验证 IPv4/IPv6 双协议栈

本文分享了如何验证 IPv4/IPv6 双协议栈的 Kubernetes 集群。

准备开始

• 提供程序对双协议栈网络的支持 (云供应商或其他方式必须能够为 Kubernetes 节点 提供可路由的 IPv4/IPv6 网络接口)
• 一个能够支持双协议栈的 网络插件， （如 Calico，Cilium 或 Kubenet）。
• 启用双协议栈 集群

验证寻址

验证节点寻址

每个双协议栈节点应分配一个 IPv4 块和一个 IPv6 块。 通过运行以下命令来验证是否配置了 IPv4/IPv6 Pod 地址范围。 将示例节点名称替换为集群中的有效双协议栈节点。 在此示例中，节点的名称为 k8s-linuxpool1-34450317-0：

kubectl get nodes k8s-linuxpool1-34450317-0 -o go-template --template='{{range .spec.podCIDRs}}{{printf "%s\n" .}}{{end}}'

10.244.1.0/24
a00:100::/24

应该分配一个 IPv4 块和一个 IPv6 块。

验证节点是否检测到 IPv4 和 IPv6 接口。用集群中的有效节点替换节点名称。 在此示例中，节点名称为 k8s-linuxpool1-34450317-0：

kubectl get nodes k8s-linuxpool1-34450317-0 -o go-template --template='{{range .status.addresses}}{{printf "%s: %s \n" .type .address}}{{end}}'

Hostname: k8s-linuxpool1-34450317-0
InternalIP: 10.240.0.5
InternalIP: 2001:1234:5678:9abc::5

验证 Pod 寻址

验证 Pod 已分配了 IPv4 和 IPv6 地址。用集群中的有效 Pod 替换 Pod 名称。 在此示例中，Pod 名称为 pod01：

kubectl get pods pod01 -o go-template --template='{{range .status.podIPs}}{{printf "%s \n" .ip}}{{end}}'

10.244.1.4
a00:100::4

你也可以通过 status.podIPs 使用 Downward API 验证 Pod IP。 以下代码段演示了如何通过容器内称为 MY_POD_IPS 的环境变量公开 Pod 的 IP 地址。

env:
- name: MY_POD_IPS
  valueFrom:
    fieldRef:
      fieldPath: status.podIPs

使用以下命令打印出容器内部 MY_POD_IPS 环境变量的值。 该值是一个逗号分隔的列表，与 Pod 的 IPv4 和 IPv6 地址相对应。

kubectl exec -it pod01 -- set | grep MY_POD_IPS

MY_POD_IPS=10.244.1.4,a00:100::4

Pod 的 IP 地址也将被写入容器内的 /etc/hosts 文件中。 在双栈 Pod 上执行 cat /etc/hosts 命令操作。 从输出结果中，你可以验证 Pod 的 IPv4 和 IPv6 地址。

kubectl exec -it pod01 -- cat /etc/hosts

# Kubernetes-managed hosts file.
127.0.0.1    localhost
::1    localhost ip6-localhost ip6-loopback
fe00::0    ip6-localnet
fe00::0    ip6-mcastprefix
fe00::1    ip6-allnodes
fe00::2    ip6-allrouters
10.244.1.4    pod01
a00:100::4    pod01

验证服务

创建以下未显式定义 .spec.ipFamilyPolicy 的 Service。 Kubernetes 将从首个配置的 service-cluster-ip-range 给 Service 分配集群 IP， 并将 .spec.ipFamilyPolicy 设置为 SingleStack。

service/networking/dual-stack-default-svc.yaml

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-service
  labels:
    app: MyApp
spec:
  selector:
    app: MyApp
  ports:
    - protocol: TCP
      port: 80

使用 kubectl 查看 Service 的 YAML 定义。

kubectl get svc my-service -o yaml

该 Service 通过在 kube-controller-manager 的 --service-cluster-ip-range 标志设置的第一个配置范围，将 .spec.ipFamilyPolicy 设置为 SingleStack， 将 .spec.clusterIP 设置为 IPv4 地址。

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-service
  namespace: default
spec:
  clusterIP: 10.0.217.164
  clusterIPs:
  - 10.0.217.164
  ipFamilies:
  - IPv4
  ipFamilyPolicy: SingleStack
  ports:
  - port: 80
    protocol: TCP
    targetPort: 9376
  selector:
    app: MyApp
  sessionAffinity: None
  type: ClusterIP
status:
  loadBalancer: {}

创建以下显示定义 .spec.ipFamilies 数组中的第一个元素为 IPv6 的 Service。 Kubernetes 将 service-cluster-ip-range 配置的 IPv6 地址范围给 Service 分配集群 IP， 并将 .spec.ipFamilyPolicy 设置为 SingleStack。

service/networking/dual-stack-ipfamilies-ipv6.yaml

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-service
  labels:
    app: MyApp
spec:
  ipFamilies:
  - IPv6
  selector:
    app: MyApp
  ports:
    - protocol: TCP
      port: 80

使用 kubectl 查看 Service 的 YAML 定义。

kubectl get svc my-service -o yaml

该 Service 通过在 kube-controller-manager 的 --service-cluster-ip-range 标志设置的 IPv6 地址范围，将 .spec.ipFamilyPolicy 设置为 SingleStack， 将 .spec.clusterIP 设置为 IPv6 地址。

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  labels:
    app: MyApp
  name: my-service
spec:
  clusterIP: fd00::5118
  clusterIPs:
  - fd00::5118
  ipFamilies:
  - IPv6
  ipFamilyPolicy: SingleStack
  ports:
  - port: 80
    protocol: TCP
    targetPort: 80
  selector:
    app: MyApp
  sessionAffinity: None
  type: ClusterIP
status:
  loadBalancer: {}

创建以下显式定义 .spec.ipFamilyPolicy 为 PreferDualStack 的 Service。 Kubernetes 将分配 IPv4 和 IPv6 地址（因为该集群启用了双栈）， 并根据 .spec.ipFamilies 数组中第一个元素的地址族， 从 .spec.ClusterIPs 列表中选择 .spec.ClusterIP。

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

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-service
  labels:
    app: MyApp
spec:
  ipFamilyPolicy: PreferDualStack
  selector:
    app: MyApp
  ports:
    - protocol: TCP
      port: 80

说明：

kubectl get svc 命令将仅在 CLUSTER-IP 字段中显示主 IP。

kubectl get svc -l app=MyApp

NAME         TYPE        CLUSTER-IP       EXTERNAL-IP   PORT(S)   AGE
my-service   ClusterIP   fe80:20d::d06b   <none>        80/TCP    9s

使用 kubectl describe 验证服务是否从 IPv4 和 IPv6 地址块中获取了集群 IP。 然后你就可以通过 IP 和端口，验证对服务的访问。

kubectl describe svc -l app=MyApp

Name:              my-service
Namespace:         default
Labels:            app=MyApp
Annotations:       <none>
Selector:          app=MyApp
Type:              ClusterIP
IP Family Policy:  PreferDualStack
IP Families:       IPv4,IPv6
IP:                10.0.216.242
IPs:               10.0.216.242,fd00::af55
Port:              <unset>  80/TCP
TargetPort:        9376/TCP
Endpoints:         <none>
Session Affinity:  None
Events:            <none>

创建双协议栈负载均衡服务

如果云提供商支持配置启用 IPv6 的外部负载均衡器，则创建如下 Service 时将 .spec.ipFamilyPolicy 设置为 PreferDualStack, 并将 spec.ipFamilies 字段 的第一个元素设置为 IPv6，将 type 字段设置为 LoadBalancer：

service/networking/dual-stack-prefer-ipv6-lb-svc.yaml

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-service
  labels:
    app: MyApp
spec:
  ipFamilyPolicy: PreferDualStack
  ipFamilies:
  - IPv6
  type: LoadBalancer
  selector:
    app: MyApp
  ports:
    - protocol: TCP
      port: 80

检查服务：

kubectl get svc -l app=MyApp

验证服务是否从 IPv6 地址块中接收到 CLUSTER-IP 地址以及 EXTERNAL-IP。 然后，你可以通过 IP 和端口验证对服务的访问。

NAME         TYPE           CLUSTER-IP   EXTERNAL-IP        PORT(S)        AGE
my-service   LoadBalancer   fd00::7ebc   2603:1030:805::5   80:30790/TCP   35s