IPv4/IPv6 双栈

Kubernetes 允许您配置单栈 IPv4 网络、单栈 IPv6 网络或双栈网络,其中两个网络族都处于活动状态。本页解释了如何操作。
功能状态: Kubernetes v1.23 [稳定]

IPv4/IPv6 双栈网络允许为 Pod服务 分配 IPv4 和 IPv6 地址。

从 1.21 开始,您的 Kubernetes 集群默认情况下启用 IPv4/IPv6 双栈网络,允许同时分配 IPv4 和 IPv6 地址。

支持的功能

您的 Kubernetes 集群上的 IPv4/IPv6 双栈提供了以下功能

  • 双栈 Pod 网络(每个 Pod 分配一个 IPv4 和 IPv6 地址)
  • 启用 IPv4 和 IPv6 的服务
  • 通过 IPv4 和 IPv6 接口进行 Pod 集群外出口路由(例如,互联网)

先决条件

为了使用 IPv4/IPv6 双栈 Kubernetes 集群,需要满足以下先决条件

  • Kubernetes 1.20 或更高版本

    有关在早期 Kubernetes 版本中使用双栈服务的更多信息,请参阅该 Kubernetes 版本的文档。

  • 对双栈网络的支持(云提供商或其他必须能够为 Kubernetes 节点提供可路由的 IPv4/IPv6 网络接口)

  • 一个 网络插件,它支持双栈网络。

配置 IPv4/IPv6 双栈

要配置 IPv4/IPv6 双栈,请设置双栈集群网络分配

  • 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 默认情况下,IPv4 为 /24,IPv6 为 /64
  • kube-proxy
    • --cluster-cidr=<IPv4 CIDR>,<IPv6 CIDR>
  • kubelet
    • --node-ip=<IPv4 IP>,<IPv6 IP>
      • 此选项对于裸机双栈节点(未通过 --cloud-provider 标志定义云提供商的节点)是必需的。如果您使用的是云提供商,并选择覆盖云提供商选择的节点 IP,请设置 --node-ip 选项。
      • (传统的内置云提供商不支持双栈 --node-ip。)

服务

您可以创建 服务,这些服务可以使用 IPv4、IPv6 或两者。

服务的地址族默认情况下与第一个服务集群 IP 范围(通过 --service-cluster-ip-range 标志配置到 kube-apiserver)的地址族相同。

定义服务时,您可以选择将其配置为双栈。要指定所需的行为,请将 .spec.ipFamilyPolicy 字段设置为以下值之一

  • SingleStack:单栈服务。控制平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:当启用双栈时,为服务分配 IPv4 和 IPv6 集群 IP。如果未启用或不支持双栈,则回退到单栈行为。
  • RequireDualStack:当启用双栈时,从 IPv4 和 IPv6 地址范围分配服务 .spec.clusterIPs。如果未启用或不支持双栈,则服务 API 对象创建失败。
    • 根据 .spec.ipFamilies 数组中第一个元素的地址族,从 .spec.clusterIPs 列表中选择 .spec.clusterIP

如果您想定义要用于单栈的 IP 族或定义双栈的 IP 族顺序,您可以通过设置一个可选字段 .spec.ipFamilies 来选择地址族,该字段位于服务上。

您可以将 .spec.ipFamilies 设置为以下任何数组值

  • ["IPv4"]
  • ["IPv6"]
  • ["IPv4","IPv6"](双栈)
  • ["IPv6","IPv4"](双栈)

您列出的第一个族用于传统的 .spec.clusterIP 字段。

双栈服务配置场景

这些示例演示了各种双栈服务配置场景的行为。

新服务上的双栈选项

  1. 此服务规范没有明确定义 .spec.ipFamilyPolicy。创建此服务时,Kubernetes 从第一个配置的 service-cluster-ip-range 为服务分配集群 IP,并将 .spec.ipFamilyPolicy 设置为 SingleStack。(没有选择器的服务 和带有选择器的 无头服务 的行为将相同。)

    apiVersion: v1
    kind: Service
    metadata:
      name: my-service
      labels:
        app.kubernetes.io/name: MyApp
    spec:
      selector:
        app.kubernetes.io/name: MyApp
      ports:
        - protocol: TCP
          port: 80
    
  2. 此服务规范在 .spec.ipFamilyPolicy 中明确定义了 PreferDualStack。在双栈集群上创建此服务时,Kubernetes 为服务分配 IPv4 和 IPv6 地址。控制平面更新服务的 .spec 以记录 IP 地址分配。.spec.clusterIPs 是主要字段,包含两个分配的 IP 地址;.spec.clusterIP 是次要字段,其值根据 .spec.clusterIPs 计算得出。

    • 对于 .spec.clusterIP 字段,控制平面记录与第一个服务集群 IP 范围具有相同地址族的 IP 地址。
    • 在单栈集群上,.spec.clusterIPs.spec.clusterIP 字段只列出一个地址。
    • 在启用了双栈的集群上,在 .spec.ipFamilyPolicy 中指定 RequireDualStack 的行为与 PreferDualStack 相同。
    apiVersion: v1
    kind: Service
    metadata:
      name: my-service
      labels:
        app.kubernetes.io/name: MyApp
    spec:
      ipFamilyPolicy: PreferDualStack
      selector:
        app.kubernetes.io/name: MyApp
      ports:
        - protocol: TCP
          port: 80
    
  3. 此服务规范在 .spec.ipFamilies 中明确定义了 IPv6IPv4,并在 .spec.ipFamilyPolicy 中定义了 PreferDualStack。当 Kubernetes 在 .spec.clusterIPs 中分配 IPv6 和 IPv4 地址时,.spec.clusterIP 被设置为 IPv6 地址,因为它是 .spec.clusterIPs 数组中的第一个元素,从而覆盖了默认值。

    apiVersion: v1
    kind: Service
    metadata:
      name: my-service
      labels:
        app.kubernetes.io/name: MyApp
    spec:
      ipFamilyPolicy: PreferDualStack
      ipFamilies:
      - IPv6
      - IPv4
      selector:
        app.kubernetes.io/name: MyApp
      ports:
        - protocol: TCP
          port: 80
    

现有服务上的双栈默认值

这些示例演示了在集群上新启用双栈时,现有服务(无论是 IPv4 还是 IPv6)的默认行为。(将现有集群升级到 1.21 或更高版本将启用双栈。)

  1. 在集群上启用双栈时,控制平面配置现有服务(无论是 IPv4 还是 IPv6)以将 .spec.ipFamilyPolicy 设置为 SingleStack,并将 .spec.ipFamilies 设置为现有服务的地址族。现有服务集群 IP 将存储在 .spec.clusterIPs 中。

    apiVersion: v1
    kind: Service
    metadata:
      name: my-service
      labels:
        app.kubernetes.io/name: MyApp
    spec:
      selector:
        app.kubernetes.io/name: MyApp
      ports:
        - protocol: TCP
          port: 80
    

    您可以使用 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.kubernetes.io/name: 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.kubernetes.io/name: MyApp
      type: ClusterIP
    status:
      loadBalancer: {}
    
  2. 在集群上启用双栈时,控制平面配置现有 无头服务(带有选择器)以将 .spec.ipFamilyPolicy 设置为 SingleStack,并将 .spec.ipFamilies 设置为第一个服务集群 IP 范围的地址族(通过 --service-cluster-ip-range 标志配置到 kube-apiserver),即使 .spec.clusterIP 设置为 None

    apiVersion: v1
    kind: Service
    metadata:
      name: my-service
      labels:
        app.kubernetes.io/name: MyApp
    spec:
      selector:
        app.kubernetes.io/name: MyApp
      ports:
        - protocol: TCP
          port: 80
    

    您可以使用 kubectl 检查现有带有选择器的无头服务来验证此行为。

    kubectl get svc my-service -o yaml
    
    apiVersion: v1
    kind: Service
    metadata:
      labels:
        app.kubernetes.io/name: MyApp
      name: my-service
    spec:
      clusterIP: None
      clusterIPs:
      - None
      ipFamilies:
      - IPv4
      ipFamilyPolicy: SingleStack
      ports:
      - port: 80
        protocol: TCP
        targetPort: 80
      selector:
        app.kubernetes.io/name: 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,请将 .spec.ipFamilyPolicySingleStack 更改为 PreferDualStackRequireDualStack(根据需要)。将此服务从单栈更改为双栈时,Kubernetes 会分配缺少的地址族,以便服务现在具有 IPv4 和 IPv6 地址。

    编辑服务规范,将 .spec.ipFamilyPolicySingleStack 更新为 PreferDualStack

    之前

    spec:
      ipFamilyPolicy: SingleStack
    

    之后

    spec:
      ipFamilyPolicy: PreferDualStack
    
  2. 要将服务从双栈更改为单栈,请将 .spec.ipFamilyPolicyPreferDualStackRequireDualStack 更改为 SingleStack。将此服务从双栈更改为单栈时,Kubernetes 仅保留 .spec.clusterIPs 数组中的第一个元素,并将 .spec.clusterIP 设置为该 IP 地址,并将 .spec.ipFamilies 设置为 .spec.clusterIPs 的地址族。

无头服务(无选择器)

对于 没有选择器的无头服务 并且没有明确设置 .spec.ipFamilyPolicy.spec.ipFamilyPolicy 字段默认为 RequireDualStack

服务类型 LoadBalancer

要为您的服务预配双栈负载均衡器

  • .spec.type 字段设置为 LoadBalancer
  • .spec.ipFamilyPolicy 字段设置为 PreferDualStackRequireDualStack

出口流量

如果要启用出站流量以从使用非公网可路由 IPv6 地址的 Pod 访问集群外目的地(例如公共互联网),您需要通过透明代理或 IP 伪装等机制启用 Pod 使用公网路由 IPv6 地址。 ip-masq-agent 项目支持在双栈集群上进行 IP 伪装。

Windows 支持

Windows 上的 Kubernetes 不支持单栈“仅 IPv6”网络。但是,支持单族服务 Pod 和节点的双栈 IPv4/IPv6 网络。

您可以使用 IPv4/IPv6 双栈网络与 l2bridge 网络。

您可以在 Windows 上的网络 主题中阅读有关 Windows 不同网络模式的更多信息。

下一步

上次修改时间:2024 年 6 月 12 日下午 10:06 PST: 修复 IPv4/IPv6 双栈中的引用 (5ead326713)