--- title: IPv4/IPv6 双协议栈 feature: title: IPv4/IPv6 双协议栈 description: > 为 Pod 和 Service 分配 IPv4 和 IPv6 地址 content_type: concept weight: 70 --- {{< feature-state for_k8s_version="v1.21" state="beta" >}} IPv4/IPv6 双协议栈网络能够将 IPv4 和 IPv6 地址分配给 {{< glossary_tooltip text="Pod" term_id="pod" >}} 和 {{< glossary_tooltip text="Service" term_id="service" >}}。 从 1.21 版本开始,Kubernetes 集群默认启用 IPv4/IPv6 双协议栈网络, 以支持同时分配 IPv4 和 IPv6 地址。 ## 支持的功能 {#supported-features} 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 启用的服务 * Pod 的集群外出口通过 IPv4 和 IPv6 路由 ## 先决条件 {#prerequisites} 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 版本的使用双栈服务的信息, 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(如 Kubenet 或 Calico) ## 配置 IPv4/IPv6 双协议栈 要使用 IPv4/IPv6 双协议栈,确保为集群的相关组件启用 `IPv6DualStack` [特性门控](/zh/docs/reference/command-line-tools-reference/feature-gates/), (从 1.21 版本开始,IPv4/IPv6 双协议栈默认是被启用的)。 * 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=,` {{< note >}} 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](https://tools.ietf.org/html/rfc4193))。 从 1.21 开始 IPv4/IPv6 双协议栈默认为启用状态。 你可以在必要的时候通过为 kube-apiserver、kube-controller-manager、kubelet 和 kube-proxy 命令行设置 `--feature-gates="IPv6DualStack=false"` 来禁用 此特性。 {{< /note >}} ## 服务 你可以使用 IPv4 或 IPv6 地址来创建 {{< glossary_tooltip text="Service" term_id="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-apiserver 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`: * 为服务分配 IPv4 和 IPv6 集群 IP 地址。 (如果集群设置了 `--feature-gates="IPv6DualStack=false"`,则此设置的行为与 `SingleStack` 设置相同。) * `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` 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。 {{< note >}} `.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。 {{< /note >}} 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.ipFamilyPolicy` 为 `SingleStack`。 ([无选择算符的服务](/zh/docs/concepts/services-networking/service/#services-without-selectors) 和[无头服务](/zh/docs/concepts/services-networking/service/#headless-services)的行为方式 与此相同。) {{< codenew file="service/networking/dual-stack-default-svc.yaml" >}} 2. 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。 * 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。 {{< codenew file="service/networking/dual-stack-preferred-svc.yaml" >}} 3. 下面的服务规约显式地在 `.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。 {{< codenew file="service/networking/dual-stack-preferred-ipfamilies-svc.yaml" >}} #### 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。 (将现有集群升级到 1.21 会启用双协议栈支持,除非设置了 `--feature-gates="IPv6DualStack=false"`) 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` 为 `SingleStack` 并设置 `.spec.ipFamilies` 为服务的当前地址族。 {{< codenew file="service/networking/dual-stack-default-svc.yaml" >}} 你可以通过使用 kubectl 检查现有服务来验证此行为。 ```shell kubectl get svc my-service -o yaml ``` ```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: {} ``` 2. 在集群上启用双栈时,带有选择算符的现有 [无头服务](/zh/docs/concepts/services-networking/service/#headless-services) 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。 {{< codenew file="service/networking/dual-stack-default-svc.yaml" >}} 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。 ```shell kubectl get svc my-service -o yaml ``` ```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.ipFamilyPolicy` 从 `SingleStack` 改为 `PreferDualStack` 或 `RequireDualStack`。 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.ipFamilyPolicy` 从 `SingleStack` 改为 `PreferDualStack`。 之前: ```yaml spec: ipFamilyPolicy: SingleStack ``` 之后: ```yaml spec: ipFamilyPolicy: PreferDualStack ``` 2. 要将服务从双栈更改为单栈,请将 `.spec.ipFamilyPolicy` 从 `PreferDualStack` 或 `RequireDualStack` 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` 为 `.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](/zh/docs/concepts/services-networking/service/#without-selectors), 若没有显式设置 `.spec.ipFamilyPolicy`,则 `.spec.ipFamilyPolicy` 字段默认设置为 `RequireDualStack`。 ### LoadBalancer 类型服务 要为你的服务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` {{< note >}} 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。 {{< /note >}} ## 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](https://github.com/kubernetes-sigs/ip-masq-agent)项目 支持在双栈集群上进行 IP 伪装。 {{< note >}} 确认你的 {{< glossary_tooltip text="CNI" term_id="cni" >}} 驱动支持 IPv6。 {{< /note >}} ## {{% heading "whatsnext" %}} * [验证 IPv4/IPv6 双协议栈](/zh/docs/tasks/network/validate-dual-stack)网络 * [使用 kubeadm 启用双协议栈网络](/zh/docs/setup/production-environment/tools/kubeadm/dual-stack-support/)