IPv4/IPv6 雙棧

Kubernetes 允許你配置單棧 IPv4 網路、單棧 IPv6 網路或同時啟用兩種網路族的雙棧網路。本頁面解釋瞭如何配置。
特性狀態： Kubernetes v1.23 [stable]

IPv4/IPv6 雙棧網路允許為 Pod 和 Service 分配 IPv4 和 IPv6 地址。

從 Kubernetes 1.21 開始，IPv4/IPv6 雙棧網路在你的 Kubernetes 叢集中預設啟用，允許同時分配 IPv4 和 IPv6 地址。

支援的特性

Kubernetes 叢集上的 IPv4/IPv6 雙棧提供以下特性：

  • 雙棧 Pod 網路（每個 Pod 分配一個 IPv4 和一個 IPv6 地址）
  • 支援 IPv4 和 IPv6 的 Service
  • 透過 IPv4 和 IPv6 介面的 Pod 離叢集出口路由（例如，網際網路）

先決條件

為了利用 IPv4/IPv6 雙棧 Kubernetes 叢集，需要滿足以下先決條件：

  • Kubernetes 1.20 或更高版本

    有關在早期 Kubernetes 版本中使用雙棧服務的資訊，請參閱該 Kubernetes 版本的文件。

  • 提供商支援雙棧網路（雲提供商或其他提供商必須能夠為 Kubernetes 節點提供可路由的 IPv4/IPv6 網路介面）

  • 支援雙棧網路的網路外掛。

配置 IPv4/IPv6 雙棧

要配置 IPv4/IPv6 雙棧，請設定雙棧叢集網路分配：

  • 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 預設 IPv4 為 /24，IPv6 為 /64
  • kube-proxy
    • --cluster-cidr=<IPv4 CIDR>,<IPv6 CIDR>
  • kubelet
    • --node-ip=<IPv4 IP>,<IPv6 IP>
      • 對於裸機雙棧節點（未定義帶 --cloud-provider 標誌的雲提供商的節點），此選項是必需的。如果你正在使用雲提供商並選擇覆蓋雲提供商選擇的節點 IP，請設定 --node-ip 選項。
      • （遺留的內建雲提供商不支援雙棧 --node-ip。）

服務

你可以建立可使用 IPv4、IPv6 或兩者兼有的Service。

Service 的地址族預設為第一個 Service 叢集 IP 範圍的地址族（透過 kube-apiserver 的 --service-cluster-ip-range 標誌配置）。

定義 Service 時，你可以選擇將其配置為雙棧。要指定你想要的行為，請將 .spec.ipFamilyPolicy 欄位設定為以下值之一：

  • SingleStack：單棧服務。控制平面使用第一個配置的 Service 叢集 IP 範圍為 Service 分配一個叢集 IP。
  • PreferDualStack：當啟用雙棧時，為 Service 分配 IPv4 和 IPv6 叢集 IP。如果未啟用或不支援雙棧，則回退到單棧行為。
  • RequireDualStack：當啟用雙棧時，從 IPv4 和 IPv6 地址範圍為 Service 分配 .spec.clusterIPs。如果未啟用或不支援雙棧，Service API 物件的建立將失敗。
    • 根據 .spec.ipFamilies 陣列中第一個元素的地址族，從 .spec.clusterIPs 列表中選擇 .spec.clusterIP。

如果你想定義單棧使用哪個 IP 族，或定義雙棧的 IP 族順序，可以透過在 Service 上設定一個可選欄位 .spec.ipFamilies 來選擇地址族。

你可以將 .spec.ipFamilies 設定為以下任何陣列值：

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

你列出的第一個族用於遺留的 .spec.clusterIP 欄位。

雙棧 Service 配置場景

這些示例演示了各種雙棧 Service 配置場景的行為。

新 Service 上的雙棧選項

  1. 此 Service 規範未明確定義 .spec.ipFamilyPolicy。當你建立此 Service 時，Kubernetes 會從第一個配置的 service-cluster-ip-range 為 Service 分配一個叢集 IP，並將 .spec.ipFamilyPolicy 設定為 SingleStack。（不帶選擇器的 Service 和帶選擇器的無頭 Service 將以相同的方式執行。）

    service/networking/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

  2. 此 Service 規範在 .spec.ipFamilyPolicy 中明確定義了 PreferDualStack。當你在雙棧叢集上建立此 Service 時，Kubernetes 會為 Service 分配 IPv4 和 IPv6 地址。控制平面更新 Service 的 .spec 以記錄 IP 地址分配。.spec.clusterIPs 欄位是主欄位，包含兩個分配的 IP 地址；.spec.clusterIP 是一個輔助欄位，其值從 .spec.clusterIPs 計算得出。

    • 對於 .spec.clusterIP 欄位，控制平面記錄與第一個服務叢集 IP 範圍相同的地址族的 IP 地址。
    • 在單棧叢集上，.spec.clusterIPs 和 .spec.clusterIP 欄位都只列出一個地址。
    • 在啟用了雙棧的叢集上，在 .spec.ipFamilyPolicy 中指定 RequireDualStack 的行為與 PreferDualStack 相同。
    service/networking/dual-stack-preferred-svc.yaml 
    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 Service 規範在 .spec.ipFamilies 中明確定義了 IPv6 和 IPv4，並在 .spec.ipFamilyPolicy 中定義了 PreferDualStack。當 Kubernetes 在 .spec.clusterIPs 中分配 IPv6 和 IPv4 地址時，.spec.clusterIP 被設定為 IPv6 地址，因為它是 .spec.clusterIPs 陣列中的第一個元素，覆蓋了預設值。

    service/networking/dual-stack-preferred-ipfamilies-svc.yaml 
    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

現有 Service 上的雙棧預設值

這些示例演示了在已存在 Service 的叢集上新啟用雙棧時的預設行為。（將現有叢集升級到 1.21 或更高版本將啟用雙棧。）

  1. 當叢集上啟用雙棧時，現有 Service（無論是 IPv4 還是 IPv6）由控制平面配置，將 .spec.ipFamilyPolicy 設定為 SingleStack，並將 .spec.ipFamilies 設定為現有 Service 的地址族。現有 Service 叢集 IP 將儲存在 .spec.clusterIPs 中。

    service/networking/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

    你可以透過使用 kubectl 檢查現有服務來驗證此行為。

    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. 當叢集上啟用雙棧時，帶選擇器的現有無頭 Service 由控制平面配置，將 .spec.ipFamilyPolicy 設定為 SingleStack，並將 .spec.ipFamilies 設定為第一個服務叢集 IP 範圍的地址族（透過 kube-apiserver 的 --service-cluster-ip-range 標誌配置），即使 .spec.clusterIP 設定為 None。

    service/networking/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

    你可以透過使用 kubectl 檢查帶選擇器的現有無頭服務來驗證此行為。

    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

在單棧和雙棧之間切換 Service

Service 可以從單棧更改為雙棧，也可以從雙棧更改為單棧。

  1. 要將 Service 從單棧更改為雙棧，請根據需要將 .spec.ipFamilyPolicy 從 SingleStack 更改為 PreferDualStack 或 RequireDualStack。當你將此 Service 從單棧更改為雙棧時，Kubernetes 會分配缺少的地址族，以便 Service 現在具有 IPv4 和 IPv6 地址。

    編輯 Service 規範，將 .spec.ipFamilyPolicy 從 SingleStack 更新為 PreferDualStack。

    之前

    spec:
  ipFamilyPolicy: SingleStack

    之後

    spec:
  ipFamilyPolicy: PreferDualStack

  2. 要將 Service 從雙棧更改為單棧，請將 .spec.ipFamilyPolicy 從 PreferDualStack 或 RequireDualStack 更改為 SingleStack。當你將此 Service 從雙棧更改為單棧時，Kubernetes 只保留 .spec.clusterIPs 陣列中的第一個元素，並將 .spec.clusterIP 設定為該 IP 地址，並將 .spec.ipFamilies 設定為 .spec.clusterIPs 的地址族。

無選擇器的無頭 Service

對於無選擇器且未顯式設定 .spec.ipFamilyPolicy 的無頭 Service，.spec.ipFamilyPolicy 欄位預設為 RequireDualStack。

Service 型別 LoadBalancer

要為你的 Service 供應雙棧負載均衡器：

  • 將 .spec.type 欄位設定為 LoadBalancer
  • 將 .spec.ipFamilyPolicy 欄位設定為 PreferDualStack 或 RequireDualStack

出站流量

如果你希望啟用出站流量，以便從使用非公開可路由 IPv6 地址的 Pod 訪問叢集外部目的地（例如公共網際網路），你需要透過透明代理或 IP 偽裝等機制，使 Pod 能夠使用公開路由的 IPv6 地址。 ip-masq-agent 專案支援在雙棧叢集上進行 IP 偽裝。

Windows 支援

Kubernetes on Windows 不支援單棧“僅 IPv6”網路。但是，支援 Pod 和節點使用單族服務的雙棧 IPv4/IPv6 網路。

你可以在 l2bridge 網路中使用 IPv4/IPv6 雙棧網路。

你可以在Windows 網路主題中閱讀有關 Windows 不同網路模式的更多資訊。

下一步

上次修改時間為 2024 年 6 月 12 日太平洋標準時間上午 10:06：修復 IPv4/IPv6 雙棧中的引用 (5ead326713)