发往Docker容器内的数据包源地址被修改的研究

引言

此文档是对发往Docker容器内的数据包源地址被修改的研究做的实践记录。

实践环境一

Centos7.2+Docker1.12.6

关闭firewalld：
systemctl stop firewalld

设置selinux为Permissive模式：
setenforce 0

/etc/docker/daemon.json内容：
{
  "userland-proxy": true
}

创建名为python的容器：
docker run -itd --name python --network bridge -p 8000:9999/udp --entrypoint bash python:2.7.15

容器内接收udp数据包的程序内容为：
#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-

import socket
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
# 绑定端口:
s.bind(('0.0.0.0', 9999))
print 'Bind UDP on 9999...'

while 1:
    # 接收数据:
    data, addr = s.recvfrom(1024)
    print 'addr: {0}, data: {1}'.format(addr, data)

路由信息：

网桥docker0设备信息：

一、通过另一台主机向当前主机发送数据包
1.192.168.84.75主机上运行接收udp数据包的程序，运行配置基于实践环境，在192.168.84.79主机上通过 echo mac | nc -s 192.168.84.79 -p 42731 -u 192.168.84.75 8000（产生数据包的源地址、源端口与目的地址、目的端口为：192.168.84.79.42731 > 192.168.84.75.8000）向192.168.84.75发送数据包。

对192.168.84.79主机的网卡进行抓包处理：
tcpdump -i eno16777984 udp port 8000 -nn -vv
tcpdump: listening on eno16777984, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 262144 bytes
13:33:15.227775 IP (tos 0x0, ttl 64, id 58746, offset 0, flags [DF], proto UDP (17), length 32)
    192.168.84.79.42731 > 192.168.84.75.8000: [bad udp cksum 0x2a09 -> 0x3f53!] UDP, length 4

分别对192.168.84.75主机的lo、物理网卡（eno16777984）、docker0以及容器的网卡进行抓包处理：
tcpdump -i lo -nn -vv
tcpdump: listening on lo, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 262144 bytes
无内容

tcpdump -i eno16777984 udp port 8000 -nn -vv
tcpdump: listening on eno16777984, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 262144 bytes
13:33:25.690285 IP (tos 0x0, ttl 64, id 58746, offset 0, flags [DF], proto UDP (17), length 32)
    192.168.84.79.42731 > 192.168.84.75.8000: [udp sum ok] UDP, length 4

tcpdump -i docker0 -nn -vv
tcpdump: listening on docker0, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 262144 bytes
13:33:25.690319 ARP, Ethernet (len 6), IPv4 (len 4), Request who-has 172.17.0.2 tell 172.17.0.1, length 28
13:33:25.690354 ARP, Ethernet (len 6), IPv4 (len 4), Reply 172.17.0.2 is-at 02:42:ac:11:00:02, length 28
13:33:25.690362 IP (tos 0x0, ttl 63, id 58746, offset 0, flags [DF], proto UDP (17), length 32)
    192.168.84.79.42731 > 172.17.0.2.9999: [udp sum ok] UDP, length 4

tcpdump -i vethc4d778f -nn -vv
tcpdump: listening on vethc4d778f, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 262144 bytes
13:33:25.690332 ARP, Ethernet (len 6), IPv4 (len 4), Request who-has 172.17.0.2 tell 172.17.0.1, length 28
13:33:25.690354 ARP, Ethernet (len 6), IPv4 (len 4), Reply 172.17.0.2 is-at 02:42:ac:11:00:02, length 28
13:33:25.690364 IP (tos 0x0, ttl 63, id 58746, offset 0, flags [DF], proto UDP (17), length 32)
    192.168.84.79.42731 > 172.17.0.2.9999: [udp sum ok] UDP, length 4

由上述的时间可知数据包先经过84.79主机的网卡，然后数据包被发往84.75主机，在84.75主机上经过的设备依次为：主机网卡（eno16777984 ）---> docker0 ---> 容器网卡（vethc4d778f）

数据包发送前与发送后84.75主机的nat表的对比：
发送前执行 iptables -t nat -nvL > pre
发送后执行 iptables -t nat -nvL > now
然后通过diff命令对比两个文件的内容:

分析：84.79主机发送的数据包源地址、源端口与目的地址、目的端口分别为：192.168.84.79.42731 > 192.168.84.75.8000。数据包从主机网卡eno16777984流出后，首先经过PREROUTING链，此时匹配到动作DOCKER，DOCKER链的规则是：-A PREROUTING -m addrtype --dst-type LOCAL -j DOCKER，即当数据包的地址类型为本地地址LOCAL时，将执行DOCKER链的规则匹配。LOCAL本地地址不仅指127.0.0.1，也包括本机IP。因此数据包（192.168.84.79.42731 > 192.168.84.75.8000）能够匹配到DOCKER。DOCKER链的第一条规则：-A DOCKER -i docker0 -j RETURN，表示流入docker0的设备的数据包将返回到DOCKER链的调用处；第二条规则：-A DOCKER ! -i docker0 -p udp -m udp --dport 8000 -j DNAT --to-destination 172.17.0.2:9999，表示不是流入docker0设备、udp协议、目的端口是8000的数据包将其目的地址修改为172.17.0.2，目的端口修改为9999。数据包满足第二条规则此时数据包的源地址、源端口与目的地址、目的端口变为：192.168.84.79.42731 > 172.17.0.2.9999。数据包经过路由判断目的地址（172.17.0.2）不是发往本机，于是经过FORWARD到达POSTROUTING链，POSTROUTING链的第一条规则：-A POSTROUTING -s 172.17.0.0/16 ! -o docker0 -j MASQUERADE，表示对不是从docker0网卡流出且源地址是172.17网段的数据包进行源地址伪装。数据包不满足这条匹配规则。第二条规则：-A POSTROUTING -s 172.17.0.2/32 -d 172.17.0.2/32 -p udp -m udp --dport 9999 -j MASQUERADE，表示对源地址、目的地址均为172.17.0.2/32、udp协议、目的端口为9999的数据包进行源地址伪装，同样数据包也不满足第二条规则。此时数据包的源地址、端口与目的地址、端口没有发生变化依然是：192.168.84.79.42731 > 172.17.0.2.9999。数据包从POSTROUTING链出来后根据路由规则（172.17.0.0 0.0.0.0 255.255.0.0 U 0 0 0 docker0）会被发往docker0设备，发往docker0设备的数据包源地址、端口与目的地址、端口同样没有发生变化（通过上述对docker0的抓包分析也可知）。docker0设备通过ARP找到ip地址为172.17.0.2的设备vethc4d778f，进而将数据包发往vethc4d778f此设备，vethc4d778f设备接收的数据包的源地址、源端口与目的地址、目的端口依然为：192.168.84.79.42731 > 172.17.0.2.9999。因此程序接收到的数据包的源地址为：192.168.84.79，程序的输出结果也可证实：addr: ('192.168.84.79', 42731), data: mac

在84.79主机上执行 echo mac | nc -s 127.0.0.1 -p 42731 -u 192.168.84.75 8000 ，报错误信息Ncat: Invalid argument.

二、本机上通过网卡ip地址发送数据包

在192.168.84.75主机上执行 echo mac | nc -s 192.168.84.75 -p 34191 -u 192.168.84.75 8000
分别lo、物理网卡（eno16777984）、docker0以及容器的网卡进行抓包处理：

tcpdump -i lo -nn -vv 
tcpdump: listening on lo, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 262144 bytes
无内容

tcpdump -i eno16777984 udp port 8000 -nn -vv 
tcpdump: listening on eno16777984, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 262144 bytes
无内容

tcpdump -i docker0 -nn -vv
tcpdump: listening on docker0, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 262144 bytes
13:37:07.072740 IP (tos 0x0, ttl 64, id 64295, offset 0, flags [DF], proto UDP (17), length 32)
    192.168.84.75.34191 > 172.17.0.2.9999: [bad udp cksum 0xc124 -> 0xc1c4!] UDP, length 4
13:37:12.075322 ARP, Ethernet (len 6), IPv4 (len 4), Request who-has 172.17.0.2 tell 172.17.0.1, length 28
13:37:12.075355 ARP, Ethernet (len 6), IPv4 (len 4), Reply 172.17.0.2 is-at 02:42:ac:11:00:02, length 28

tcpdump -i vethc4d778f -nn -vv
tcpdump: listening on vethc4d778f, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 262144 bytes
13:37:07.072758 IP (tos 0x0, ttl 64, id 64295, offset 0, flags [DF], proto UDP (17), length 32)
    192.168.84.75.34191 > 172.17.0.2.9999: [bad udp cksum 0xc124 -> 0xc1c4!] UDP, length 4
13:37:12.075332 ARP, Ethernet (len 6), IPv4 (len 4), Request who-has 172.17.0.2 tell 172.17.0.1, length 28
13:37:12.075355 ARP, Ethernet (len 6), IPv4 (len 4), Reply 172.17.0.2 is-at 02:42:ac:11:00:02, length 28

可知数据包仅经过docker0然后去往容器设备vethc4d778f，并没有经过绑定192.168.84.75 IP的网卡eno16777984

数据包发送前与发送后84.75主机的nat表的对比：

分析：echo mac | nc -s 192.168.84.75 -p 34191 -u 192.168.84.75 8000发出的数据包源地址、源端口与目的地址、目的端口为：192.168.84.75.34191 > 192.168.84.75.8000。经过实践（实践本地访问的数据包经过的链与设备的次序一文）可知，在本机上通过ip地址访问发出的数据包仅经过OUTPUT与POSTROUTING链。数据包从本地进程发出后，经过OUTPUT链，匹配到DOCKER链的第二条规则，即将数据包的目的地址、目的端口更改为172.17.0.2:9999，因此经过OUTPUT链后的数据包源地址、源端口与目的地址、目的端口变为：192.168.84.75.34191 > 172.17.0.2.9999，紧接着经过POSTROUTING链，数据包仅被POSTROUTING链的默认规则匹配，而没有被更改源地址的两条规则匹配到，因此从POSTROUTING链出来的数据包源地址、源端口与目的地址、目的端口依然为：192.168.84.75.34191 > 172.17.0.2.9999。根据路由规则，数据包会被发往docker0设备，然后被发往容器设备vethc4d778f，最后程序收到的数据包的源ip为192.168.84.75，结果可证实：addr: ('192.168.84.75', 34191), data: mac。

echo mac | nc -s 127.0.0.1 -p 34191 -u 192.168.84.75 8000 Ncat: Invalid argument.

三、本机上通过127.0.0.1地址发送数据包

在192.168.84.75主机上执行 echo mac | nc -s 127.0.0.1 -p 33089 -u 127.0.0.1 8000
分别对主机的lo、物理网卡（eno16777984）、docker0以及容器的网卡进行抓包处理：

tcpdump -i lo -nn -vv
tcpdump: listening on lo, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 262144 bytes
13:41:30.463055 IP (tos 0x0, ttl 64, id 54997, offset 0, flags [DF], proto UDP (17), length 32)
    127.0.0.1.33089 > 127.0.0.1.8000: [bad udp cksum 0xfe1f -> 0x90e6!] UDP, length 4

tcpdump -i eno16777984 udp port 8000 -nn -vv
tcpdump: listening on eno16777984, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 262144 bytes
无内容

tcpdump -i docker0 -nn -vv
tcpdump: listening on docker0, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 262144 bytes
13:41:30.463419 IP (tos 0x0, ttl 64, id 35536, offset 0, flags [DF], proto UDP (17), length 32)
    172.17.0.1.33987 > 172.17.0.2.9999: [bad udp cksum 0x5843 -> 0x2b72!] UDP, length 4
13:41:35.467315 ARP, Ethernet (len 6), IPv4 (len 4), Request who-has 172.17.0.2 tell 172.17.0.1, length 28
13:41:35.467348 ARP, Ethernet (len 6), IPv4 (len 4), Reply 172.17.0.2 is-at 02:42:ac:11:00:02, length 28

tcpdump -i vethc4d778f -nn -vv
tcpdump: listening on vethc4d778f, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 262144 bytes
13:41:30.463430 IP (tos 0x0, ttl 64, id 35536, offset 0, flags [DF], proto UDP (17), length 32)
    172.17.0.1.33987 > 172.17.0.2.9999: [bad udp cksum 0x5843 -> 0x2b72!] UDP, length 4
13:41:35.467325 ARP, Ethernet (len 6), IPv4 (len 4), Request who-has 172.17.0.2 tell 172.17.0.1, length 28
13:41:35.467348 ARP, Ethernet (len 6), IPv4 (len 4), Reply 172.17.0.2 is-at 02:42:ac:11:00:02, length 28

可知数据包在主机上经过的设备次序为：lo ---> docker0 ---> vethc4d778f

数据包发送前与发送后主机nat表的对比如下：

分析：这种访问方式数据包经过的设备与链的次序是：OUTPUT ---> POSTROUTING ---> lo设备 ---> PREROUTING ---> INPUT ---> 用户空间（docker-proxy）---> OUTPUT ---> POSTROUTING。本地监听8000端口的进程是docker-proxy(/usr/bin/docker-proxy -proto udp -host-ip 0.0.0.0 -host-port 8000 -container-ip 172.17.0.2 -container-port 9999)，查看如下：

从lo设备流出的数据包（127.0.0.1.33089 > 127.0.0.1.8000），经过PREROUTING链与INPUT链后被本地8000进程docker-proxy处理，处理后数据包的源地址、源端口与目的地址、目的端口变为： 172.17.0.1.33987 > 172.17.0.2.9999；然后数据包经过docker0后发往容器设备vethc4d778f，最后被容器内的程序接收到，程序的输出为：addr: ('172.17.0.1', 33987), data: mac

echo mac | nc -s 192.168.84.75 -p 33089 -u 127.0.0.1 8000（程序能够收到数据包）
lo设备、docker0与容器网卡抓包结果：

tcpdump -i lo -nn -vv
tcpdump: listening on lo, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 262144 bytes
13:46:14.238701 IP (tos 0x0, ttl 64, id 54998, offset 0, flags [DF], proto UDP (17), length 32)
    192.168.84.75.33089 > 127.0.0.1.8000: [bad udp cksum 0x9412 -> 0xfaf3!] UDP, length 4

tcpdump -i docker0 -nn -vv
tcpdump: listening on docker0, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 262144 bytes
13:46:14.238980 IP (tos 0x0, ttl 64, id 35537, offset 0, flags [DF], proto UDP (17), length 32)
    172.17.0.1.36234 > 172.17.0.2.9999: [bad udp cksum 0x5843 -> 0x22ab!] UDP, length 4
13:46:19.243339 ARP, Ethernet (len 6), IPv4 (len 4), Request who-has 172.17.0.2 tell 172.17.0.1, length 28
13:46:19.243377 ARP, Ethernet (len 6), IPv4 (len 4), Reply 172.17.0.2 is-at 02:42:ac:11:00:02, length 28

tcpdump -i vethc4d778f -nn -vv
tcpdump: listening on vethc4d778f, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 262144 bytes
13:46:14.238992 IP (tos 0x0, ttl 64, id 35537, offset 0, flags [DF], proto UDP (17), length 32)
    172.17.0.1.36234 > 172.17.0.2.9999: [bad udp cksum 0x5843 -> 0x22ab!] UDP, length 4
13:46:19.243350 ARP, Ethernet (len 6), IPv4 (len 4), Request who-has 172.17.0.2 tell 172.17.0.1, length 28
13:46:19.243377 ARP, Ethernet (len 6), IPv4 (len 4), Reply 172.17.0.2 is-at 02:42:ac:11:00:02, length 28

程序输出结果：addr: ('172.17.0.1', 36234), data: mac

四、通过容器ip地址发送数据包

192.168.84.75主机上容器python的ip地址为172.17.0.2，可通过下面方式获得：

在主机上执行 echo mac | nc -s 172.17.0.1 -p 42883 -u 172.17.0.2 9999分别对192.168.84.75主机的lo、物理网卡（eno16777984）、docker0以及容器的网卡进行抓包处理：

tcpdump -i lo -nn -vv
tcpdump: listening on lo, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 262144 bytes
无内容

tcpdump -i eno16777984 udp port 9999 -nn -vv
tcpdump: listening on eno16777984, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 262144 bytes
无内容

tcpdump -i docker0 -nn -vv
tcpdump: listening on docker0, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 262144 bytes
13:49:05.123460 IP (tos 0x0, ttl 64, id 35538, offset 0, flags [DF], proto UDP (17), length 32)
    172.17.0.1.42883 > 172.17.0.2.9999: [bad udp cksum 0x5843 -> 0x08b2!] UDP, length 4
13:49:10.139337 ARP, Ethernet (len 6), IPv4 (len 4), Request who-has 172.17.0.2 tell 172.17.0.1, length 28
13:49:10.139376 ARP, Ethernet (len 6), IPv4 (len 4), Reply 172.17.0.2 is-at 02:42:ac:11:00:02, length 28

tcpdump -i vethc4d778f -nn -vv
tcpdump: listening on vethc4d778f, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 262144 bytes
13:49:05.123479 IP (tos 0x0, ttl 64, id 35538, offset 0, flags [DF], proto UDP (17), length 32)
    172.17.0.1.42883 > 172.17.0.2.9999: [bad udp cksum 0x5843 -> 0x08b2!] UDP, length 4
13:49:10.139347 ARP, Ethernet (len 6), IPv4 (len 4), Request who-has 172.17.0.2 tell 172.17.0.1, length 28
13:49:10.139376 ARP, Ethernet (len 6), IPv4 (len 4), Reply 172.17.0.2 is-at 02:42:ac:11:00:02, length 28

数据包经过的设备依次为：docker0 ---> vethc4d778f

数据包发送前与发送后主机nat对比：

分析： echo mac | nc -s 172.17.0.1 -p 42883 -u 172.17.0.2 9999 产生的数据包的源地址、源端口与目的地址、目的端口为：172.17.0.1.42883 > 172.17.0.2.9999。实践发现，数据包在用户空间内产生，然后从OUTPUT链流向POSTROUTING链。紧接着数据包经过docker0，经过容器设备vethc4d778f被程序接收，程序的输出结果为：addr: ('172.17.0.1', 42883), data: mac

echo mac | nc -s 172.17.0.2 -p 42883 -u 172.17.0.2 9999
libnsock mksock_bind_addr(): Bind to 172.17.0.2:42883 failed (IOD #1): Cannot assign requested address (99)

docker0与容器网卡抓包结果：
tcpdump -i docker0 -nn -vv（数据包的源地址、源端口已经被修改）
tcpdump: listening on docker0, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 262144 bytes
13:51:26.388949 IP (tos 0x0, ttl 64, id 35539, offset 0, flags [DF], proto UDP (17), length 32)
    172.17.0.1.54670 > 172.17.0.2.9999: [bad udp cksum 0x5843 -> 0xdaa6!] UDP, length 4
13:51:31.403315 ARP, Ethernet (len 6), IPv4 (len 4), Request who-has 172.17.0.2 tell 172.17.0.1, length 28
13:51:31.403347 ARP, Ethernet (len 6), IPv4 (len 4), Reply 172.17.0.2 is-at 02:42:ac:11:00:02, length 28

tcpdump -i vethc4d778f -nn -vv
tcpdump: listening on vethc4d778f, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 262144 bytes
13:51:26.388966 IP (tos 0x0, ttl 64, id 35539, offset 0, flags [DF], proto UDP (17), length 32)
    172.17.0.1.54670 > 172.17.0.2.9999: [bad udp cksum 0x5843 -> 0xdaa6!] UDP, length 4
13:51:31.403325 ARP, Ethernet (len 6), IPv4 (len 4), Request who-has 172.17.0.2 tell 172.17.0.1, length 28
13:51:31.403347 ARP, Ethernet (len 6), IPv4 (len 4), Reply 172.17.0.2 is-at 02:42:ac:11:00:02, length 28

程序结果：addr: ('172.17.0.1', 54670), data: mac

echo mac | nc -s 127.0.0.1 -p 42883 -u 172.17.0.2 9999 Ncat: Invalid argument.

实践环境二

Centos7.2 + Docker1.12.6

关闭firewalld：
systemctl stop firewalld

设置selinux为Permissive模式：
setenforce 0

/etc/docker/daemon.json内容：
{
  "userland-proxy": false
}

创建名为python的容器：
docker run -itd --name python --network bridge -p 8000:9999/udp --entrypoint bash python:2.7.15

容器内接收udp数据包的程序内容为：
#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-

import socket
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
# 绑定端口:
s.bind(('0.0.0.0', 9999))
print 'Bind UDP on 9999...'

while 1:
    # 接收数据:
    data, addr = s.recvfrom(1024)
    print 'addr: {0}, data: {1}'.format(addr, data)

路由信息：

网桥docker0设备信息：

对dockerd进程添加 userland-proxy=false 的配置后，基于上述命令创建完容器与之前对比存在以下三点不同：

docker-proxy进程消失
dockerd进程监听8000端口
nat表的POSTROUTING链多了一条源地址伪装的规则
-A POSTROUTING -o docker0 -m addrtype --src-type LOCAL -j MASQUERADE
（将源地址类型为LOCAL且从docker0设备流出的数据包的源地址伪装成docker0设备的地址）

一、通过另一台主机向当前主机发送数据包

192.168.84.75主机上运行接收udp数据包的程序，运行配置基于实践环境，在192.168.84.79主机上通过 echo mac | nc -s 192.168.84.79 -p 55902 -u 192.168.84.75 8000 发送数据包。

对192.168.84.79主机的网卡进行抓包处理：
tcpdump -i eno16777984 udp port 8000 -nn -vv
tcpdump: listening on eno16777984, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 262144 bytes
13:57:35.975290 IP (tos 0x0, ttl 64, id 58747, offset 0, flags [DF], proto UDP (17), length 32)
    192.168.84.79.55902 > 192.168.84.75.8000: [bad udp cksum 0x2a09 -> 0x0be0!] UDP, length 4

分别对192.168.84.75主机的lo、物理网卡（eno16777984）、docker0以及容器的网卡进行抓包处理：
tcpdump -i lo -nn -vv 
tcpdump: listening on lo, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 262144 bytes
无内容

tcpdump -i eno16777984 udp port 8000 -nn -vv
tcpdump: listening on eno16777984, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 262144 bytes
13:57:46.437799 IP (tos 0x0, ttl 64, id 58747, offset 0, flags [DF], proto UDP (17), length 32)
    192.168.84.79.55902 > 192.168.84.75.8000: [udp sum ok] UDP, length 4

tcpdump -i docker0 -nn -vv
tcpdump: listening on docker0, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 262144 bytes
13:57:46.437850 IP (tos 0x0, ttl 63, id 58747, offset 0, flags [DF], proto UDP (17), length 32)
    192.168.84.79.55902 > 172.17.0.2.9999: [udp sum ok] UDP, length 4
13:57:51.451317 ARP, Ethernet (len 6), IPv4 (len 4), Request who-has 172.17.0.2 tell 172.17.0.1, length 28
13:57:51.451355 ARP, Ethernet (len 6), IPv4 (len 4), Reply 172.17.0.2 is-at 02:42:ac:11:00:02, length 28

tcpdump -i vethcbcc4e9 -nn -vv
tcpdump: listening on vethcbcc4e9, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 262144 bytes
13:57:46.437863 IP (tos 0x0, ttl 63, id 58747, offset 0, flags [DF], proto UDP (17), length 32)
    192.168.84.79.55902 > 172.17.0.2.9999: [udp sum ok] UDP, length 4
13:57:51.451327 ARP, Ethernet (len 6), IPv4 (len 4), Request who-has 172.17.0.2 tell 172.17.0.1, length 28
13:57:51.451355 ARP, Ethernet (len 6), IPv4 (len 4), Reply 172.17.0.2 is-at 02:42:ac:11:00:02, length 28

数据包流经设备的顺序依次为：eno16777984（84.79） ---> eno16777984（84.75） ---> docker0 ---> vethcbcc4e9

数据包发送前与发送后主机nat表对比：

分析：84.75主机eno16777984网卡接收的数据包的源地址、源端口与目的地址、目的端口为：192.168.84.79.55902 > 192.168.84.75.8000，此时数据包经过PREROUTING链被DOCKER链的-A DOCKER -p udp -m udp --dport 8000 -j DNAT --to-destination 172.17.0.2:9999规则匹配，数据包的源地址、源端口与目的地址、目的端口变为：192.168.84.79.55902 > 172.17.0.2.9999，紧接着数据包经过路由判断，判断其不是发往本机的包，则通过FORWARD到达POSTROUTING链。POSTROUTING链此时有3条规则，第一条规则-A POSTROUTING -o docker0 -m addrtype --src-type LOCAL -j MASQUERADE，表示将源地址类型为LOCAL且从docker0设备流出的数据包的源地址修改为docker0设备的地址，这一条不满足条件；第二条规则-A POSTROUTING -s 172.17.0.0/16 ! -o docker0 -j MASQUERADE，表示对源地址为172.17网段且不是从docker0设备流出的包进行源地址伪装，这一条不满足条件。第三条规则-A POSTROUTING -s 172.17.0.2/32 -d 172.17.0.2/32 -p udp -m udp --dport 9999 -j MASQUERADE，表示对源地址与目的地址均为172.17.0.2且目的端口为udp协议的9999的数据包进行源地址伪装，第三条同样不满足条件。POSTROUTING链出来的数据包源地址、源端口与目的地址、目的端口为：192.168.84.79.55902 > 172.17.0.2.9999，接着数据包被发往docker0，然后发往容器设备vethcbcc4e9，最后被程序接收，程序的输出结果为：addr: addr: ('192.168.84.79', 55902), data: mac

192.168.84.79主机上执行 echo mac | nc -s 127.0.0.1 -p 55902 -u 192.168.84.75 8000 Ncat: Invalid argument.

二、本机上通过网卡ip地址发送数据包

在192.168.84.75主机上执行 echo mac | nc -s 192.168.84.75 -p 41003 -u 192.168.84.75 8000
分别lo设备、物理网卡（eno16777984）、docker0以及容器网卡进行抓包处理：

tcpdump -i lo -nn -vv 
tcpdump: listening on lo, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 262144 bytes

tcpdump -i eno16777984 udp port 8000 -nn -vv 
tcpdump: listening on eno16777984, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 262144 bytes

tcpdump -i docker0 -nn -vv
tcpdump: listening on docker0, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 262144 bytes
14:03:41.089945 IP (tos 0x0, ttl 64, id 64296, offset 0, flags [DF], proto UDP (17), length 32)
    172.17.0.1.41003 > 172.17.0.2.9999: [bad udp cksum 0x5843 -> 0x100a!] UDP, length 4
14:03:46.091328 ARP, Ethernet (len 6), IPv4 (len 4), Request who-has 172.17.0.2 tell 172.17.0.1, length 28
14:03:46.091387 ARP, Ethernet (len 6), IPv4 (len 4), Reply 172.17.0.2 is-at 02:42:ac:11:00:02, length 28

tcpdump -i vethcbcc4e9 -nn -vv
tcpdump: listening on vethcbcc4e9, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 262144 bytes
14:03:41.089961 IP (tos 0x0, ttl 64, id 64296, offset 0, flags [DF], proto UDP (17), length 32)
    172.17.0.1.41003 > 172.17.0.2.9999: [bad udp cksum 0x5843 -> 0x100a!] UDP, length 4
14:03:46.091343 ARP, Ethernet (len 6), IPv4 (len 4), Request who-has 172.17.0.2 tell 172.17.0.1, length 28
14:03:46.091387 ARP, Ethernet (len 6), IPv4 (len 4), Reply 172.17.0.2 is-at 02:42:ac:11:00:02, length 28

可知，数据包仅经过docker0与容器设备vethcbcc4e9

数据包发送前与发送后主机nat表对比：

分析：echo mac | nc -s 192.168.84.75 -p 41003 -u 192.168.84.75 8000 发出的数据包的源地址、源端口与目的地址、目的端口为：192.168.84.75.41003 > 192.168.84.75.8000，内核将数据包发送给本地进程dockerd处理，dockerd只负责接收而并没有做任何的处理，此时数据包经过OUTPUT链被DOCKER链的规则 -A DOCKER -p udp -m udp --dport 8000 -j DNAT --to-destination 172.17.0.2:9999（将udp协议、目的端口为8000的数据包的目的地址与端口修改为172.17.0.2.9999）匹配，此时数据包的源地址、源端口与目的地址、目的端口变为：192.168.84.75.41003 > 172.17.0.2.9999。紧接着数据包经过POSTROUTING链，被规则 -A POSTROUTING -o docker0 -m addrtype --src-type LOCAL -j MASQUERADE匹配，这条规则表示从docker0设备流出且源地址类型为LOCAL的数据包将其源地址修改为docker0的地址（这里是172.17.0.1），为什么数据包（192.168.84.75.41003 > 172.17.0.2.9999）能够匹配到这条规则呢，不妨分析一下，首先数据包的源地址为192.168.84.75符合 -m addrtype --src-type LOCAL定义；为什么数据包能够满足 -o docker0的定义呢，数据包分明还没有经过docker0设备，此处为何就匹配到了从docker0设备流出的规则呢？按照自身理解，数据包将会流入docker0设备，当然也会从docker0设备流出，但流入docker0设备在前从docker0设备流出在后，因此这里想要将-A POSTROUTING -o docker0 -m addrtype --src-type LOCAL -j MASQUERADE规则换成-A POSTROUTING -i docker0 -m addrtype --src-type LOCAL -j MASQUERADE，结果报出错误“iptables v1.4.21: Can't use -i with POSTROUTING”，即POSTROUTING链只能通过 -o 指定数据包流出的设备，只要数据包经过的下一个设备会是docker0且会从docker0流出则此处会匹配到这条规则，此时数据包的源地址、源端口与目的地址、目的端口变为：172.17.0.1.41003 > 172.17.0.2.9999。接着数据包经过docker0设备发往容器设备vethcbcc4e9，进而被程序接收，程序的输出结果为：addr: ('172.17.0.1', 41003), data: mac

echo mac | nc -s 127.0.0.1 -p 41003 -u 192.168.84.75 8000

docker0与容器网卡抓包结果：
tcpdump -i docker0 -nn -vv（数据包的源地址已经被修改）
tcpdump: listening on docker0, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 262144 bytes
14:06:19.694983 IP (tos 0x0, ttl 64, id 64297, offset 0, flags [DF], proto UDP (17), length 32)
    172.17.0.1.41003 > 172.17.0.2.9999: [bad udp cksum 0x5843 -> 0x100a!] UDP, length 4
14:06:24.699338 ARP, Ethernet (len 6), IPv4 (len 4), Request who-has 172.17.0.2 tell 172.17.0.1, length 28
14:06:24.699375 ARP, Ethernet (len 6), IPv4 (len 4), Reply 172.17.0.2 is-at 02:42:ac:11:00:02, length 28

tcpdump -i vethcbcc4e9 -nn -vv
tcpdump: listening on vethcbcc4e9, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 262144 bytes
14:06:19.695000 IP (tos 0x0, ttl 64, id 64297, offset 0, flags [DF], proto UDP (17), length 32)
    172.17.0.1.41003 > 172.17.0.2.9999: [bad udp cksum 0x5843 -> 0x100a!] UDP, length 4
14:06:24.699348 ARP, Ethernet (len 6), IPv4 (len 4), Request who-has 172.17.0.2 tell 172.17.0.1, length 28
14:06:24.699375 ARP, Ethernet (len 6), IPv4 (len 4), Reply 172.17.0.2 is-at 02:42:ac:11:00:02, length 28

程序结果：addr: ('172.17.0.1', 41003), data: mac

三、本机上通过127.0.0.1发送数据包

在192.168.84.75主机上执行 echo mac | nc -s 127.0.0.1 -p 44818 -u 127.0.0.1 8000
分别主机的lo设备、物理网卡（eno16777984）、docker0以及容器网卡进行抓包处理：

tcpdump -i lo -nn -vv 
tcpdump: listening on lo, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 262144 bytes

tcpdump -i eno16777984 udp port 8000 -nn -vv 
tcpdump: listening on eno16777984, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 262144 bytes

tcpdump -i docker0 -nn -vv
tcpdump: listening on docker0, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 262144 bytes
14:08:58.946048 IP (tos 0x0, ttl 64, id 54997, offset 0, flags [DF], proto UDP (17), length 32)
    172.17.0.1.44818 > 172.17.0.2.9999: [bad udp cksum 0x5843 -> 0x0123!] UDP, length 4
14:09:03.947336 ARP, Ethernet (len 6), IPv4 (len 4), Request who-has 172.17.0.2 tell 172.17.0.1, length 28
14:09:03.947379 ARP, Ethernet (len 6), IPv4 (len 4), Reply 172.17.0.2 is-at 02:42:ac:11:00:02, length 28

tcpdump -i vethcbcc4e9 -nn -vv
tcpdump: listening on vethcbcc4e9, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 262144 bytes
14:08:58.946065 IP (tos 0x0, ttl 64, id 54997, offset 0, flags [DF], proto UDP (17), length 32)
    172.17.0.1.44818 > 172.17.0.2.9999: [bad udp cksum 0x5843 -> 0x0123!] UDP, length 4
14:09:03.947349 ARP, Ethernet (len 6), IPv4 (len 4), Request who-has 172.17.0.2 tell 172.17.0.1, length 28
14:09:03.947379 ARP, Ethernet (len 6), IPv4 (len 4), Reply 172.17.0.2 is-at 02:42:ac:11:00:02, length 28

数据包经过的设备依次为：docker0 ---> vethcbcc4e9

数据包发送前与发送后nat表规则对比：

分析：echo mac | nc -s 127.0.0.1 -p 44818 -u 127.0.0.1 8000 产生的数据包的源地址、源端口与目的地址、目的端口为：127.0.0.1.44818 > 127.0.0.1.8000。这种方式数据包仅经过OUTPUT与POSTROUTING链，当数据包经过OUTPUT链时被DOCKER链的-A DOCKER -p udp -m udp --dport 8000 -j DNAT --to-destination 172.17.0.2:9999规则匹配，此时数据包的源地址、源端口与目的地址、目的端口变为：127.0.0.1.44818 > 172.17.0.2.9999。紧接着数据包在经过POSTROUTING链时被-A POSTROUTING -o docker0 -m addrtype --src-type LOCAL -j MASQUERADE规则匹配，此时数据包的源地址、端口与目的地址、端口变为：172.17.0.1.44818 > 172.17.0.2.9999。数据包被发往docker0，然后发往容器设备vethcbcc4e9，最后被程序接收，程序的输出结果为：addr: ('172.17.0.1', 44818), data: mac

四、通过容器ip地址发送数据包

192.168.84.75主机上容器python的ip地址为172.17.0.2，可通过下面方式获得：

在主机上执行 echo mac | nc -s 172.17.0.1 -p 54877 -u 172.17.0.2 9999，分别对主机的lo、物理网卡（eno16777984）、docker0以及容器网卡进行抓包处理：

tcpdump -i lo -nn -vv
tcpdump: listening on lo, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 262144 bytes
无内容

tcpdump -i eno16777984 udp port 9999 -nn -vv
tcpdump: listening on eno16777984, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 262144 bytes
无内容

tcpdump -i docker0 -nn -vv
tcpdump: listening on docker0, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 262144 bytes
14:10:58.373599 IP (tos 0x0, ttl 64, id 35536, offset 0, flags [DF], proto UDP (17), length 32)
    172.17.0.1.54877 > 172.17.0.2.9999: [bad udp cksum 0x5843 -> 0xd9d7!] UDP, length 4
14:11:03.387315 ARP, Ethernet (len 6), IPv4 (len 4), Request who-has 172.17.0.2 tell 172.17.0.1, length 28
14:11:03.387349 ARP, Ethernet (len 6), IPv4 (len 4), Reply 172.17.0.2 is-at 02:42:ac:11:00:02, length 28

tcpdump -i vethcbcc4e9 -nn -vv
tcpdump: listening on vethcbcc4e9, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 262144 bytes
14:10:58.373617 IP (tos 0x0, ttl 64, id 35536, offset 0, flags [DF], proto UDP (17), length 32)
    172.17.0.1.54877 > 172.17.0.2.9999: [bad udp cksum 0x5843 -> 0xd9d7!] UDP, length 4
14:11:03.387325 ARP, Ethernet (len 6), IPv4 (len 4), Request who-has 172.17.0.2 tell 172.17.0.1, length 28
14:11:03.387349 ARP, Ethernet (len 6), IPv4 (len 4), Reply 172.17.0.2 is-at 02:42:ac:11:00:02, length 28

数据包经过的设备依次为：docker0 ---> vethcbcc4e9

数据包发送前与发送后主机nat对比：

分析：echo mac | nc -s 172.17.0.1 -p 54877 -u 172.17.0.2 9999 产生的数据包的源地址、源端口与目的地址、目的端口为：172.17.0.1.54877 > 172.17.0.2.9999。实践发现，数据包从用户空间发出仅经过OUTPUT链与POSTROUTING链。数据包从OUTPUT链流向POSTROUTING链时，被-A POSTROUTING -o docker0 -m addrtype --src-type LOCAL -j MASQUERADE规则匹配，将源地址类型为LOCAL、从docker0设备流出的数据包的源地址伪装成docker0设备的地址172.17.0.1，此时数据包的源地址、源端口与目的地址、目的端口变为：172.17.0.1.54877 > 172.17.0.2.9999。紧接着数据包经过docker0，经过容器设备vethcbcc4e9被程序接收，程序的输出结果为：addr: ('172.17.0.1', 54877), data: mac

echo mac | nc -s 172.17.0.2 -p 54877 -u 172.17.0.2 9999
libnsock mksock_bind_addr(): Bind to 172.17.0.2:54877 failed (IOD #1): Cannot assign requested address (99)

docker0与容器网卡抓包结果：
tcpdump -i docker0 -nn -vv
tcpdump: listening on docker0, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 262144 bytes
14:13:04.045159 IP (tos 0x0, ttl 64, id 35537, offset 0, flags [DF], proto UDP (17), length 32)
    172.17.0.1.35950 > 172.17.0.2.9999: [bad udp cksum 0x5843 -> 0x23c7!] UDP, length 4
14:13:09.051330 ARP, Ethernet (len 6), IPv4 (len 4), Request who-has 172.17.0.2 tell 172.17.0.1, length 28
14:13:09.051367 ARP, Ethernet (len 6), IPv4 (len 4), Reply 172.17.0.2 is-at 02:42:ac:11:00:02, length 28

tcpdump -i vethcbcc4e9 -nn -vv
tcpdump: listening on vethcbcc4e9, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 262144 bytes
14:13:04.045176 IP (tos 0x0, ttl 64, id 35537, offset 0, flags [DF], proto UDP (17), length 32)
    172.17.0.1.35950 > 172.17.0.2.9999: [bad udp cksum 0x5843 -> 0x23c7!] UDP, length 4
14:13:09.051340 ARP, Ethernet (len 6), IPv4 (len 4), Request who-has 172.17.0.2 tell 172.17.0.1, length 28
14:13:09.051367 ARP, Ethernet (len 6), IPv4 (len 4), Reply 172.17.0.2 is-at 02:42:ac:11:00:02, length 28

程序结果：addr: ('172.17.0.1', 35950), data: mac

echo mac | nc -s 127.0.0.1 -p 54877 -u 172.17.0.2 9999

docker0与容器网卡抓包结果：
tcpdump -i docker0 -nn -vv（数据包的源地址被规则 -A POSTROUTING -o docker0 -m addrtype --src-type LOCAL -j MASQUERADE 修改为docker0地址172.17.0.1）
tcpdump: listening on docker0, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 262144 bytes
14:15:08.717851 IP (tos 0x0, ttl 64, id 35538, offset 0, flags [DF], proto UDP (17), length 32)
    172.17.0.1.54877 > 172.17.0.2.9999: [bad udp cksum 0x5843 -> 0xd9d7!] UDP, length 4
14:15:13.723315 ARP, Ethernet (len 6), IPv4 (len 4), Request who-has 172.17.0.2 tell 172.17.0.1, length 28
14:15:13.723350 ARP, Ethernet (len 6), IPv4 (len 4), Reply 172.17.0.2 is-at 02:42:ac:11:00:02, length 28

tcpdump -i vethcbcc4e9 -nn -vv
tcpdump: listening on vethcbcc4e9, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 262144 bytes
14:15:08.717868 IP (tos 0x0, ttl 64, id 35538, offset 0, flags [DF], proto UDP (17), length 32)
    172.17.0.1.54877 > 172.17.0.2.9999: [bad udp cksum 0x5843 -> 0xd9d7!] UDP, length 4
14:15:13.723326 ARP, Ethernet (len 6), IPv4 (len 4), Request who-has 172.17.0.2 tell 172.17.0.1, length 28
14:15:13.723350 ARP, Ethernet (len 6), IPv4 (len 4), Reply 172.17.0.2 is-at 02:42:ac:11:00:02, length 28

程序结果：addr: ('172.17.0.1', 54877), data: mac

去除POSTROUTING链的规则 -A POSTROUTING -o docker0 -m addrtype --src-type LOCAL -j MASQUERADE

执行 echo mac | nc -s 127.0.0.1 -p 54877 -u 172.17.0.2 9999
docker0与容器网卡抓包结果：

tcpdump -i docker0 -nn -vv
tcpdump: listening on docker0, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 262144 bytes
14:17:35.597021 IP (tos 0x0, ttl 64, id 35539, offset 0, flags [DF], proto UDP (17), length 32)
    127.0.0.1.54877 > 172.17.0.2.9999: [bad udp cksum 0x2b32 -> 0x06e9!] UDP, length 4
14:17:40.603314 ARP, Ethernet (len 6), IPv4 (len 4), Request who-has 172.17.0.2 tell 172.17.0.1, length 28
14:17:40.603346 ARP, Ethernet (len 6), IPv4 (len 4), Reply 172.17.0.2 is-at 02:42:ac:11:00:02, length 28

tcpdump -i vethcbcc4e9 -nn -vv
tcpdump: listening on vethcbcc4e9, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 262144 bytes
14:17:35.597050 IP (tos 0x0, ttl 64, id 35539, offset 0, flags [DF], proto UDP (17), length 32)
    127.0.0.1.54877 > 172.17.0.2.9999: [bad udp cksum 0x2b32 -> 0x06e9!] UDP, length 4
14:17:40.603323 ARP, Ethernet (len 6), IPv4 (len 4), Request who-has 172.17.0.2 tell 172.17.0.1, length 28
14:17:40.603346 ARP, Ethernet (len 6), IPv4 (len 4), Reply 172.17.0.2 is-at 02:42:ac:11:00:02, length 28

程序结果：空，即程序没有接收到数据包

添加将udp协议、源地址类型为LOCAL的数据包的源地址修改为主机地址192.168.84.75

执行 echo mac | nc -s 127.0.0.1 -p 54877 -u 172.17.0.2 9999
docker0与容器网卡veth1a4e47a抓包结果：

tcpdump -i docker0 -nn -vv
tcpdump: listening on docker0, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 262144 bytes
14:20:10.098644 IP (tos 0x0, ttl 64, id 35540, offset 0, flags [DF], proto UDP (17), length 32)
    192.168.84.75.54877 > 172.17.0.2.9999: [bad udp cksum 0xc124 -> 0x70f6!] UDP, length 4
14:20:15.115338 ARP, Ethernet (len 6), IPv4 (len 4), Request who-has 172.17.0.2 tell 172.17.0.1, length 28
14:20:15.115377 ARP, Ethernet (len 6), IPv4 (len 4), Reply 172.17.0.2 is-at 02:42:ac:11:00:02, length 28

tcpdump -i vethcbcc4e9 -nn -vv
tcpdump: listening on vethcbcc4e9, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 262144 bytes
14:20:10.098661 IP (tos 0x0, ttl 64, id 35540, offset 0, flags [DF], proto UDP (17), length 32)
    192.168.84.75.54877 > 172.17.0.2.9999: [bad udp cksum 0xc124 -> 0x70f6!] UDP, length 4
14:20:15.115350 ARP, Ethernet (len 6), IPv4 (len 4), Request who-has 172.17.0.2 tell 172.17.0.1, length 28
14:20:15.115377 ARP, Ethernet (len 6), IPv4 (len 4), Reply 172.17.0.2 is-at 02:42:ac:11:00:02, length 28

程序结果：addr: ('192.168.84.75', 54877), data: mac

总结

Centos7中更改数据包源地址的操作即SNAT可以在INPUT链与POSTROUTING链两个地方操作。Docker在INPUT链中没有定义SNAT规则，全部的SNAT操作均定义在POSTROUTING链中。所以对Docker数据包的SNAT的研究只需关注POSTROUTING链即可。我们自己产品对docker的使用属于上述实验一的范围，即是将userland设置为true，包括以下几种情况：

如果机器的iptables规则没有做额外的配置，通过外主机向本机访问或在本机上通过ip地址访问，数据包的源地址不会被修改
本机上通过127.0.0.1访问的数据包的源地址会被docker-proxy进程修改，因此本机访问若想要数据包的源地址不被修改，需使用本机ip地址访问
通过上面实践可发现，源地址为127.0.0.1的数据包在多数场景下不能成功发送出去，能够发送出去且能被容器内程序接收到的数据包在容器网卡或docker0那一层其源地址127.0.0.1已经被修改了；即容器内程序接收到的数据包的源地址不可能是127.0.0.1。源地址为127.0.0.1的数据包在传输过程中意义不大，因为无法根据源地址127.0.0.1找到发包的设备
数据包在主机与主机或主机与容器之间传输时，数据包的源地址多数情况下会发生改变，如果某功能是以数据包源IP地址作为来源主机的判断是不可靠的；因为可能取的数据包是处于中间状态的包，这类包的源IP地址可能已被修改，这样就会导致来源主机判断的错误。

最后编辑于：2019.01.25 09:23:21

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引言

实践环境一

实践环境二

总结

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