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使用 ZeroTier One 在多台 Docker 服务器间建立双栈互通网络

前言

多台 Docker 服务器上的容器互通是一个不好解决的问题。如果自建一个 Overlay 网络,就需要在一台服务器上建立 etcd 之类的服务。但如果 etcd 所在的服务器挂了,整个网络就 GG 了。我用的便宜 VPS 有偶尔网络中断的情况,我自己搞崩也服务器是常有的事,所以我不能采取这种方式。

Docker 也有其它的基于 Overlay 的商业化组网方案,例如 Weave,但是对于个人用户来说这些方案的价格太高了(我只是搞来玩玩),所以也不考虑。

在这些网络结构上,etcd 或者 Weave 之类的中心服务器记录了每个容器所在的服务器和内部 IP,所以在任何容器上都可以直接 DNS 解析到其它容器。也就是说,假如我设置了 lantian-nginx 和 lantian-phpfpm 两个容器,在 nginx 的配置文件里我可以直接把 php-fpm 的地址填成 lantian-phpfpm:[端口号],方便配置。

但我好像可以放弃这个功能啊?我的容器数量并不多,而且只有几个 MariaDB 需要跨服务器连接,做数据库主从备份,手动指定一下 IP 并不麻烦。

那么我就可以直接使用传统的 VPN 方案来做互通了。

问题又来了:由于自己的服务器不稳定,我不希望某台服务器挂掉导致网络互通挂掉,所以 Open_VPN 之类需要架设中心 VPN 服务器的也算了。Tinc 这类 P2P VPN 符合我的要求,但是我的服务器常有增减,难道我每次都要一台台上去改配置吗?

有中央管理面板的 P2P VPN,我或许可以用 LogMeIn Hamachi。这款免费软件通过和 LogMeIn 公司的中心服务器连接,获取网络内其它计算机的实际 IP,并分别建立 P2P 连接。我的服务器上倒是有 Hamachi,但是它只给每台计算机一个 IPv4 和一个 IPv6,对于 Docker 组网来说不够用啊。而且它每个网络只能让 5 台计算机互联,否则就要加钱。

到现在为止,我的需求如下:

  1. 任何一台服务器 GG 不能影响其它服务器
  2. 需要一个统一的管理面板可以快速增减服务器
  3. 不需要 Docker 的 DNS 解析之类功能
  4. 每台服务器可以获得多于一个的 IPv4 和 IPv6(可以是内网 ULA 网段),最好有一个内网网段

经过一番搜索,我选定了 ZeroTier One 这款软件。它类似于 Hamachi,但是相比之下它有如下优点:

  1. 我可以指定哪些 IPv4 网段被路由到 ZeroTier One,并且可以任意设置分配地址池。
  2. 我可以让每台计算机分配到一个 IPv6 ULA 下的 /80 网段,足够 Docker 使用。
  3. 每个用户可以免费添加 100 台计算机。

第一点尤其重要,例如,我可以设置给每台计算机在 172.27.0.0/16 下自动分配 IP,但是我又可以统一指定把 172.28.0.0/24 路由到某台 Docker 服务器,172.28.1.0/24 路由到另一台,以此类推。

安装与配置

ZeroTier One 官方提供一键安装脚本。在你的服务器上运行如下命令即可。

curl -s 'https://pgp.mit.edu/pks/lookup?op=get&search=0x1657198823E52A61' | gpg --import && \ if z=$(curl -s 'https://install.zerotier.com/' | gpg); then echo "$z" | sudo bash; fi

然后在 ZeroTier One 官方注册一个账号。这里需要你的手机号。我测试中国电信手机号可以收到验证短信,但是隔了 7 个小时…… 最后我用的是 Google Voice 的号码。

注册登录后你就能看到如下界面:

ZeroTier 管理界面

点击上方的 Network(网络),再点击 Create New Network(创建新网络),你会看到列表上多了一个网络。

创建完成的新网络

如图,第二个是我已有的网络,第一个是新创建的。点击进去。

网络管理界面

左上角是 Network ID,稍后你要输入到你的 ZeroTier 客户端去。

Short Name 是网络名称,你可以自定义以使得它更好辨别。

右上角 Managed Routes 是路由表设置,稍后再改。

IPv4 Auto-Assign 是 IPv4 地址的自动分配,我们要把它打开。

打开后

打开后,在列出的网段中选一个看得顺眼的。这个网段不能与你服务器实际在用的网段有重合。例如,如果有一台 NAT VPS,其 IPv4 所在网段是 172.17.0.0/16,那么你就不能选它,否则它有可能会断网。选择后,会自动给你添加好路由表设置,如图:

自动添加路由表设置

IPv6 Auto-Assign 是 IPv6 的自动分配,下有两个选项。

IPv6 配置

RFC4193 选项会为你随机生成一个 ULA 网段(在 fd00::/8 下),每台服务器获得一个 IPv6(/128);6PLANE 在另一个 ULA 网段(fc00::/8 下),每台服务器获得一个 /80 段。为了 Docker 组网,我们需要的就是 6PLANE 网段。

接下来,我们把服务器加进这个网络。在服务器上输入命令:

zerotier-cli join [网络ID]

然后在设置页面的下方,勾上对应服务器的 Auth 选项:

勾上 Auth 选项

页面上会显示服务器对应的 IPv4 和 IPv6,各台服务器也能互相 ping 通了。

配置 Docker - 原生 Docker

在这个例子中,假定这台 Docker 服务器分配到了 10.147.17.233 和 fc23:3333:3333:3333:3333::1/80,我们希望添加一个 172.28.233.x/24 供它使用,系统环境是 Debian 8。

我们需要指定 Docker 使用一些启动命令参数。在 Debian 8 这类 systemd 发行版上,我们需要修改一下 systemd 的配置。输入以下命令:

cd /etc/systemd/system
mkdir docker.service.d
cd docker.service.d
nano docker.conf

向 docker.conf 输入如下内容:

[Service]
EnvironmentFile=-/etc/default/docker
ExecStart=
ExecStart=/usr/bin/dockerd -H fd:// $DOCKER_OPTS

Ctrl+X,Y,回车保存退出,再运行:

systemctl daemon-reload
cd /etc/default
nano docker

经过如上修改,此处显示的 DOCKER_OPTS 环境变量就能生效了。将对应的这一行修改成:

DOCKER_OPTS="--fixed-cidr=172.28.233.0/24 --ipv6 --fixed-cidr-v6=fc23:3333:3333:3333:3333::/80"

重启 Docker:

service docker restart

然后你的 Docker 容器就有了在这两个网段上的 IP。

问题又来了,由于容器获得的是 ULA 网段,无法访问 IPv6 公网,怎么办?我们需要借助 docker-ipv6nat。这个软件(容器)可以根据你的容器设置自动配置 IPv6 NAT,就像 Docker 在 IPv4 上做的一样。

等等,为什么要用 IPv6 NAT?我认为它的优点如下:

  1. 某些主机商只提供一个 IPv6 地址
  2. 更方便的防火墙配置(外网无法直接访问到容器)
  3. 它在 ULA 网段上运行,刚好符合这次的需求

启动这个容器:

docker run -d --restart=always -v /var/run/docker.sock:/var/run/docker.sock:ro --privileged --net=host robbertkl/ipv6nat

你可能需要重新启动一下其它容器以使配置生效。这样你的容器就能访问 IPv6 公网了。

如果你愿意,可以在 DOCKER_OPTS 里加一句 --userland-proxy=false,禁用 Docker 的应用层代理,可以节省内存。

配置 Docker - Compose

如果你用 Docker-Compose,那么事情就方便了许多,不需要修改 systemd 配置了。将你的 docker-compose.yml 里修改成如下内容:

version: "2.1"
services:
  docker-ipv6nat:
    image: robbertkl/ipv6nat
    container_name: docker-ipv6nat
    restart: always
    privileged: true
    network_mode: host
    volumes:
      - "/var/run/docker.sock:/var/run/docker.sock:ro"

  你原有的容器:
    [...]
    depends_on:
      - docker-ipv6nat

  [你原有的容器们...]

networks:
  default:
    driver: bridge
    enable_ipv6: true
    ipam:
      driver: default
      config:
      - subnet: 172.28.233.0/24
        gateway: 172.28.233.1
      - subnet: fc23:3333:3333:3333:3333::/80
        gateway: fc23:3333:3333:3333:3333::1

注意要给原有的每个容器添加依赖 docker-ipv6nat。然后重新 docker-compose up -d 即可。

配置系统转发

在 /etc/sysctl.conf 里添加以下内容:

net.ipv4.ip_forward = 1
net.ipv6.conf.default.forwarding=1
net.ipv6.conf.all.forwarding=1
net.ipv6.conf.all.proxy_ndp=1

执行 sysctl -p 开启转发。如果你有防火墙,记得给相应的网段放行。

配置 ZeroTier 路由表

在右上角 Managed Routes 里添加 “172.28.233.1/24,10.147.17.233”,代表把 172.28.233.1/24 网段的请求全部交由 10.147.17.233 处理。

路由表配置

然后,你在其它服务器就能 ping 通 10.147.17.233 上的 Docker 容器了。在其它服务器上如法炮制(记得 IP 段不能重合),就能在所有 Docker 服务器和容器之间建成一张双栈局域网了。

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