LXCで学ぶコンテナ入門 －軽量仮想化環境を実現する技術

第6回　Linuxカーネルのコンテナ機能［5］ ─ネットワーク

LXC, コンテナ, veth, macvlan, ネットワーク名前空間

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コンテナに関係する主要な機能2つの説明が済んだので，今回はLXCで使われることが多いネットワーク関連の機能を紹介しましょう。

コンテナとネットワーク名前空間

コンテナでのネットワークの使用と密接に関係するのが第2回で紹介したネットワーク名前空間です。

コンテナでネットワークを使用する場合，一般的にはネットワーク名前空間を作成します。そして，ホスト上に存在するネットワークインターフェースを，作成したネットワーク名前空間に割り当てます。そうすると，ホストや他のコンテナからは見えない，コンテナからだけ見えるネットワークインターフェースとなります。

もちろん，ネットワーク名前空間を作らなくてもコンテナは作れます。しかし，システムコンテナを使う場合，最近はupstartやsystemdといったソケットを使用するinitが使われることが多いので，ネットワーク名前空間をホストと分けておくのが普通です。

特にUpstartの場合はネットワーク名前空間がホストと独立していないと，コンテナで実行した命令がホスト側のinitで受信されてしまうことになるので，LXCのマニュアルにも注意書きがあります。

アプリケーションコンテナの場合は，initを使いませんから，ホストと同じネットワーク名前空間を使用することは考えられます。

ホストのインターフェースの使用

コンテナ用にネットワーク名前空間を作成した場合でも，ホスト上で認識されている物理的なネットワークインターフェースをコンテナに割り当てて使用できます。ただし，その場合はそのインターフェースを使用していないことが条件になります。

つまり同一のホスト上でコンテナを多数起動する場合は，コンテナの数だけホスト上で使っていないインターフェースが必要になります。起動するコンテナの数が少ない場合は，このようにホスト上のインターフェースが直接使えます。しかし，常にコンテナの数だけインターフェースを準備できるケースはあまり一般的ではないので，通常はコンテナでは以下で紹介するような，Linuxカーネルに実装されている仮想的に作成するインターフェースを使い，コンテナにネットワークインターフェースを割り当てます。

veth

vethは元々OpenVZ/Virtuozzoに実装されていた仮想的なネットワークインターフェースです。vethはレイヤー2の仮想ネットワークインターフェースで，vethインターフェースを作成すると，2つのインターフェースがペアで作成され，この2つのインターフェース間で通信が行えます。つまりレイヤー2のトンネリングです。

この作成された2つのインターフェースの片方をホストのネットワーク名前空間に割り当て，片方をコンテナのネットワーク名前空間に割り当てます。図1のように，ホスト側のインターフェースはホスト上に作成したブリッジに接続すると，ホスト外との通信ができるようになります。コンテナ側のインターフェースはコンテナ内で見るとeth0のような通常のネットワークインターフェースとして見えます。

図1　vethインターフェースの接続例

図1　vethインターフェースの接続例

vethを使う時はこのようにホスト上にブリッジを作りますので，ブリッジ上でNATすることも，ホストと同じネットワークに属することも可能で，柔軟に構成できます。

第2回でもネットワーク名前空間を作成しました。しかし作成しただけ終わりましたので，ここでvethインターフェースとネットワーク名前空間を作成して，どう組み合わせて使うのかも体験してみましょう。

ここではiproute2に含まれるipコマンドを使ってvethインターフェースの作成とネットワーク名前空間を操作してみます。

まずはvethペアを作ってみます。ホスト側をveth0-host，コンテナ側をveth0-ctとしましょう。

$ sudo ip link add name veth0-host type veth peer name veth0-ct （vethペアの作成）
$ sudo ip link show
  :(略)
3: veth0-ct: <BROADCAST,MULTICAST> mtu 1500 qdisc noop state DOWN qlen 1000
    link/ether be:82:25:d8:94:30 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
4: veth0-host: <BROADCAST,MULTICAST> mtu 1500 qdisc noop state DOWN qlen 1000
    link/ether 12:e5:61:4b:42:ba brd ff:ff:ff:ff:ff:ff

インターフェースがペアで生成されていますね。まだネットワーク名前空間は作っていませんが，ここで試しにアドレスを割り当ててみましょう。

$ sudo ip addr add 10.10.10.10/24 dev veth0-host （veth0-hostにアドレス設定）
$ sudo ip addr add 10.10.10.11/24 dev veth0-ct （veth0-ctにアドレス設定）
$ sudo ip link set up veth0-host （veth0-hostをup）
$ sudo ip link set up veth0-ct （veth0-ctをup）
$ sudo ip addr show
  ：（略）
3: veth0-ct: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP qlen 1000
    link/ether be:82:25:d8:94:30 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 10.10.10.11/24 scope global veth0-ct
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 fe80::bc82:25ff:fed8:9430/64 scope link 
       valid_lft forever preferred_lft forever
4: veth0-host: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP qlen 1000
    link/ether 12:e5:61:4b:42:ba brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 10.10.10.10/24 scope global veth0-host
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 fe80::10e5:61ff:fe4b:42ba/64 scope link 
       valid_lft forever preferred_lft forever

アドレスを割り当てて，インターフェースを有効化しました。ここでpingを実行してみましょう。

$ ping -I veth0-host 10.10.10.11
PING 10.10.10.11 (10.10.10.11) from 10.10.10.11 veth0-host: 56(84) bytes of data.
From 10.10.10.10 icmp_seq=1 Destination Host Unreachable
From 10.10.10.10 icmp_seq=2 Destination Host Unreachable
From 10.10.10.10 icmp_seq=3 Destination Host Unreachable

veth0-hostからveth0-ctにpingを実行してみましたが，反応はありません。

ここでネットワーク名前空間の出番です。ipコマンドでnetns01という名前のネットワーク名前空間を作ってみましょう。

$ sudo ip netns add netns01 （ネットワーク名前空間の追加）
$ sudo ip netns list （ネットワーク名前空間の確認）
netns01

netns01という名前でネットワーク名前空間が作成されました。veth0-ctをnetns01に移動させてみましょう。

$ sudo ip link set veth0-ct netns netns01 （veth0-ctをnetns01に移動）
$ sudo ip link show | grep veth0
4: veth0-host: <NO-CARRIER,BROADCAST,MULTICAST,UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state DOWN qlen 1000

移動コマンドを実行した後は，ホスト上で実行したip linkコマンドにはveth0-ctは出てきません。では名前空間netns01内で確認してみます。ip netns exec （⁠名前空間名）で指定したネットワーク名前空間内でコマンドが実行できます。

$ sudo ip netns exec netns01 ip link show
1: lo: <LOOPBACK> mtu 65536 qdisc noop state DOWN 
    link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
3: veth0-ct: <BROADCAST,MULTICAST> mtu 1500 qdisc noop state DOWN qlen 1000
    link/ether be:82:25:d8:94:30 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff

ご覧のようにnetns01名前空間へのインターフェースveth0-ctの移動が確認できました。ここで再度veth0-ctにIPアドレスを設定して有効化してみましょう。

$ sudo ip netns exec netns01 ip addr add 10.10.10.11/24 dev veth0-ct
$ sudo ip netns exec netns01 ip link set veth0-ct up
$ sudo ip netns exec netns01 ip addr show
1: lo: <LOOPBACK> mtu 65536 qdisc noop state DOWN 
    link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
3: veth0-ct: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP qlen 1000
    link/ether be:82:25:d8:94:30 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 10.10.10.11/24 scope global veth0-ct
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 fe80::bc82:25ff:fed8:9430/64 scope link 
       valid_lft forever preferred_lft forever

無事veth0-ctにIPアドレスが割り当てられ有効になりました。ここで再度ホストからpingを実行してみましょう。

$ ping -I veth0-host 10.10.10.11
PING 10.10.10.11 (10.10.10.11) from 10.10.10.10 veth0-host: 56(84) bytes of data.
64 bytes from 10.10.10.11: icmp_req=1 ttl=64 time=0.134 ms
64 bytes from 10.10.10.11: icmp_req=2 ttl=64 time=0.098 ms
64 bytes from 10.10.10.11: icmp_req=3 ttl=64 time=0.097 ms
  ：（略）

先ほどと違ってpingに対して反応がありました。そうです， vethはペアがお互いに異なるネットワーク名前空間に存在しなければ通信ができません 。

名前空間内のveth0-ctからホスト上のveth0-hostに対してpingを実行しても，同様に反応があります。

$ sudo ip netns exec netns01 ping 10.10.10.10
PING 10.10.10.10 (10.10.10.10) 56(84) bytes of data.
64 bytes from 10.10.10.10: icmp_req=1 ttl=64 time=0.069 ms
64 bytes from 10.10.10.10: icmp_req=2 ttl=64 time=0.068 ms
64 bytes from 10.10.10.10: icmp_req=3 ttl=64 time=0.075 ms

あとはnetns01内でルーティングの設定を行ったり，ホスト上で必要な設定を行えば，名前空間内から外部に対して通信ができるようになります。

LXC, コンテナ, veth, macvlan, ネットワーク名前空間

著者プロフィール

加藤泰文（かとうやすふみ）

2009年頃にLinuxカーネルのcgroup機能に興味を持って以来，Linuxのコンテナ関連の最新情報を追っかけたり，コンテナの勉強会を開いたりして勉強しています。英語力のない自分用にLXCのmanページを日本語訳していたところ，あっさり本家にマージされてしまい，それ以来日本語訳のパッチを送り続けています。

Plamo Linuxメンテナ。株式会社IDCフロンティア所属。

Twitter：@ten_forward
技術系のブログ：http://tenforward.hatenablog.com/