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IPv4/IPv6 双协议栈
Kubernetes v1.21 [beta]
IPv4/IPv6 双协议栈网络能够将 IPv4 和 IPv6 地址分配给 Pod 和 Service。
从 1.21 版本开始,Kubernetes 集群默认启用 IPv4/IPv6 双协议栈网络, 以支持同时分配 IPv4 和 IPv6 地址。
支持的功能
Kubernetes 集群的 IPv4/IPv6 双协议栈可提供下面的功能:
- 双协议栈 pod 网络 (每个 pod 分配一个 IPv4 和 IPv6 地址)
- IPv4 和 IPv6 启用的服务
- Pod 的集群外出口通过 IPv4 和 IPv6 路由
先决条件
为了使用 IPv4/IPv6 双栈的 Kubernetes 集群,需要满足以下先决条件:
- Kubernetes 1.20 版本或更高版本,有关更早 Kubernetes 版本的使用双栈服务的信息, 请参考对应版本的 Kubernetes 文档。
- 提供商支持双协议栈网络(云提供商或其他提供商必须能够为 Kubernetes 节点提供可路由的 IPv4/IPv6 网络接口)
- 支持双协议栈的网络插件(如 Kubenet 或 Calico)
配置 IPv4/IPv6 双协议栈
要使用 IPv4/IPv6 双协议栈,确保为集群的相关组件启用 IPv6DualStack
特性门控,
(从 1.21 版本开始,IPv4/IPv6 双协议栈默认是被启用的)。
- kube-apiserver:
--service-cluster-ip-range=<IPv4 CIDR>,<IPv6 CIDR>
- kube-controller-manager:
--cluster-cidr=<IPv4 CIDR>,<IPv6 CIDR>
--service-cluster-ip-range=<IPv4 CIDR>,<IPv6 CIDR>
--node-cidr-mask-size-ipv4|--node-cidr-mask-size-ipv6
对于 IPv4 默认为 /24,对于 IPv6 默认为 /64
- kube-proxy:
--cluster-cidr=<IPv4 CIDR>,<IPv6 CIDR>
IPv4 CIDR 的一个例子:10.244.0.0/16
(尽管你会提供你自己的地址范围)。
IPv6 CIDR 的一个例子:fdXY:IJKL:MNOP:15::/64
(这里演示的是格式而非有效地址 - 请看 RFC 4193)。
从 1.21 开始 IPv4/IPv6 双协议栈默认为启用状态。
你可以在必要的时候通过为 kube-apiserver、kube-controller-manager、kubelet
和 kube-proxy 命令行设置 --feature-gates="IPv6DualStack=false"
来禁用
此特性。
服务
你可以使用 IPv4 或 IPv6 地址来创建
Service。
服务的地址族默认为第一个服务集群 IP 范围的地址族(通过 kube-apiserver 的
--service-cluster-ip-range
参数配置)。
当你定义服务时,可以选择将其配置为双栈。若要指定所需的行为,你可以设置
.spec.ipFamilyPolicy
字段为以下值之一:
SingleStack
:单栈服务。控制面使用第一个配置的服务集群 IP 范围为服务分配集群 IP。PreferDualStack
:- 为服务分配 IPv4 和 IPv6 集群 IP 地址。
(如果集群设置了
--feature-gates="IPv6DualStack=false"
,则此设置的行为与SingleStack
设置相同。)
- 为服务分配 IPv4 和 IPv6 集群 IP 地址。
(如果集群设置了
RequireDualStack
:从 IPv4 和 IPv6 的地址范围分配服务的.spec.ClusterIPs
- 从基于在
.spec.ipFamilies
数组中第一个元素的地址族的.spec.ClusterIPs
列表中选择.spec.ClusterIP
- 从基于在
如果你想要定义哪个 IP 族用于单栈或定义双栈 IP 族的顺序,可以通过设置
服务上的可选字段 .spec.ipFamilies
来选择地址族。
.spec.ipFamilies
字段是不可变的,因为系统无法为已经存在的服务重新分配
.spec.ClusterIP
。如果你想改变 .spec.ipFamilies
,则需要删除并重新创建服务。
你可以设置 .spec.ipFamily
为以下任何数组值:
["IPv4"]
["IPv6"]
["IPv4","IPv6"]
(双栈)["IPv6","IPv4"]
(双栈)
你所列出的第一个地址族用于原来的 .spec.ClusterIP
字段。
双栈服务配置场景
以下示例演示多种双栈服务配置场景下的行为。
新服务的双栈选项
此服务规约中没有显式设定
.spec.ipFamilyPolicy
。当你创建此服务时,Kubernetes 从所配置的第一个service-cluster-ip-range
种为服务分配一个集群IP,并设置.spec.ipFamilyPolicy
为SingleStack
。 (无选择算符的服务 和无头服务的行为方式 与此相同。)apiVersion: v1 kind: Service metadata: name: my-service labels: app: MyApp spec: selector: app: MyApp ports: - protocol: TCP port: 80
此服务规约显式地将
.spec.ipFamilyPolicy
设置为PreferDualStack
。 当你在双栈集群上创建此服务时,Kubernetes 会为该服务分配 IPv4 和 IPv6 地址。 控制平面更新服务的.spec
以记录 IP 地址分配。 字段.spec.ClusterIPs
是主要字段,包含两个分配的 IP 地址;.spec.ClusterIP
是次要字段, 其取值从.spec.ClusterIPs
计算而来。- 对于
.spec.ClusterIP
字段,控制面记录来自第一个服务集群 IP 范围 对应的地址族的 IP 地址。 - 对于单协议栈的集群,
.spec.ClusterIPs
和.spec.ClusterIP
字段都 仅仅列出一个地址。 - 对于启用了双协议栈的集群,将
.spec.ipFamilyPolicy
设置为RequireDualStack
时,其行为与PreferDualStack
相同。
apiVersion: v1 kind: Service metadata: name: my-service labels: app: MyApp spec: ipFamilyPolicy: PreferDualStack selector: app: MyApp ports: - protocol: TCP port: 80
- 对于
下面的服务规约显式地在
.spec.ipFamilies
中指定IPv6
和IPv4
,并 将.spec.ipFamilyPolicy
设定为PreferDualStack
。 当 Kubernetes 为.spec.ClusterIPs
分配一个 IPv6 和一个 IPv4 地址时,.spec.ClusterIP
被设置成 IPv6 地址,因为它是.spec.ClusterIPs
数组中的第一个元素, 覆盖其默认值。apiVersion: v1 kind: Service metadata: name: my-service labels: app: MyApp spec: ipFamilyPolicy: PreferDualStack ipFamilies: - IPv6 - IPv4 selector: app: MyApp ports: - protocol: TCP port: 80
现有服务的双栈默认值
下面示例演示了在服务已经存在的集群上新启用双栈时的默认行为。
(将现有集群升级到 1.21 会启用双协议栈支持,除非设置了
--feature-gates="IPv6DualStack=false"
)
在集群上启用双栈时,控制面会将现有服务(无论是
IPv4
还是IPv6
)配置.spec.ipFamilyPolicy
为SingleStack
并设置.spec.ipFamilies
为服务的当前地址族。apiVersion: v1 kind: Service metadata: name: my-service labels: app: MyApp spec: selector: app: MyApp ports: - protocol: TCP port: 80
你可以通过使用 kubectl 检查现有服务来验证此行为。
kubectl get svc my-service -o yaml
apiVersion: v1 kind: Service metadata: labels: app: MyApp name: my-service spec: clusterIP: 10.0.197.123 clusterIPs: - 10.0.197.123 ipFamilies: - IPv4 ipFamilyPolicy: SingleStack ports: - port: 80 protocol: TCP targetPort: 80 selector: app: MyApp type: ClusterIP status: loadBalancer: {}
在集群上启用双栈时,带有选择算符的现有 无头服务 由控制面设置
.spec.ipFamilyPolicy
为SingleStack
并设置.spec.ipFamilies
为第一个服务集群 IP 范围的地址族(通过配置 kube-apiserver 的--service-cluster-ip-range
参数),即使.spec.ClusterIP
的设置值为None
也如此。apiVersion: v1 kind: Service metadata: name: my-service labels: app: MyApp spec: selector: app: MyApp ports: - protocol: TCP port: 80
你可以通过使用 kubectl 检查带有选择算符的现有无头服务来验证此行为。
kubectl get svc my-service -o yaml
apiVersion: v1 kind: Service metadata: labels: app: MyApp name: my-service spec: clusterIP: None clusterIPs: - None ipFamilies: - IPv4 ipFamilyPolicy: SingleStack ports: - port: 80 protocol: TCP targetPort: 80 selector: app: MyApp
在单栈和双栈之间切换服务
服务可以从单栈更改为双栈,也可以从双栈更改为单栈。
要将服务从单栈更改为双栈,根据需要将
.spec.ipFamilyPolicy
从SingleStack
改为PreferDualStack
或RequireDualStack
。 当你将此服务从单栈更改为双栈时,Kubernetes 将分配缺失的地址族,以便现在 该服务具有 IPv4 和 IPv6 地址。 编辑服务规约将.spec.ipFamilyPolicy
从SingleStack
改为PreferDualStack
。之前:
spec: ipFamilyPolicy: SingleStack
之后:
spec: ipFamilyPolicy: PreferDualStack
- 要将服务从双栈更改为单栈,请将
.spec.ipFamilyPolicy
从PreferDualStack
或RequireDualStack
改为SingleStack
。 当你将此服务从双栈更改为单栈时,Kubernetes 只保留.spec.ClusterIPs
数组中的第一个元素,并设置.spec.ClusterIP
为那个 IP 地址, 并设置.spec.ipFamilies
为.spec.ClusterIPs
地址族。
无选择算符的无头服务
对于不带选择算符的无头服务,
若没有显式设置 .spec.ipFamilyPolicy
,则 .spec.ipFamilyPolicy
字段默认设置为 RequireDualStack
。
LoadBalancer 类型服务
要为你的服务提供双栈负载均衡器:
- 将
.spec.type
字段设置为LoadBalancer
- 将
.spec.ipFamilyPolicy
字段设置为PreferDualStack
或者RequireDualStack
为了使用双栈的负载均衡器类型服务,你的云驱动必须支持 IPv4 和 IPv6 的负载均衡器。
出站流量
如果你要启用出站流量,以便使用非公开路由 IPv6 地址的 Pod 到达集群外地址 (例如公网),则需要通过透明代理或 IP 伪装等机制使 Pod 使用公共路由的 IPv6 地址。 ip-masq-agent项目 支持在双栈集群上进行 IP 伪装。
确认你的 CNI 驱动支持 IPv6。