IPv4/IPv6 雙堆疊

Kubernetes 允許您設定單堆疊 IPv4 網路、單堆疊 IPv6 網路，或是同時啟用兩種網路家族的雙堆疊網路。本頁面說明其作法。
功能狀態： Kubernetes v1.23 [穩定]

IPv4/IPv6 雙堆疊網路功能允許將 IPv4 和 IPv6 位址分配給 Pod 與 Service。

從 1.21 版本開始，您的 Kubernetes 叢集預設啟用 IPv4/IPv6 雙堆疊網路，允許同時分配 IPv4 和 IPv6 位址。

支援的特性

Kubernetes 叢集上的 IPv4/IPv6 雙堆疊提供以下功能：

  • 雙堆疊 Pod 網路（每個 Pod 分配一個 IPv4 和一個 IPv6 位址）
  • 支援 IPv4 和 IPv6 的 Service
  • 透過 IPv4 和 IPv6 介面進行 Pod 叢集外流出路由（例如存取網際網路）

先決條件

使用 IPv4/IPv6 雙堆疊 Kubernetes 叢集需要滿足以下先決條件：

  • Kubernetes 1.20 或更高版本

    有關在較早的 Kubernetes 版本中使用雙堆疊服務的資訊，請參閱該版本的 Kubernetes 文件。

  • 供應商對雙堆疊網路的支援（雲端供應商或其他平台必須能夠為 Kubernetes 節點提供可路由的 IPv4/IPv6 網路介面）

  • 支援雙堆疊網路的網路外掛程式。

設定 IPv4/IPv6 雙堆疊

若要設定 IPv4/IPv6 雙堆疊，請設定雙堆疊叢集網路分配參數：

  • 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 的預設值分別為 IPv4 的 /24 和 IPv6 的 /64
  • kube-proxy
    • --cluster-cidr=<IPv4 CIDR>,<IPv6 CIDR>
  • kubelet
    • --node-ip=<IPv4 IP>,<IPv6 IP>
      • 此選項對於裸機雙堆疊節點（未透過 --cloud-provider 旗標定義雲端供應商的節點）是必需的。如果您正在使用雲端供應商並選擇覆寫由該供應商選擇的節點 IP，請設定 --node-ip 選項。
      • （舊版的內建雲端供應商不支援雙堆疊 --node-ip。）

注意

IPv4 CIDR 範例：10.244.0.0/16（您應使用自己的位址範圍）

IPv6 CIDR 範例：fdXY:IJKL:MNOP:15::/64（此處僅顯示格式，並非有效位址 - 請參閱 RFC 4193）

服務

您可以建立可使用 IPv4、IPv6 或兩者皆使用的Service。

Service 的位址家族預設為第一個服務叢集 IP 範圍的位址家族（透過 kube-apiserver 的 --service-cluster-ip-range 旗標進行設定）。

定義 Service 時，您可以選擇將其設定為雙堆疊。若要指定所需的行為，請將 .spec.ipFamilyPolicy 欄位設為下列其中一個值：

  • SingleStack：單堆疊服務。控制平面會使用第一個設定的服務叢集 IP 範圍為該 Service 分配一個叢集 IP。
  • PreferDualStack：當啟用雙堆疊時，為該 Service 分配 IPv4 和 IPv6 叢集 IP。如果未啟用或不支援雙堆疊，則回退到單堆疊行為。
  • RequireDualStack：當啟用雙堆疊時，從 IPv4 和 IPv6 位址範圍中分配 Service 的 .spec.clusterIPs。如果未啟用或不支援雙堆疊，則 Service API 物件建立會失敗。
    • 根據 .spec.ipFamilies 陣列中第一個元素的位址家族，從 .spec.clusterIPs 列表中選取 .spec.clusterIP。

如果您想定義單堆疊使用的 IP 家族，或是定義雙堆疊的 IP 家族順序，可以透過設定 Service 上的選用欄位 .spec.ipFamilies 來選擇位址家族。

注意

.spec.ipFamilies 欄位是有條件可變更的：您可以新增或移除次要 IP 位址家族，但不能變更現有 Service 的主要 IP 位址家族。

您可以將 .spec.ipFamilies 設定為以下任何陣列值：

  • ["IPv4"]
  • ["IPv6"]
  • ["IPv4","IPv6"]（雙堆疊）
  • ["IPv6","IPv4"]（雙堆疊）

您列出的第一個家族會用於舊版的 .spec.clusterIP 欄位。

雙堆疊 Service 設定場景

這些範例展示了各種雙堆疊 Service 設定場景的行為。

新 Service 上的雙堆疊選項

  1. 此 Service 規格未明確定義 .spec.ipFamilyPolicy。當您建立此 Service 時，Kubernetes 會從第一個設定的 service-cluster-ip-range 中為該 Service 指派一個叢集 IP，並將 .spec.ipFamilyPolicy 設定為 SingleStack。（無選取器的 Service 和具有選取器的 headless Service 也會有相同的行為。）

    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 規格明確在 .spec.ipFamilyPolicy 中定義了 PreferDualStack。當您在雙堆疊叢集上建立此 Service 時，Kubernetes 會為該服務指派 IPv4 和 IPv6 位址。控制平面會更新 Service 的 .spec 以記錄 IP 位址分配。.spec.clusterIPs 欄位是主要欄位，包含兩個分配的 IP 位址；.spec.clusterIP 是次要欄位，其值由 .spec.clusterIPs 計算得出。

    • 對於 .spec.clusterIP 欄位，控制平面會記錄與第一個服務叢集 IP 範圍具有相同位址家族的 IP 位址。
    • 在單堆疊叢集上，.spec.clusterIPs 和 .spec.clusterIP 欄位都只會列出一個位址。
    • 在啟用了雙堆疊的叢集上，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 規格在 .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 中指派 IPv6 和 IPv4 位址時，.spec.clusterIP 會設定為 IPv6 位址，因為它是 .spec.clusterIPs 陣列中的第一個元素，這覆寫了預設值。

    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 的雙堆疊預設值

這些範例展示了當叢集中已經存在 Service 時，若新啟用雙堆疊功能，會發生什麼預設行為。（將現有叢集升級至 1.21 或更高版本會啟用雙堆疊。）

  1. 當叢集啟用雙堆疊時，控制平面會將現有的 Service（無論是 IPv4 還是 IPv6）配置為將 .spec.ipFamilyPolicy 設定為 SingleStack，並將 .spec.ipFamilies 設定為現有 Service 的位址家族。現有的 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

    您可以使用 kubectl 檢查現有的服務來驗證此行為。

    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. 當叢集啟用雙堆疊時，即使 .spec.clusterIP 設定為 None，具有選取器的現有 headless Service 也會被控制平面配置為將 .spec.ipFamilyPolicy 設定為 SingleStack，並將 .spec.ipFamilies 設定為第一個服務叢集 IP 範圍的位址家族（透過 kube-apiserver 的 --service-cluster-ip-range 旗標進行設定）。

    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

    您可以使用 kubectl 檢查具有選取器的現有 headless service 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

在單堆疊和雙堆疊之間切換 Service

Service 可以從單堆疊變更為雙堆疊，也可以從雙堆疊變更為單堆疊。

  1. 若要將 Service 從單堆疊變更為雙堆疊，請根據需要將 .spec.ipFamilyPolicy 從 SingleStack 變更為 PreferDualStack 或 RequireDualStack。當您將此 Service 從單堆疊變更為雙堆疊時，Kubernetes 會指派缺少的位址家族，以便該 Service 現在同時擁有 IPv4 和 IPv6 位址。

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

    變更前

    spec:
  ipFamilyPolicy: SingleStack

    變更後

    spec:
  ipFamilyPolicy: PreferDualStack

  2. 若要將 Service 從雙堆疊變更為單堆疊，請將 .spec.ipFamilyPolicy 從 PreferDualStack 或 RequireDualStack 變更為 SingleStack。當您將此 Service 從雙堆疊變更為單堆疊時，Kubernetes 只會保留 .spec.clusterIPs 陣列中的第一個元素，並將 .spec.clusterIP 設定為該 IP 位址，並將 .spec.ipFamilies 設定為 .spec.clusterIPs 的位址家族。

無選取器 (Selector) 的 Headless Service

對於無選取器的 Headless Service 且未明確設定 .spec.ipFamilyPolicy 的情況，.spec.ipFamilyPolicy 欄位預設為 RequireDualStack。

LoadBalancer 類型的 Service

若要為您的 Service 配置雙堆疊負載平衡器：

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

注意

若要使用雙堆疊 LoadBalancer 類型的 Service，您的雲端供應商必須支援 IPv4 和 IPv6 負載平衡器。

流出 (Egress) 流量

如果您想啟用流出流量，以便從使用非公開可路由 IPv6 位址的 Pod 到達叢集外目的地（例如公用網際網路），您需要透過透明代理 (transparent proxying) 或 IP 偽裝 (IP masquerading) 等機制，讓 Pod 能夠使用公開路由的 IPv6 位址。ip-masq-agent 專案支援在雙堆疊叢集上進行 IP 偽裝。

注意

確保您的 CNI 供應商支援 IPv6。

Windows 支援

Windows 上的 Kubernetes 不支援單堆疊「僅 IPv6」網路。但是，支援用於 Pod 和節點的雙堆疊 IPv4/IPv6 網路，但服務仍採用單一家族。

您可以在 l2bridge 網路中使用 IPv4/IPv6 雙堆疊網路。

注意

Windows 上的覆蓋 (Overlay, VXLAN) 網路不支援雙堆疊網路。

您可以在Windows 網路主題中閱讀更多關於 Windows 不同網路模式的資訊。

接下來


最後修改於 2024 年 6 月 12 日上午 10:06 (PST)：修正 IPv4/IPv6 雙堆疊中的參考 (5ead326713)