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Kubernetes 文档 / 概念 / 服务、负载均衡和联网 / IPv4/IPv6 双协议栈

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1. 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 Service
• Pod 的集群外出口通过 IPv4 和 IPv6 路由

  2. 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 Service 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。

    3. 配置 IPv4/IPv6 双协议栈

    如果配置 IPv4/IPv6 双栈，请分配双栈集群网络：

    • kube-apiserver：
      • –service-cluster-ip-range=,
      • kube-controller-manager：
        • –cluster-cidr=,
        • –service-cluster-ip-range=,
        • –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=,
          • kubelet：
            • –node-ip=,

              4. Service

              你可以使用 IPv4 或 IPv6 地址来创建 Service。

              Service 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 Service 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 Service。控制面使用第一个配置的服务集群 IP 范围为 Service 分配集群 IP。

              • PreferDualStack：启用双栈时，为 Service 同时分配 IPv4 和 IPv6 集群 IP 地址。 如果双栈未被启用或不被支持，则会返回到单栈行为。

              • RequireDualStack：启用双栈时，同时从 IPv4 和 IPv6 的地址范围中分配 Service 的 .spec.ClusterIPs。 如果双栈未被启用或不被支持，则 Service API 对象创建失败。

                • 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

                  说明：

                  .spec.ipFamilies 字段修改是有条件的：你可以添加或删除第二个 IP 地址族， 但你不能更改现有 Service 的主要 IP 地址族。

                  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。

                    4.1 双栈 Service 配置场景

                    4.1.1 新 Service 的双栈选项

                    1. 此 Service 规约中没有显式设定 .spec.ipFamilyPolicy。当你创建此 Service 时，Kubernetes 从所配置的第一个 service-cluster-ip-range 中为 Service 分配一个集群 IP，并设置 .spec.ipFamilyPolicy 为 SingleStack。

                    2. 此 Service 规约显式地将 .spec.ipFamilyPolicy 设置为 PreferDualStack。 当你在双栈集群上创建此 Service 时，Kubernetes 会为此 Service 分配 IPv4 和 IPv6 地址。 控制平面更新 Service 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。
                      1. 下面的 Service 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。

                      4.1.2 现有 Service 的双栈默认值

                      下面示例演示了在 Service 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 或者更高版本会启用双协议栈支持。）

                      1. 在集群上启用双栈时，控制面会将现有 Service（无论是 IPv4 还是 IPv6）配置 .spec.ipFamilyPolicy 为 SingleStack 并设置 .spec.ipFamilies 为 Service 的当前地址族。

                         dual-stack-default-svc.yaml.

                      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
                      

                      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.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。

                      4.1.3 在单栈和双栈之间切换 Service

                      Service 可以从单栈更改为双栈，也可以从双栈更改为单栈。

                      1. 要将 Service 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 Service 从单栈更改为双栈时，Kubernetes 将分配缺失的地址族， 以便现在此 Service具有 IPv4 和 IPv6 地址。 编辑 Service 规约将 .spec.ipFamilyPolicy 从 SingleStack 改为 PreferDualStack。

                      2. 要将 Service 从双栈更改为单栈，请将 .spec.ipFamilyPolicy 从 PreferDualStack 或 RequireDualStack 改为 SingleStack。 当你将此 Service 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。

                      4.2 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。

                      4.3 LoadBalancer 类型 Service

                      要为你的 Service 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

                        说明：

                        为了使用双栈的负载均衡器类型 Service，你的云驱动必须支持 IPv4 和 IPv6 的负载均衡器

                        5. 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。

                        6. Windows 支持

                        Windows 上的 Kubernetes 不支持单栈“仅 IPv6” 网络。 然而， 对于 Pod 和节点而言，仅支持单栈形式 Service 的双栈 IPv4/IPv6 网络是被支持的。