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Reti a doppio stack IPv4/IPv6

Google Distributed Cloud supporta il networking a doppio stack IPv4/IPv6. Ciò significa che un cluster può accettare traffico da dispositivi esterni che utilizzano Internet Protocol versione 4 (IPv4) o Internet Protocol versione 6 (IPv6).

Il networking a due stack assegna indirizzi IPv4 e IPv6 a pod e nodi. Un servizio Kubernetes può avere un indirizzo IPv4, un indirizzo IPv6 o entrambi.

Tutti i cluster a doppio stack utilizzano la modalità flat per IPv6. Per impostazione predefinita, un cluster a doppio stack utilizza la modalità a isola per IPv4, ma puoi configurarlo in modo che utilizzi la modalità flat per IPv4.

Per creare un cluster a doppio stack, la rete sottostante deve essere abilitata a doppio stack. Se la rete sottostante è una rete IPv4 o IPv6 a stack singolo, non puoi avviare un cluster a due stack.

Prima di iniziare

Se i nodi del cluster eseguono RedHat Enterprise Linux e hanno SELinux abilitato, su ciascun nodo:

In /etc/firewalld/firewalld.conf, imposta IPv6_rpfilter=no.
Esegui systemctl restart firewalld.

Panoramica della creazione di un cluster a doppio stack

Puoi abilitare il networking a due stack quando crei un nuovo cluster, ma non puoi abilitare il networking a due stack per un cluster esistente.

Segui le istruzioni in uno dei documenti di creazione del cluster.

Nel file di configurazione, includi manifest per:

Una risorsa spazio dei nomi
Una risorsa cluster
Una o più risorse del pool di nodi
Una o più risorse ClusterCIDRConfig

Compila il manifest dello spazio dei nomi e i manifest del pool di nodi come faresti per un cluster a stack singolo.

Nel manifest del cluster, in clusterNetwork.services.cidrBlocks, specifica un intervallo CIDR IPv4 e un intervallo CIDR IPv6. Questo è il criterio di abilitazione per un cluster a due stack. In altre parole, se fornisci intervalli CIDR del servizio sia per IPv4 che per IPv6, il cluster avrà una rete a doppio stack.

Nel file manifest del cluster, in clusterNetwork.pods.cidrBlocks, specifica un intervallo CIDR IPv4, ma non un intervallo CIDR IPv6. Gli intervalli CIDR IPv6 per i pod sono specificati nei manifest ClusterCIDRConfig.

Se utilizzi il bilanciamento del carico in bundle, fornisci sia indirizzi IPv4 sia indirizzi IPv6 nella sezione loadBalancer.addressPools del manifest del cluster.

Le risorse ClusterCIDRConfig consentono di specificare gli intervalli CIDR IPv4 e IPv6 per i pod. Puoi utilizzare una singola risorsa ClusterCIDRConfig per specificare intervalli CIDR a livello di cluster. In altre parole, gli indirizzi dei pod IPv4 per tutti i nodi vengono acquisiti da un singolo intervallo CIDR e gli indirizzi dei pod IPv6 per tutti i nodi vengono ricavati da un singolo intervallo CIDR. In alternativa, puoi utilizzare diverse risorse ClusterCIDRConfig per specificare intervalli CIDR da applicare a un determinato pool di nodi o a un nodo specifico.

Raggiungibilità per gli indirizzi IP dei pod

Un cluster a doppio stack utilizza la modalità flat per le reti IPv6. L'esempio riportato in questo documento riguarda un cluster che utilizza una rete in modalità flat statica per IPv6. Ciò significa che il cluster non è configurato per l'utilizzo del protocollo BGP (Border Gateway Protocol).

Per un cluster che utilizza una rete di rete statica in modalità flat, devi specificare gli indirizzi IP dei nodi e dei pod che fanno tutti parte della stessa subnet. Questa configurazione consente ai client esterni al cluster, ma nello stesso dominio di livello 2 dei nodi del cluster, di inviare pacchetti direttamente agli indirizzi IP dei pod.

Ad esempio, supponi che i nodi del cluster e alcune altre macchine siano tutti nello stesso dominio di livello 2. Ecco un modo per specificare gli intervalli di indirizzi:

Finalità	chiavi	Numero di indirizzi
Intero dominio di livello 2	`fd12::/108`	2²⁰
i pod	`fd12::1:0/112`	2¹⁶
Nodi	`fd12::2:0/112`	2¹⁶
Altre macchine	`fd12::3:0/112`	2¹⁶
VIP	`fd12::4:0/112`	2¹⁶

Nell'esempio precedente, questi sono i punti chiave da comprendere:

Tutti gli indirizzi di nodi, pod e macchine sono nell'intervallo ampio: fd12::/108.
Gli indirizzi IP dei pod fanno parte di un sottoinsieme dell'intervallo ampio.
Gli indirizzi IP dei nodi si trovano in un sottoinsieme diverso dell'intervallo ampio.
Gli indirizzi IP di altre macchine si trovano in un sottoinsieme diverso dell'intervallo di grandi dimensioni.
Tutti gli intervalli di sottoinsiemi sono distinti tra loro.

Nell'esempio precedente, ogni macchina nel dominio di livello 2, inclusi i nodi del cluster, deve avere una regola di forwarding per l'intervallo ampio. Ad esempio:

inet fd12::/108 scope global eth0

Esempio: creare un cluster a doppio stack

Quando crei un cluster a due stack, hai a disposizione varie opzioni. Ad esempio, potresti avere intervalli CIDR a livello di cluster o potresti avere intervalli CIDR applicabili a determinati pool di nodi. Potresti combinare una rete piatta IPv6 con una rete in modalità isola IPv4. Oppure entrambe le reti IPv4 e IPv6 potrebbero essere piatte. Potresti utilizzare il bilanciamento del carico in bundle o manuale.

Questa sezione fornisce un esempio di come creare un cluster a doppio stack. Il cluster in questo esempio ha le seguenti caratteristiche:

Una rete IPv4 in modalità isola
Una rete IPv6 in modalità flat
Un intervallo CIDR IPv4 a livello di cluster per i pod
Un intervallo CIDR IPv6 a livello di cluster per i pod
Un intervallo CIDR IPv4 a livello di cluster per i servizi
Un intervallo CIDR IPv6 a livello di cluster per i servizi
Un pool di indirizzi IPv4 da utilizzare per i servizi di tipo LoadBalancer
Un pool di indirizzi IPv6 da utilizzare per i servizi di tipo LoadBalancer
Bilanciamento del carico in bundle

Per ulteriori esempi di configurazione, consulta Variazioni sull'utilizzo di ClusterCIDRConfig.

Compila un file di configurazione

Segui le istruzioni in uno dei documenti di creazione del cluster.

Nel file di configurazione, nel file manifest Cluster:

Per clusterNetwork.pods.cidrBlocks, fornisci un singolo intervallo CIDR IPv4.
Per clusterNetwork.services.cidrBlocks, fornisci due intervalli CIDR: uno per IPv4 e uno per IPv6.
Per loadBalancer.addressPools, fornisci due intervalli di indirizzi: uno per IPv4 e uno per IPv6. Quando crei un servizio di tipo LoadBalancer, gli indirizzi IP esterni del servizio vengono scelti da questi intervalli.

Ecco un esempio che mostra le parti pertinenti di un manifest del cluster:

apiVersion: baremetal.cluster.gke.io/v1
kind: Cluster
metadata:
  name: "dual-stack"
  namespace: "cluster-dual-stack"

spec:
  clusterNetwork:
    pods:
      cidrBlocks:
      - "192.168.0.0/16"
    services
      cidrBlocks:
       - "172.16.0.0/20"
       - "fd12::5:0/116"
...
  loadBalancer:
    mode: "bundled"
    ...
    addressPools:
    - name: "pool-1"
      addresses:
       - "10.2.0.212-10.2.0.221"
       - "fd12::4:101-fd12::4:110"

Nello stesso file di configurazione, includi un manifest per un ClusterCIDRConfig.

Imposta ipv4.cidr sullo stesso intervallo CIDR fornito nel file manifest Cluster. Questo è un requisito se IPv4 è in modalità isola.
Imposta namespace sullo stesso valore fornito nel file manifest Cluster.
Imposta ipv6.cidr su un intervallo CIDR IPv6 per i pod.
Per ogni intervallo CIDR, fornisci un valore per perNodeMaskSize in modo da specificare quanti indirizzi dei pod verranno assegnati a ciascun nodo. Il numero di indirizzi IPv4 assegnati a ciascun nodo deve essere uguale al numero di indirizzi IPv6 assegnati a ciascun nodo. Devi impostare i valori per perNodeMaskSize di conseguenza. Ad esempio, se vuoi 2⁸ indirizzi per nodo, imposta i tuoi valori perNodeMaskSize come segue:
- ipv4.perNodeMaskSize: 24 # (32 - 8 = 24)
- ipv6.perNodeMaskSize: 120 # (128 - 8 = 120)

Ecco un esempio di manifest ClusterCIDRConfig:

apiVersion: baremetal.cluster.gke.io/v1alpha1
kind: ClusterCIDRConfig
metadata:
  name: "cluster-wide-ranges"
  namespace: "cluster-dual-stack"  # Must be the same as the Cluster namespace.
spec:
  ipv4:
    cidr: "192.168.0.0/16"  #  For island mode, must be the same as the Cluster CIDR.
    perNodeMaskSize: 24
  ipv6:
    cidr: "fd12::1:0/112"
    perNodeMaskSize: 120

Nell'esempio precedente:

L'intervallo CIDR dei pod IPv4 ha 2^(32-16) = 2¹⁶ indirizzi. La dimensione della maschera per nodo è 24, quindi il numero di indirizzi assegnati a ciascun nodo è 2^(32-24) = 2⁸.
L'intervallo CIDR dei pod IPv6 ha 2^(128-112) = 2¹⁶ indirizzi. La dimensione della maschera per nodo è 120, quindi il numero di indirizzi assegnati a ciascun nodo è 2^(128-120) = 2⁸.

File di configurazione di esempio

Fai clic per visualizzare un esempio di file di configurazione completato.

Attenzione: non utilizzare questo esempio così com'è. Sostituisci gli intervalli di indirizzi e i percorsi delle chiavi con valori appropriati per la tua rete.

gcrKeyPath: "bmctl-workspace/.sa-keys/gcr.json"
sshPrivateKeyPath: "/home/me/.ssh/id_rsa"
gkeConnectAgentServiceAccountKeyPath: "bmctl-workspace/.sa-keys/bm-connect.json"
gkeConnectRegisterServiceAccountKeyPath: "bmctl-workspace/.sa-keys/bm-register.json"
cloudOperationsServiceAccountKeyPath: "bmctl-workspace/.sa-keys/bm-cloud-ops.json"
---
apiVersion: v1
kind: Namespace
metadata:
  name: "cluster-dual-stack"
---
apiVersion: baremetal.cluster.gke.io/v1
kind: Cluster
metadata:
  name: "dual-stack"
  namespace: "cluster-dual-stack"
spec:
  type: "user"
  anthosBareMetalVersion: "1.14.0"
  gkeConnect:
    projectID: "my-project"
  controlPlane:
    nodePoolSpec:
      nodes:
      - address: "10.2.0.4"
  clusterNetwork:
    pods:
      cidrBlocks:
      - "192.168.0.0/16"
    services:
      cidrBlocks:
       - "172.16.0.0/20"
       - "fd12::5:0/116"
  loadBalancer:
    mode: "bundled"
    ports:
      controlPlaneLBPort: 443
    vips:
      controlPlaneVIP: "10.2.0.211
      ingressVIP: "10.2.0.212"
    addressPools:
    - name: "pool-1"
      addresses:
      - "10.2.0.212-10.2.0.221"
      - "fd12::4:101-fd12::4:110
  clusterOperations:
    projectID: "my-project"
    location: "us-central1"
  storage:
    lvpNodeMounts:
      path: "/mnt/localpv-disk"
      storageClassName: "node-disk"
    lvpShare:
      numPVUnderSharedPath: 5
      path: "/mnt/localpv-share"
      storageClassName: "local-shared"
  nodeConfig:
    podDensity:
      maxPodsPerNode: 110
---
apiVersion: baremetal.cluster.gke.io/v1
kind: NodePool
metadata:
  name: "pool-1"
  namespace: "cluster-dual-stack"
spec:
  clusterName: "dual-stack"
  nodes:
  - address: "10.2.0.5"
---
apiVersion: baremetal.cluster.gke.io/v1alpha1
kind: ClusterCIDRConfig
metadata:
  name: "cluster-wide-ranges"
  namespace: "cluster-dual-stack"
spec:
  ipv4:
    cidr: "192.168.0.0/16"
    perNodeMaskSize: 24
  ipv6:
    cidr: "fd12::1:0/112"
    perNodeMaskSize: 120

Completa la creazione del cluster

Completa la creazione del cluster come descritto nel documento sulla creazione del cluster.

Visualizza nodi e pod del cluster

Elenca i nodi del cluster:

kubectl --kubeconfig CLUSTER_KUBECONFIG get nodes --output yaml

Sostituisci CLUSTER_KUBECONFIG con il percorso del file kubeconfig del tuo cluster.

Nell'output, puoi vedere gli indirizzi IPv4 e IPv6 di ciascun nodo. Puoi anche vedere gli intervalli di indirizzi IPv4 e IPv6 per i pod sul nodo. Ad esempio:

- apiVersion: v1
  kind: Node
  ...
  spec:
    podCIDR: 192.168.1.0/24
    podCIDRs:
    - 192.168.1.0/24
    - fd12::1:100/120
    providerID: baremetal://10.2.0.5
  status:
    addresses:
    - address: 10.2.0.5
      type: InternalIP
    - address: fd12::2:5
      type: InternalIP

Elenca i pod presenti nel cluster:

kubectl --kubeconfig CLUSTER_KUBECONFIG get pods --all-namespaces

Scegli un pod ed elenca i dettagli. Ad esempio:

kubectl --kubeconfig CLUSTER_KUBECONFIG get pod gke-metrics-agent-b9qrv \
  --namespace kube-system \
  -- output yaml

Nell'output, puoi vedere gli indirizzi IPv4 e IPv6 del pod. Ad esempio:

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  ...
  name: gke-metrics-agent-b9qrv
  namespace: kube-system
...
status:
  ...
  podIPs:
  - ip: 192.168.1.146
  - ip: fd12::1:11a

Varianti sull'utilizzo di ClusterCIDRConfig

L'esempio precedente utilizzava un oggetto ClusterCIDRConfig per specificare intervalli CIDR per pod a livello di cluster. In altre parole, viene utilizzato un singolo intervallo CIDR IPv4 per tutti i pod nel cluster. Inoltre, per tutti i pod nel cluster viene utilizzato un singolo intervallo CIDR IPv6.

In alcune situazioni, potresti non voler utilizzare un singolo intervallo CIDR per tutti i pod in un cluster. Ad esempio, potresti voler specificare un intervallo CIDR separato per ogni pool di nodi oppure un intervallo CIDR separato per ogni nodo. Per maggiori informazioni su ClusterCIDRConfig ed esempi sul suo utilizzo, consulta Comprendere la risorsa personalizzata ClusterCIDRConfig.

Ad esempio, ClusterCIDRConfig seguente specifica un intervallo CIDR per un pool di nodi denominato "workers".

apiVersion: baremetal.cluster.gke.io/v1alpha1
kind: ClusterCIDRConfig
metadata:
  name: "worker-pool-ccc"
  namespace: "cluster-dual-stack"
spec:
  ipv4:
    cidr: "192.168.0.0/16"
    perNodeMaskSize: 24
  ipv6:
    cidr: "fd12::1:0/112"
    perNodeMaskSize: 120
  nodeSelector:
    matchLabels:
      baremetal.cluster.gke.io/node-pool: "workers"

Il seguente elemento ClusterCIDRConfig specifica un intervallo CIDR per un singolo nodo con indirizzo IP 10.2.0.5:

apiVersion: baremetal.cluster.gke.io/v1alpha1
kind: ClusterCIDRConfig
metadata:
  name: "range-node1"
  namespace: "cluster-dual-stack"
spec:
  ipv4:
    cidr: "192.168.1.0/24"
    perNodeMaskSize: 24
  ipv6:
    cidr: "fd12::1:0/120"
    perNodeMaskSize: 120
  nodeSelector:
    matchLabels:
      baremetal.cluster.gke.io/k8s-ip: "10.2.0.5"

Crea un servizio a doppio stack di tipo `ClusterIP`

Ecco un manifest per un deployment:

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: "my-deployment"
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: "try-dual-stack"
  replicas: 3
  template:
    metadata:
      labels:
        app: "try-dual-stack"
    spec:
      containers:
      - name: "hello"
        image: "us-docker.pkg.dev/google-samples/containers/gke/hello-app:2.0"

Salva il manifest in un file denominato my-deployment.yaml e crea il deployment:

kubectl --kubeconfig CLUSTER_KUBECONFIG apply -f my-deployment.yaml

Sostituisci CLUSTER_KUBECONFIG con il percorso del file kubeconfig del tuo cluster.

Di seguito è riportato il file manifest per un servizio di tipo ClusterIP:

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: "my-service"
spec:
  selector:
    app: "try-dual-stack"
  type: "ClusterIP"
  ipFamilyPolicy: "RequireDualStack"
  ipFamilies:
  - "IPv6"
  - "IPv4"
  ports:
  - port: 80
    targetPort: 8080

Nel contesto di questa esercizio, questi sono i punti chiave da comprendere sul precedente manifest del servizio:

Il campo ipFamilyPolicy è impostato su RequireDualStack, ciò significa che gli indirizzi ClusterIP IPv6 e IPv4 sono allocati al servizio.
Il campo ipFamilies specifica prima la famiglia IPv6 e la seconda famiglia IPv4. Ciò significa che spec.ClusterIP per il servizio sarà un indirizzo IPv6 scelto da clusterNetwork.services.cidrBlocks nel manifest del cluster.

Salva il manifest in un file denominato my-cip-service.yaml e crea il servizio:

kubectl --kubeconfig CLUSTER_KUBECONFIG apply -f my-cip-service.yaml

Elenca i dettagli del servizio:

kubectl --kubeconfig CLUSTER_KUBECONFIG get service my-service --output yaml

Nell'output puoi vedere gli indirizzi IP del cluster per il servizio. Ad esempio:

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-service
  …
spec:
  clusterIP: fd12::5:9af
  clusterIPs:
  - fd12::5:9af
  - 172.16.12.197

Su un nodo cluster, chiama il servizio:

curl IPV4_CLUSTER_IP
curl IPV6_CLUSTER_IP

L'output visualizza un messaggio "Hello world":

Hello, world!
Version: 2.0.0
Hostname: my-deployment-xxx

Crea un servizio a doppio stack di tipo `LoadBalancer`

Di seguito è riportato il file manifest per un servizio di tipo LoadBalancer:

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: "my-lb-service"
spec:
  selector:
    app: "try-dual-stack"
  type: "LoadBalancer"
  ipFamilyPolicy: "RequireDualStack"
  ipFamilies:
  - "IPv6"
  - "IPv4"
  ports:
  - port: 80
    targetPort: 8080

Salva il manifest in un file denominato my-lb-service.yaml e crea il servizio:

kubectl --kubeconfig CLUSTER_KUBECONFIG apply -f my-lb-service.yaml

Ricorda che, nel manifest del cluster, hai specificato un intervallo di indirizzi IPv6 e un intervallo di indirizzi IPv4 da utilizzare per i servizi di tipo LoadBalancer:

  loadBalancer:
    mode: "bundled"
    ...
    addressPools:
    - name: "pool-1"
      addresses:
      - "10.2.0.112-10.2.0.221"
      - "fd12::4:101-fd12::4:110"

Al servizio verrà assegnato un indirizzo IPv4 esterno scelto dall'intervallo IPv4 e un indirizzo IPv6 esterno scelto dall'intervallo IPv6.

Elenca i dettagli del servizio:

kubectl --kubeconfig CLUSTER_KUBECONFIG get service my-lb-service --output yaml

Nell'output puoi vedere gli indirizzi esterni del servizio. Ad esempio:

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-lb-service
...
status:
  loadBalancer:
    ingress:
    - ip: 10.2.0.213
    - ip: fd12::4:101

Valori possibili per `ipFamilyPolicy`

Quando crei un servizio a doppio stack, puoi impostare ipFamilyPolicy su uno dei seguenti valori:

SingleStack: il controller alloca un indirizzo IP del cluster per il servizio, scelto dal primo intervallo specificato nel manifest del cluster in clusterNetwork.services.cidrBlocks.
PreferDualStack: il controller alloca gli indirizzi IP del cluster IPv4 e IPv6 per il servizio, scelti tra gli intervalli specificati nel manifest del cluster in clusterNetwork.services.cidrBlocks. Se il cluster non è un cluster a doppio stack, il comportamento è lo stesso di SingleStack.
RequireDualStack: il controller alloca gli indirizzi IP dei cluster IPv4 e IPv6 per il servizio, scelti tra gli intervalli specificati nel file manifest del cluster in clusterNetwork.services.cidrBlocks. Imposta il valore di spec.clusterIP in base alla prima famiglia di indirizzi specificata nel manifest del servizio in ipFamilies.

Ulteriori informazioni

Per ulteriori informazioni su come creare servizi a doppio stack, consulta Opzioni di dual stack sui nuovi servizi.

Reti a doppio stack IPv4/IPv6

Prima di iniziare

Panoramica della creazione di un cluster a doppio stack

Raggiungibilità per gli indirizzi IP dei pod

Esempio: creare un cluster a doppio stack

Compila un file di configurazione

File di configurazione di esempio

Completa la creazione del cluster

Visualizza nodi e pod del cluster

Varianti sull'utilizzo di ClusterCIDRConfig

Crea un servizio a doppio stack di tipo ClusterIP

Crea un servizio a doppio stack di tipo LoadBalancer

Valori possibili per ipFamilyPolicy

Ulteriori informazioni

Crea un servizio a doppio stack di tipo `ClusterIP`

Crea un servizio a doppio stack di tipo `LoadBalancer`

Valori possibili per `ipFamilyPolicy`