Herramientas de redes de pila doble IPv4/IPv6

Google Distributed Cloud admite herramientas de redes de pila doble IPv4/IPv6. Esto significa que un clúster puede aceptar tráfico de dispositivos externos que usan la versión 4 del protocolo de Internet (IPv4) o la versión 6 del protocolo de Internet (IPv6).

Las redes de pila doble asignan direcciones IPv4 e IPv6 a los Pods y nodos. Un Service de Kubernetes puede tener una dirección IPv4, IPv6 o ambas.

Todos los clústeres de pila doble usan el modo plano para IPv6. De forma predeterminada, un clúster de pila doble usa el modo isla para IPv4, pero puedes configurarlo de modo que use el modo plano para IPv4.

Para crear un clúster de pila doble, tu red subyacente debe tener habilitada la pila doble. Si tu red subyacente es una red IPv4 o IPv6 de pila única, no puedes iniciar un clúster de pila doble.

Antes de comenzar

Si los nodos del clúster ejecutan Red Hat Enterprise Linux y tienen SELinux habilitado, haz lo siguiente en cada nodo:

• En /etc/firewalld/firewalld.conf, configura IPv6_rpfilter=no.

• Ejecuta systemctl restart firewalld.

Descripción general de la creación de un clúster de pila doble

Puedes habilitar las redes de pila doble cuando creas un clúster nuevo, pero no puedes habilitar las redes de pila doble para un clúster existente.

Sigue las instrucciones en uno de los documentos sobre la creación de clústeres.

En tu archivo de configuración, incluye los manifiestos para lo siguiente:

• Un recurso de espacio de nombres
• Un recurso Cluster
• Uno o más recursos del grupo de nodos
• Uno o más recursos de ClusterCIDRConfig

Completa el manifiesto del espacio de nombres y los manifiestos del grupo de nodos como lo harías con un clúster de pila única.

En el manifiesto del clúster, en clusterNetwork.services.cidrBlocks, especifica un rango de CIDR IPv4 y uno de CIDR IPv6. Este es el criterio de habilitación para un clúster de pila doble. Es decir, si proporcionas rangos de CIDR de Service para IPv4 e IPv6, tu clúster tendrá una red de pila doble.

En el manifiesto del clúster, en clusterNetwork.pods.cidrBlocks, especifica un rango de CIDR de IPv4, pero no de uno de CIDR de IPv6. Los rangos de CIDR IPv6 para Pods se especifican en los manifiestos de ClusterCIDRConfig.

Si usas el balanceo de cargas en paquetes, proporciona las direcciones IPv4 y también IPv6 en la sección loadBalancer.addressPools del manifiesto del clúster.

Los recursos ClusterCIDRConfig se usan para especificar los rangos de CIDR IPv4 e IPv6 para los Pods. Puedes usar un solo recurso ClusterCIDRConfig para especificar rangos de CIDR que abarquen todo el clúster. Es decir, las direcciones IPv4 de Pods de todos los nodos se toman de un solo rango de CIDR, y las direcciones IPv6 de Pods de todos los nodos se toman de un solo rango de CIDR. También puedes usar varios recursos ClusterCIDRConfig para especificar los rangos de CIDR que se aplican a un grupo de nodos o a un nodo en particular.

Accesibilidad de las direcciones IP del Pod

Un clúster de pila doble usa el modo plano para redes IPv6. El ejemplo que se proporciona en este documento es para un clúster que usa redes estáticas de modo plano para IPv6. Es decir, el clúster no está configurado para usar el protocolo de puerta de enlace de frontera (BGP).

Para un clúster que usa redes estáticas de modo plano, debes especificar direcciones IP de nodo y Pod que formen parte de la misma subred. Esta configuración permite que los clientes fuera del clúster, pero en el mismo dominio de capa 2 que los nodos del clúster, envíen paquetes directamente a las direcciones IP del Pod.

Por ejemplo, supongamos que los nodos del clúster y algunas otras máquinas están todas en el mismo dominio de capa 2. A continuación, se muestra una forma de especificar rangos de direcciones:

Objetivo	Rango	Cantidad de direcciones
Todo el dominio de capa 2	fd12::/108	2^20
Pods	fd12::1:0/112	2^16
Nodos	fd12::2:0/112	2^16
Otras máquinas	fd12::3:0/112	2^16
VIP	fd12::4:0/112	2^16

En el ejemplo anterior, estos son los puntos clave que se deben comprender:

• Todas las direcciones de nodos, pods y máquinas se encuentran en un amplio rango: fd12::/108.

• Las direcciones IP del Pod se encuentran en un subconjunto del rango amplio.

• Las direcciones IP del nodo se encuentran en un subconjunto diferente del amplio rango.

• Las direcciones IP de otras máquinas se encuentran en un subconjunto diferente del gran rango.

• Todos los rangos de subconjuntos son diferentes entre sí.

En el ejemplo anterior, cada máquina en el dominio de capa 2, incluidos los nodos del clúster, debe tener una regla de reenvío para el rango grande. Por ejemplo:

inet fd12::/108 scope global eth0

Ejemplo: Crea un clúster de pila doble

Cuando creas un clúster de pila doble, tienes varias opciones. Por ejemplo, puedes tener rangos de CIDR en todo el clúster o rangos de CIDR que se aplican a grupos de nodos específicos. Podrías combinar una red IPv6 plana con una red IPv4 en modo isla. O ambas, las redes IPv4 e IPv6 pueden ser planas. Podrías usar el balanceo de cargas en paquetes o el balanceo de cargas manual.

En esta sección, se ofrece un ejemplo de cómo crear un clúster de pila doble. El clúster de este ejemplo tiene las siguientes características:

• Una red IPv4 en modo isla
• Una red IPv6 en modo plano
• Un rango de CIDR IPv4 de todo el clúster para Pods
• Un rango de CIDR IPv6 de todo el clúster para Pods
• Un rango CIDR IPv4 de todo el clúster para servicios
• Un rango de CIDR IPv6 de todo el clúster para servicios
• Un grupo de direcciones IPv4 que se usará para los servicios de tipo LoadBalancer
• Un grupo de direcciones IPv6 que se usará para los servicios de tipo LoadBalancer
• Balanceo de cargas en paquetes

Para obtener ejemplos de configuración adicionales, consulta Variaciones sobre el uso de ClusterCIDRConfig.

Completa un archivo de configuración

Sigue las instrucciones en uno de los documentos sobre la creación de clústeres.

En el archivo de configuración, en el manifiesto Cluster:

• Para clusterNetwork.pods.cidrBlocks, proporciona un solo rango de CIDR IPv4.

• En clusterNetwork.services.cidrBlocks, proporciona dos rangos de CIDR: uno para IPv4 y otro para IPv6.

• En loadBalancer.addressPools, proporciona dos rangos de direcciones: uno para IPv4 y otro para IPv6. Cuando creas un servicio de tipo LoadBalancer, las direcciones IP externas del servicio se eligen de estos rangos.

En el siguiente ejemplo, se muestran las partes relevantes de un manifiesto de clúster:

Precaución: No uses este ejemplo tal como está. Reemplaza los rangos de direcciones por valores que sean adecuados para tu red.

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"

En el mismo archivo de configuración, incluye un manifiesto para un ClusterCIDRConfig.

• Configura ipv4.cidr en el mismo rango de CIDR que proporcionaste en el manifiesto Cluster. Este es un requisito si IPv4 está en modo isla.

• Configura namespace con el mismo valor que proporcionaste en el manifiesto Cluster.

• Establece ipv6.cidr en un rango IPv6 de CIDR para Pods.

• En cada rango de CIDR, proporciona un valor para perNodeMaskSize a fin de especificar cuántas direcciones de Pods se asignarán a cada nodo. La cantidad de direcciones IPv4 asignadas a cada nodo debe ser la misma que la cantidad de direcciones IPv6 asignadas a cada nodo. Debes establecer tus valores para perNodeMaskSize según corresponda. Por ejemplo, si deseas tener 2⁸ direcciones por nodo, configura los valores de perNodeMaskSize de la siguiente manera:

  • ipv4.perNodeMaskSize: 24 # (32 - 8 = 24)
  • ipv6.perNodeMaskSize: 120 # (128 - 8 = 120)

Este es un ejemplo de un manifiesto ClusterCIDRConfig:

Precaución: No uses este ejemplo tal como está. Reemplaza los rangos de direcciones por valores que sean adecuados para tu red.

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

En el ejemplo anterior:

• El rango de CIDR del Pod IPv4 tiene 2^(32-16) = 2¹⁶ direcciones. El tamaño de la máscara por nodo es 24, por lo que la cantidad de direcciones asignadas a cada nodo es 2^(32-24) = 2⁸.

• El rango de CIDR del Pod IPv6 tiene 2 ^(128-112) = 2¹⁶ direcciones. El tamaño de la máscara por nodo es de 120, por lo que la cantidad de direcciones asignadas a cada nodo es 2^(128-120) = 2⁸.

Archivo de configuración de ejemplo

Haz clic para ver un ejemplo de un archivo de configuración completado.

Precaución: No uses este ejemplo tal como está. Reemplaza los rangos de direcciones y las rutas de acceso de claves por valores que sean adecuados para tu red.

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

Termina de crear el clúster

Termina de crear tu clúster como se describe en tu documento de creación de clúster.

Visualiza los nodos y Pods del clúster

Obtén una lista de los nodos del clúster:

kubectl --kubeconfig CLUSTER_KUBECONFIG get nodes --output yaml

Reemplaza CLUSTER_KUBECONFIG por la ruta de acceso del archivo kubeconfig del clúster.

En el resultado, puedes ver las direcciones IPv4 e IPv6 de cada nodo. También puedes ver los rangos de direcciones IPv4 e IPv6 para Pods en el nodo. Por ejemplo:

- 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

Obtén una lista de los Pods del clúster:

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

Elige un Pod y enumera los detalles. Por ejemplo:

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

En el resultado, puedes ver las direcciones IPv4 e IPv6 del Pod. Por ejemplo:

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

Variaciones sobre el uso de ClusterCIDRConfig

En el ejemplo anterior, se usó un objeto ClusterCIDRConfig para especificar rangos de CIDR del Pod de todo el clúster. Es decir, se usa un solo rango IPv4 de CIDR para todos los Pods del clúster. Y se usa un solo rango IPv6 de CIDR para todos los Pods del clúster.

En ciertas situaciones, es posible que no desees usar un solo rango de CIDR para todos los Pods de un clúster. Por ejemplo, es posible que desees especificar un rango de CIDR independiente para cada grupo de nodos o que especifiques un rango de CIDR distinto para cada nodo. Para obtener más información sobre ClusterCIDRConfig y ejemplos de uso, consulta Comprende el recurso personalizado ClusterCIDRConfig.

Por ejemplo, el siguiente ClusterCIDRConfig especifica un rango de CIDR para un grupo de nodos llamado "workers".

Precaución: No uses estos ejemplos como aparecen aquí. Reemplaza los rangos de direcciones por valores adecuados para tu red.

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"

En el siguiente ClusterCIDRConfig, se especifica un rango de CIDR para un solo nodo que tiene una dirección 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 Service de pila doble de tipo ClusterIP

A continuación, se muestra un manifiesto de 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"

Guarda el manifiesto en un archivo llamado my-deployment.yaml y crea el Deployment:

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

Reemplaza CLUSTER_KUBECONFIG por la ruta de acceso del archivo kubeconfig del clúster.

Aquí hay un manifiesto para un servicio de 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

En el contexto de este ejercicio, estos son los puntos clave que debes comprender sobre el manifiesto de Service anterior:

• El campo ipFamilyPolicy está configurado como RequireDualStack. Esto significa que las direcciones IPv6 e IPv4 ClusterIP se asignan al servicio.

• El campo ipFamilies especifica la familia IPv6 en primer lugar y la familia IPv4 en segundo lugar. Esto significa que spec.ClusterIP para el servicio será una dirección IPv6 elegida de clusterNetwork.services.cidrBlocks en el manifiesto del clúster.

Guarda el manifiesto en un archivo llamado my-cip-service.yaml y crea el Service:

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

Enumera los detalles del Service:

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

En el resultado, puedes ver las direcciones IP del clúster para el objeto Service. Por ejemplo:

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

En un nodo del clúster, llama al Service:

curl IPV4_CLUSTER_IP
curl IPV6_CLUSTER_IP

El resultado muestra el mensaje “Hello World”:

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

Crea un Service de pila doble de tipo LoadBalancer

Aquí hay un manifiesto para un servicio de 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

Guarda el manifiesto en un archivo llamado my-lb-service.yaml y crea el Service:

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

Recuerda que, en el manifiesto del clúster, especificaste un rango de direcciones IPv6 y un rango de direcciones IPv4 que se usarán para servicios de tipo LoadBalancer:

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

A tu servicio se le asignará una dirección IPv4 externa elegida del rango IPv4 y una dirección IPv6 externa elegida del rango IPv6.

Enumera los detalles del Service:

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

En el resultado, puedes ver las direcciones externas del Service. Por ejemplo:

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

Valores posibles para ipFamilyPolicy

Cuando creas un servicio de pila doble, puedes configurar ipFamilyPolicy en uno de estos valores:

• SingleStack: El controlador asigna una dirección IP de clúster al Service, que se elige del primer rango especificado en el manifiesto del clúster en clusterNetwork.services.cidrBlocks.

• PreferDualStack: El controlador asigna direcciones IP de clúster IPv4 e IPv6 para el servicio, elegidas de los rangos especificados en el manifiesto del clúster en clusterNetwork.services.cidrBlocks. Si el clúster no es de pila doble, el comportamiento es el mismo que con SingleStack.

• RequireDualStack: El controlador asigna direcciones IP de clúster IPv4 e IPv6 para el servicio, elegidas de los rangos especificados en el manifiesto del clúster en clusterNetwork.services.cidrBlocks. Establece el valor de spec.clusterIP según la primera familia de direcciones especificada en el manifiesto del Service en ipFamilies.

Más información

Si deseas obtener más información para crear servicios de pila doble, consulta Opciones de pila doble en servicios nuevos.