Kubernetes IPv4/IPv6 双协议栈

背景

“Kubernetes 何时支持 IPv6”

自从 k8s v1.9 版本中首次添加对 IPv6 的 alpha 支持以来，这个问题的讨论越来越频繁。虽然 Kubernetes 从 v1.18 版本开始就支持纯 IPv6 集群，但当时还无法支持 IPv4 迁移到 IPv6。 IPv4/IPv6 双协议栈网络在 Kubernetes v1.23 版本中进入正式发布（GA）阶段。

国内由于 信创 要求，无论是集群内部还是集群出口，都需要支持ipv6协议栈（技术必须支持IPv4迁移到IPv6能力）

要求

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 1.21 版本或更高版本，有关更早 Kubernetes 版本的使用双栈 Service 的信息
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CNI;

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

集群开启方式

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：
- –node-ip=<IPv4 IP>,<IPv6 IP>

集群部署方式

二进制安装Kubernetes（k8s） v1.24.1 IPv4/IPv6双栈

双栈集群对于Service和Pod变化

Service变化

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-service
  labels:
    app.kubernetes.io/name: MyApp
spec:
  ipFamilyPolicy: PreferDualStack # SingleStack, PreferDualStack, RequireDualStack
  ipFamilies:
  - IPv6
  - IPv4
  selector:
    app.kubernetes.io/name: MyApp
  ports:
    - protocol: TCP
      port: 80

单栈和双栈之间切换 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

ipFamilies 优先级问题

ipFamilies支持：

[IPv4]
[IPv6]
[IPv4, IPv6]
[IPv6, IPv4]

Array 中写在前面的，优先解析请求；

Pod 变化

env:
- name: POD_IPS
  valueFrom:
    fieldRef:
      fieldPath: status.podIPs # 双栈使用podIPs获得地址，地址以逗号分割

其他

验证 IPv4/IPv6 双协议栈

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TIPS之 Kubernetes IPv4/IPv6 双协议栈