結論

HUB_PORT_4444_TCP_ADDR及びHUB_PORT_4444_TCP_PORTをenvironmentに指定する．

version: '2'
services:
  hub:
    image: selenium/hub
    ports:
      - '4444:4444'
  chrome:
    image: selenium/node-chrome
    environment:
      - HUB_PORT_4444_TCP_ADDR=hub   # 各自の環境に合わせて書き換えること
      - HUB_PORT_4444_TCP_PORT=4444  # 各自の環境に合わせて書き換えること
    depends_on:
      - hub

depends_onは指定しなくても動作するが，無駄な処理が減るので指定したほうがよい．

docker-composeのバージョンが1.9.0よりも古い場合は，v2形式にlinksを指定しても動くかもしれない．

以下に動作確認済みのdocker-compose.ymlを保存してある．
https://github.com/masnagam/docker-compose-collection/tree/master/selenium-grid

Selenium Grid Hubをdocker-composeで起動

SeleniumのDockerイメージが提供されているが，これをdocker-composeで動かす例として，docker-compose.yml（version 1）形式を使用する例が見つかる．

Running a Selenium Grid with docker-compose
- これ以外にも何件か見つかるが，基本的には同じ内容なので省略

試しにv2形式に書き直してみたが，どうもうまく動かない．

docker-compose.yml

version: '2'
services:
  hub:
    image: selenium/hub
    ports:
      - '4444:4444'
  chrome:
    image: selenium/node-chrome
    links:
      - hub

どうやら同じことを試した人がいたみたいだ．

Containers are not linked with docker-compose version 2 - Stack Overflow

HUB_PORT_4444_TCP_ADDRという見慣れない環境変数を定義すると動くという話らしい．実際にはこれだけでは動かず，HUB_PORT_4444_TCP_PORTも指定する必要がある．詳細については以下のソースを参照．

https://github.com/SeleniumHQ/docker-selenium/blob/master/NodeBase/entry_point.sh

私は知らなかったが，HUB_PORT_4444_TCP_ADDRというのはLink environment variablesと呼ばれる今では非推奨となっている環境変数のようだ．linksを指定していると定義されるようだが，v2でlinksを指定してもLink Environment Variablesが定義されないようになってしまったのかもしれない．

ちなみに，私が使っているdocker-composeのバージョンは

docker-compose version 1.9.0, build 2585387

であった．