IPv4/IPv6 双协议栈

FEATURE STATE: Kubernetes v1.16 [alpha]

IPv4/IPv6 双协议栈能够将 IPv4 和 IPv6 地址分配给 PodService

如果你为 Kubernetes 集群启用了 IPv4/IPv6 双协议栈网络, 则该集群将支持同时分配 IPv4 和 IPv6 地址。

支持的功能

在 Kubernetes 集群上启用 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 版本及更高版本,有关更早 Kubernetes 版本的使用双栈服务的信息,请参考那个版本的 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)

启用 IPv4/IPv6 双协议栈

要启用 IPv4/IPv6 双协议栈,为集群的相关组件启用 IPv6DualStack 特性门控, 并且设置双协议栈的集群网络分配:

  • kube-apiserver:
    • --feature-gates="IPv6DualStack=true"
    • --service-cluster-ip-range=<IPv4 CIDR>,<IPv6 CIDR>
  • kube-controller-manager:
    • --feature-gates="IPv6DualStack=true"
    • --cluster-cidr=<IPv4 CIDR>,<IPv6 CIDR> 例如 --cluster-cidr=10.244.0.0/16,fc00::/48
    • --service-cluster-ip-range=<IPv4 CIDR>,<IPv6 CIDR> 例如 --service-cluster-ip-range=10.0.0.0/16,fd00::/108
    • --node-cidr-mask-size-ipv4|--node-cidr-mask-size-ipv6 对于 IPv4 默认为 /24,对于 IPv6 默认为 /64
  • kubelet:
    • --feature-gates="IPv6DualStack=true"
  • kube-proxy:
    • --cluster-cidr=<IPv4 CIDR>,<IPv6 CIDR>
    • --feature-gates="IPv6DualStack=true"
说明:

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

服务

如果你的集群启用了 IPv4/IPv6 双协议栈网络,则可以使用 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-controller-manager 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
    • 仅当集群启用了双栈时使用。为服务分配 IPv4 和 IPv6 集群 IP。
    • 如果集群没有启用双堆栈,则此设置与 SingleStack 行为相同。
  • 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
    • 集群必须配置双栈网络

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。

说明: .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

  1. 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.ipFamilyPolicySingleStack。 (无选择算符的服务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
    
  1. 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。

    apiVersion: v1
    kind: Service
    metadata:
      name: my-service
      labels:
        app: MyApp
    spec:
      ipFamilyPolicy: PreferDualStack
      selector:
        app: MyApp
      ports:
        - protocol: TCP
          port: 80
    
  1. 下面的服务规约显式地在 .spec.ipFamilies 中指定 IPv6IPv4,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。

  1. 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 设置为 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: {}
    
  1. 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.ipFamilyPolicySingleStack 并设置 .spec.ipFamilies 为第一个服务群集 IP 范围的地址族(通过配置 kube-controller-manager 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。

  1. 要将服务从单栈更改为双栈,根据需要将 .spec.ipFamilyPolicySingleStack 改为 PreferDualStackRequireDualStack。 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.ipFamilyPolicySingleStack 改为 PreferDualStack

    之前:

    spec:
      ipFamilyPolicy: SingleStack
    

    之后:

    spec:
      ipFamilyPolicy: PreferDualStack
    
  1. 要将服务从双栈更改为单栈,请将 .spec.ipFamilyPolicyPreferDualStackRequireDualStack 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.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

要为你的服务提供双栈负载均衡器:

  • .spec.type 字段设置为 LoadBalancer
  • .spec.ipFamilyPolicy 字段设置为 PreferDualStack 或者 RequireDualStack
说明: 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

如果你要启用出口流量,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。

说明: 确认你的 CNI 驱动支持 IPv6。

接下来

最后修改 December 23, 2020 at 10:27 AM PST: sync zh dual-stack.md (9a0fc8307)