在Cloud Foundry v2版本中，该平台使用warden技术来实现用户应用实例运行的资源控制与隔离。
简要的介绍下warden，就是dea_ng如果需要运行用户应用实例（本文暂不考虑warden container提供staging打包环境），则发送相应请求给warden server，由warden server来创建warden container，并在warden container内部运行应用实例，而warden container的具体实现中使用cgroups等内核虚拟化技术，保证了container内进程组的资源控制与隔离。warden的架构与实现可以参考我的博文：Cloud Foundry中warden的架构与实现。
warden网络架构图
warden container的功能可以认为与传统的虚拟机类似，只是传统的虚拟机通过Hypervisor等技术来实现资源的控制与隔离，而warden container通过虚拟化内核来达到该目的。而在网络方面，warden container技术创建出一块虚拟网卡，专门供warden container内部使用，另外为warden container内部的虚拟网卡在warden server所在的宿主机上也配对了一块虚拟网卡，充当container的外部网关。仅仅创建出两块虚拟网卡，原则上可以保证物理上的“连通”，但是却很难做到网络间通信的“联通”，故在物理资源以及虚拟物理资源完备的情况，warden server在宿主机上通过iptables设计并添加了多条规则，保证整个网络的通信可以满足warden container的要求，同时又不影响宿主机的通信。
以下是warden server所在宿主机的物理环境、iptables所在的网络层、操作系统、用户应用层之间的关系图：
warden container网络通信方式
- 用户应用实例作为一个web server，提供HTTP访问服务；
- 用户应用实例使用service服务时，建立与service instance的连接。
warden iptables配置之net.sh文件
- 启动warden server时，调用文件warden/warden/root/linux/net.sh，制定warden server所在宿主机的部分iptables规则；
- 在创建warden container的时候，调用文件warden/warden/root/linux/skeleton/net.sh，制定由于warden container创建后需要添加的iptables规则（包括仅仅创建一个warden container的iptables设置，以及为一个warden container做端口映射时的iptables设置）。
warden server之net.sh
setup_filter
关于 warden/warden/root/linux/net.sh，可以看该shell脚本中最为关键的两个方法setup_filter以及setup_nat。以下是setup_filter的源码实现：
function setup_filter() {
teardown_filter
# Create or flush forward chain
iptables -N ${filter_forward_chain} 2> /dev/null || iptables -F ${filter_forward_chain}
iptables -A ${filter_forward_chain} -j DROP
# Create or flush default chain
iptables -N ${filter_default_chain} 2> /dev/null || iptables -F ${filter_default_chain}
# Always allow established connections to warden containers
iptables -A ${filter_default_chain} -m conntrack --ctstate ESTABLISHED,RELATED -j ACCEPT
for n in ${ALLOW_NETWORKS}; do
if [ "$n" == "" ]
then
break
fi
iptables -A ${filter_default_chain} --destination "$n" --jump RETURN
done
for n in ${DENY_NETWORKS}; do
if [ "$n" == "" ]
then
break
fi
iptables -A ${filter_default_chain} --destination "$n" --jump DROP
done
iptables -A ${filter_default_chain} --jump REJECT
# Accept packets related to previously established connections
iptables -I INPUT -m state --state ESTABLISHED,RELATED --jump ACCEPT -m comment --comment 'related-traffic'
# Reject traffic from containers to host
if [ "$ALLOW_HOST_ACCESS" != "true" ]; then
iptables -A INPUT -s ${POOL_NETWORK} --jump REJECT -m comment --comment 'block-traffic-to-host'
fi
# Forward outbound traffic via ${filter_forward_chain}
iptables -A FORWARD -i w-+ --jump ${filter_forward_chain}
# Forward inbound traffic immediately
default_inter grep default | cut -d' ' -f5 | head -1)
iptables -I ${filter_forward_chain} -i $default_interface --jump ACCEPT
}
以下首先逐步分析每个部分iptables的制定的意义，随后将各iptables个则串联起来分析其功能。关于iptables在内核中的简要流程图如下图：
# Always allow established connections to warden containers
iptables -A ${filter_default_chain} -m conntrack --ctstate ESTABLISHED,RELATED -j ACCEPT
据包在同一个链中的规则匹配将从第一条开始匹配，遇到匹配成功则执行相应操作，否则继续向下执行，因此该规则表明这条脸中之前都匹配不成的数据包，内核会采取REJECT操作，将数据包丢弃，并返回一个错误数据包。到此，filter_default_chain中的规则设置基本完毕。
# Accept packets related to previously established connections
iptables -I INPUT -m state --state ESTABLISHED,RELATED --jump ACCEPT -m comment --comment 'related-traffic'
# Reject traffic from containers to host
if [ "$ALLOW_HOST_ACCESS" != "true" ]; then
iptables -A INPUT -s ${POOL_NETWORK} --jump REJECT -m comment --comment 'block-traffic-to-host'
fi
创建warden container之net.sh链，即当网络发现接收的网络数据包的目的IP，与该网卡的IP不一致时，则认为需要为该数据包执行转发（FORWARD）操作，将该数据包放入FORWARD链执行规则处理，此处的代码如下：
# Forward outbound traffic via ${filter_forward_chain}
iptables -A FORWARD -i w-+ --jump ${filter_forward_chain}
# Forward inbound traffic immediately
default_inter grep default | cut -d' ' -f5 | head -1)
iptables -I ${filter_forward_chain} -i $default_interface --jump ACCEPT
setup_nat
以下简单分析setup_nat方法：
function setup_nat() {
teardown_nat
# Create prerouting chain
iptables -t nat -N ${nat_prerouting_chain} 2> /dev/null || true
# Bind chain to PREROUTING
(iptables -t nat -S PREROUTING | grep -q "\-j ${nat_prerouting_chain}\b") ||
iptables -t nat -A PREROUTING \
--jump ${nat_prerouting_chain}
# Bind chain to OUTPUT (for traffic originating from same host)
(iptables -t nat -S OUTPUT | grep -q "\-j ${nat_prerouting_chain}\b") ||
iptables -t nat -A OUTPUT \
--out-interface "lo" \
--jump ${nat_prerouting_chain}
# Create postrouting chain
iptables -t nat -N ${nat_postrouting_chain} 2> /dev/null || true
# Bind chain to POSTROUTING
(iptables -t nat -S POSTROUTING | grep -q "\-j ${nat_postrouting_chain}\b") ||
iptables -t nat -A POSTROUTING \
--jump ${nat_postrouting_chain}
# Enable NAT for traffic coming from containers
(iptables -t nat -S ${nat_postrouting_chain} | grep -q "\-j SNAT\b") ||
iptables -t nat -A ${nat_postrouting_chain} \
--source ${POOL_NETWORK} \
--jump SNAT \
--to $(external_ip)
}
该部分的内容比较容易理解：
1.首先创建nat_prerouting_chain 链，随后将所有的PREROUTING链中的数据包都跳转至nat_prerouting_chain；
2.随后将链绑定在nat_prerouting_chain上，保证通过lo网络设备的数据包，都跳转到该链；
3.创建nat_postrouting_chain链，保证将默认的POSTROUTING链中的所有数据包都跳转至创建的该链；
4.为从warden container中发出的数据包都采取SNAT处理，使得数据包的源IP都替换为warden server宿主机的IP。
其实在完成以上这两步之后，还执行了以下代码：
# Enable forwarding
echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward
加以保证转发工作可以有效，具体内容可以查看： /proc/sys/net/ipv4/*的各部分作用。
创建warden container之net.sh
前篇分析的是，warden server启动的时候，对warden server所在的宿主机进行的iptbales设置，在整个过程中，不涉及任何的container。而这一章节，将介绍分析warden server在启动某个具体warden container的时候，再对warden server所在的宿主机设置iptables规则。该文件地址如下：warden/warden/root/linux/skeleton/net.sh。
setup_filter
首先分析setup_filter方法，源码如下：
function setup_filter() {
teardown_filter
# Create instance chain
iptables -N ${filter_instance_chain}
iptables -A ${filter_instance_chain} \
--goto ${filter_default_chain}
# Bind instance chain to forward chain
iptables -I ${filter_forward_chain} 2 \
--in-interface ${network_host_iface} \
--goto ${filter_instance_chain}
# Create instance log chain
iptables -N ${filter_instance_log_chain}
iptables -A ${filter_instance_log_chain} \
-p tcp -m conntrack --ctstate NEW,UNTRACKED,INVALID -j LOG --log-prefix "${filter_instance_chain} "
iptables -A ${filter_instance_log_chain} \
--jump RETURN
}
1. 该方法创建了关于instance的链，随后，将该warden container instance链内的所有数据包都跳至filter_default_chain，也就是在前一章节中提到的filter_default_chain；
2.绑定该warden container instance的FORWARD链至filter_foward链，也就是说，所有进入filter_foward_chain的数据包，根据数据包从哪个网络接口设备来，进入相应的filter_instance_chain链。也就是说，从network_host_iface网络设备“接收”到的数据包(network_host_iface即为network_container_iface="w-${id}-1")，都转至filter_instance_chain。
3.创建log chain。
setup_nat
在创建warden container的时候，也会设置nat，源码如下：
function setup_nat() {
teardown_nat
# Create instance chain
iptables -t nat -N ${nat_instance_chain}
# Bind instance chain to prerouting chain
iptables -t nat -A ${nat_prerouting_chain} \
--jump ${nat_instance_chain}
}
简要分析即为：创建相应的nat_instance_chain，随后将nat_prerouting_chain中的数据包都跳转至该nat_instance_chain。
net_in之端口映射实现
使得Cloud Foundry内warden container的用户应用实例可以为外部提供web服务，那么warden container和warden server所在宿主机进行一个端口映射操作，也就是warden server提供的net_in接口，真正的执行部分，即为创建容器的该net.sh文件中的in参数执行。
以下是net_in具体操作的源码实现：
"in")
if [ -z "${HOST_PORT:-}" ]; then
echo "Please specify HOST_PORT..." 1>&2
exit 1
fi
if [ -z "${CONTAINER_PORT:-}" ]; then
echo "Please specify CONTAINER_PORT..." 1>&2
exit 1
fi
iptables -t nat -A ${nat_instance_chain} \
--protocol tcp \
--destination "${external_ip}" \
--destination-port "${HOST_PORT}" \
--jump DNAT \
--to-destination "${network_container_ip}:${CONTAINER_PORT}"
;;
可见该代码块中最为重要的部分为，创建DNAT规则转换的部分。也就是，在相应的instance规则链中，对于TCP数据包，如果该数据包的目的IP和目的PORT为warden server所在宿主机的IP和映射的PORT，则执行DNAT转换，转换为warden container IP和warden container的端口。
总结
以上便是对Cloud Foundry v2中warden的网络设计之iptables规则制定，做了简要的分析。然而，在这之中，有很多的设计仅仅是留了接口，并未真正实现。
另，感谢浙江大学VLIS实验室的实习生高相林的共同研究。
关于作者：
孙宏亮，DAOCLOUD软件工程师。两年来在云计算方面主要研究PaaS领域的相关知识与技术。坚信轻量级虚拟化容器的技术，会给PaaS领域带来深度影响，甚至决定未来PaaS技术的走向。
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本文更多出于我本人的理解，肯定在一些地方存在不足和错误。希望本文能够对接触warden网络配置的人有些帮助，如果你对这方面感兴趣，并有更好的想法和建议，也请联系我。