
Bringing machine 'core-03' up with 'virtualbox' provider…
==> core-01: Checking if box 'coreos-stable' is up to date…
==> core-01: VirtualBox VM is already running.
==> core-02: Importing base box 'coreos-stable'…
==> core-02: Matching MAC address for NAT networking…
==> core-02: Checking if box 'coreos-stable' is up to date…
==> core-02: Setting the name of the VM: coreos-vagrant_core-02_1437388468647_96550
==> core-02: Fixed port collision for 22 => 2222. Now on port 2200.
==> core-02: Clearing any previously set network interfaces…
==> core-02: Preparing network interfaces based on configuration…
    core-02: Adapter 1: nat
    core-02: Adapter 2: hostonly
==> core-02: Forwarding ports…
    core-02: 22 => 2200 (adapter 1)
==> core-02: Running 'pre-boot' VM customizations…
==> core-02: Booting VM…
==> core-02: Waiting for machine to boot. This may take a few minutes…
    core-02: SSH address: 127.0.0.1:2200
    core-02: SSH username: core
    core-02: SSH auth method: private key
    core-02: Warning: Connection timeout. Retrying…
==> core-02: Machine booted and ready!
==> core-02: Setting hostname…
==> core-02: Configuring and enabling network interfaces…
==> core-02: Running provisioner: file…
==> core-02: Running provisioner: shell…
    core-02: Running: inline script
==> core-03: Importing base box 'coreos-stable'…
==> core-03: Matching MAC address for NAT networking…
==> core-03: Checking if box 'coreos-stable' is up to date…
==> core-03: Setting the name of the VM: coreos-vagrant_core-03_1437388512743_68112
==> core-03: Fixed port collision for 22 => 2222. Now on port 2201.
==> core-03: Clearing any previously set network interfaces…
==> core-03: Preparing network interfaces based on configuration…
    core-03: Adapter 1: nat
    core-03: Adapter 2: hostonly
==> core-03: Forwarding ports…
    core-03: 22 => 2201 (adapter 1)
==> core-03: Running 'pre-boot' VM customizations…
==> core-03: Booting VM…
==> core-03: Waiting for machine to boot. This may take a few minutes…
    core-03: SSH address: 127.0.0.1:2201
    core-03: SSH username: core
    core-03: SSH auth method: private key
    core-03: Warning: Connection timeout. Retrying…
==> core-03: Machine booted and ready!
==> core-03: Setting hostname…
==> core-03: Configuring and enabling network interfaces…
==> core-03: Running provisioner: file…
==> core-03: Running provisioner: shell…
    core-03: Running: inline script

$vagrant ssh core-02
CoreOS stable (717.3.0)
core@core-02 ~ $

可以看到Vagrant启动了三个coreos instance。关闭这些instance，同样用halt：

$ vagrant halt
==> core-03: Attempting graceful shutdown of VM…
==> core-02: Attempting graceful shutdown of VM…
==> core-01: Attempting graceful shutdown of VM…

四、小结

以上仅仅是CoreOS最基本的入门，虽然现在安装ok了，但CoreOS的各种服务组件的功用、配置；如何与Docker配合形成分布式服务系统；如何用Google Kubernetes管理容器集群等还需更进一步深入学习，这个后续会慢慢道来。