IPv4/IPv6 双协议栈网络能够将 IPv4 和 IPv6 地址分配给
和
。

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

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
• 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

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]

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=<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 对于 IPv4 默认为 /24，
    对于 IPv6 默认为 /64
• kube-proxy:
  • --cluster-cidr=<IPv4 CIDR>,<IPv6 CIDR>
• kubelet:
  • 当没有 --cloud-provider 时，管理员可以通过 --node-ip 来传递逗号分隔的 IP 地址，
    为该节点手动配置双栈 .status.addresses。
    如果 Pod 以 HostNetwork 模式在该节点上运行，则 Pod 会用 .status.podIPs 字段来报告它的 IP 地址。
    一个节点中的所有 podIP 都会匹配该节点的由 .status.addresses 字段定义的 IP 组。

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]）。

服务

你可以使用 IPv4 或 IPv6 地址来创建
。

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。
• 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。

.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。

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 中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]
   和[无头服务]的行为方式
   与此相同。）

1. 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。

1. 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。

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 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。

你可以通过使用 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: {}

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。

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。

   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，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：

   spec:
     ipFamilyPolicy: SingleStack

之后：

   spec:
     ipFamilyPolicy: PreferDualStack

1. 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]，
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

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。

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。

确认你的 驱动支持 IPv6。

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，仅支持单栈形式服务的双栈 IPv4/IPv6 网络是被支持的。

你可以使用 l2bridge 网络来实现 IPv4/IPv6 双栈联网。

Windows 上的 Overlay 网络不支持双栈网络。

关于 Windows 的不同网络模式，你可以进一步阅读
[Windows 上的网络]。

• [验证 IPv4/IPv6 双协议栈]网络
• [使用 kubeadm 启用双协议栈网络]