IP 寻址选项 IPv4 和 IPv6

1. 简介

Google Cloud 中的 IP 地址选项

IP 地址有助于识别网络和网络中的主机。IP 地址类型包括 IPv4 和 IPv6。这些地址应具有唯一性，以便网络上的流量能够识别数据包交换的来源和目标。IP 地址并非 Google Cloud 独有，在云环境和本地环境中都存在。

Virtual Private Cloud (VPC)

VPC 是传统数据中心的逻辑表示形式。除了默认 VPC 和自动模式 VPC 之外，Google Cloud 还允许您创建自定义 VPC。借助这些自定义 VPC，您可以完全管理 VPC 配置。

负载均衡器

借助负载平衡器，您可以跨应用的多个实例分配流量。Google Cloud 提供了多种负载平衡器类型，如负载均衡文档中所列。在本实验中，我们将创建一个全球外部应用负载平衡器来访问我们的简单网站。

Cloud NAT

这样，您的私有子网便可与互联网通信。其工作原理是将您的内部 IP 地址转换为公共 IP 地址，以连接到外部主机。然后，NAT 网关会对来自外部来源的返回流量进行反向转换，以使用专用寻址将流量返回给客户端。连接以出站方式发起。

虚拟机

这些是运行操作系统的虚拟系统。这些组件可以根据用户要求进行配置，包括内存、存储空间、网络和操作系统组件。

构建内容

在此 Codelab 中，您将创建两个自定义 VPC，并启用和配置 IPv4 和 IPv6 地址类型（内部和外部）。您还将在具有专用 IP 地址的虚拟机上构建一个简单的 nginx 服务器，使用外部应用负载平衡器公开该服务器，并使用 IPv4 和 IPv6 地址连接到该服务器：

创建两个自定义 VPC 并添加一些防火墙规则
创建单栈 IPv4 子网和双栈 IPv4_IPv6 子网
为子网中的专用资源创建 NAT 网关，以便获取更新
使用 MIG 创建专用虚拟机 Apache 服务器
通过具有静态 IPv4 和 IPv6 地址的应用负载平衡器公开专用虚拟机服务器
创建外部 IPv4、IPv6 客户端
从客户端连接到 IPv4 和 IPv6 应用负载平衡器地址

学习内容

如何创建自定义 VPC
如何在子网上启用 IPv6
如何设置防火墙规则
如何创建 NAT 网关
如何创建托管式实例组
如何创建 IPv4、IPv6 客户端
如何创建静态 IP 地址
如何创建应用负载平衡器

此 Codelab 重点介绍 IP 地址，还会专门使用虚拟机和负载平衡器。

所需条件

用于连接到 Google Cloud 控制台的网络浏览器
能够创建 VPC 和防火墙规则
能够使用 SSH
Google Cloud 账号

2. 准备工作

实验设置

自定进度的环境设置

项目名称是此项目参与者的显示名称。它是 Google API 尚未使用的字符串。您可以随时对其进行更新。
项目 ID 在所有 Google Cloud 项目中是唯一的，并且是不可变的（一经设置便无法更改）。Cloud 控制台会自动生成一个唯一字符串；通常情况下，您无需关注该字符串。在大多数 Codelab 中，您都需要引用项目 ID（通常用 PROJECT_ID 标识）。如果您不喜欢生成的 ID，可以再随机生成一个 ID。或者，您也可以尝试自己的项目 ID，看看是否可用。完成此步骤后便无法更改该 ID，并且此 ID 在项目期间会一直保留。
此外，还有第三个值，即部分 API 使用的项目编号，供您参考。如需详细了解所有这三个值，请参阅文档。

接下来，您需要在 Cloud 控制台中启用结算功能，以便使用 Cloud 资源/API。运行此 Codelab 应该不会产生太多的费用（如果有的话）。若要关闭资源以避免产生超出本教程范围的结算费用，您可以删除自己创建的资源或删除项目。Google Cloud 新用户符合参与 300 美元免费试用计划的条件。

启动 Cloud Shell

虽然可以通过笔记本电脑对 Google Cloud 进行远程操作，但在此 Codelab 中，您将使用 Google Cloud Shell，这是一个在云端运行的命令行环境。

在 Google Cloud 控制台中，点击右上角工具栏中的 Cloud Shell 图标：

预配和连接到环境应该只需要片刻时间。完成后，您应该会看到如下内容：

这个虚拟机已加载了您需要的所有开发工具。它提供了一个持久的 5 GB 主目录，并且在 Google Cloud 中运行，大大增强了网络性能和身份验证功能。您在此 Codelab 中的所有工作都可以在浏览器中完成。您无需安装任何程序。

3. 配置自定义 VPC

为什么要使用自定义 VPC？

在本实验中，我们将添加一些防火墙规则，包括针对 IPv6 流量的规则，最好将这些规则与默认网络分开。此外，我们还将在子网上启用 IPv6。其中一项要求是，必须在自定义模式网络中启用此功能。不支持在自动模式网络中自动创建子网。

设置具有内部 IPv6 的自定义 VPC

在“网络”下，选择“VPC 网络”
从顶部选择创建 VPC 网络

在“创建 VPC 网络”部分中，添加以下内容：
为网络输入名称 ipv4-ipv6-network
在 VPC 网络 ULA 内部 IPv6 范围部分，选择已启用
在分配 ULA 内部 IPv6 范围部分中，选择自动
为子网创建模式选择自定义。
在新子网部分，为子网指定以下配置参数：

配置	值
名称	ipv4
区域	europe-west1
IP 栈类型	IPv4（单栈）
IPv4 范围	192.168.10.0/24
创建次要 IPv4 范围	选择
子网范围名称 1	ipv4-sec
次要 IPv4 范围 1	10.0.10.0/24

选择完成

我们将添加另一个子网并启用 IPv6。如需添加其他子网，请选择“添加子网”。在新子网部分，为子网指定以下配置参数：

在子网的名称字段中，输入 ipv6net
在区域部分，选择 us-central1
对于 IP 栈类型，请选择 IPv4 和 IPv6（双栈）
输入 IPv4 范围，使用 192.168.20.0/24
在 IPv6 访问权限类型字段中，选择内部
选择完成

在防火墙规则部分中，选择以下内容

在“IPv4 防火墙规则”标签页上，选择所有可用选项：allow-custom（用于内部通信）、allow-icmp、allow-rdp、allow-ssh。
在“IPv6 防火墙规则”标签页上，选择所有可用选项：allow-ipv6-custom（用于内部通信）、allow-ipv6-icmp、allow-ipv6-rdp、allow-ipv6-ssh。
这些选项会自动为新子网创建匹配规则。

在动态路由模式部分中，为 VPC 网络选择全局。如需了解详情，请参阅动态路由模式。稍后，您可以更改动态路由模式。
对于最大传输单元 (MTU)，请选择 1460。
点击创建。

设置具有外部 IPv6 的自定义 VPC

在“网络”下，选择“VPC 网络”
从顶部选择创建 VPC 网络
在“创建 VPC 网络”部分中，添加以下内容：
输入网络的名称，即 external-ipv6-network
在 VPC 网络 ULA 内部 IPv6 范围部分，选择已启用
在分配 ULA 内部 IPv6 范围部分中，选择自动
为子网创建模式选择自定义。
在新子网部分，为子网指定以下配置参数：

在子网的名称中，输入 ipv6-external
对于区域，选择 us-east1
对于 IP 栈类型，请选择 IPv4 和 IPv6（双栈）
输入 IPv4 范围，使用 192.168.200.0/24
对于 IPv6 访问权限类型，选择外部
选择完成

在防火墙规则部分中，选择以下内容

在“IPv4 防火墙规则”标签页上，选择所有可用选项：allow-custom（用于内部通信）、allow-icmp、allow-rdp、allow-ssh。
在“IPv6 防火墙规则”标签页上，选择所有可用选项：allow-ipv6-custom（用于内部通信）、allow-ipv6-icmp、allow-ipv6-rdp、allow-ipv6-ssh。在本实验中，我们将使用此选项在新子网中自动创建匹配规则。

在动态路由模式部分中，为 VPC 网络选择全局。如需了解详情，请参阅动态路由模式。稍后，您可以更改动态路由模式。
对于最大传输单元 (MTU)，请选择 1460。
点击创建。

验证防火墙规则

防火墙规则控制功能可让您拒绝流向服务的流量。

如需验证规则是否存在，请执行以下操作：

前往 VPC 网络
在左侧面板中，选择“防火墙”

查看显示区域，确保您看到为新创建的网络设置的防火墙规则。向右滚动，找到“网络”列，然后向下滚动。您应该会在防火墙规则的网络列中看到您创建的网络名称。在本例中，为 ipv4-ipv6-network 和 external-ipv6-network。该名称在项目中必须是唯一的。
接下来，我们将创建一个新的防火墙规则以允许健康检查
如果 Cloud Run 尚未打开，请选择顶部栏中的激活 Cloud Shell ( ) 以打开 Cloud Run。Cloud Shell 会话随即会打开，并显示命令行提示。确保您位于正确的项目中，然后粘贴以下代码。

gcloud compute firewall-rules create ipv4-ipv6-hc \
--direction=INGRESS \
--network=ipv4-ipv6-network \
--action=ALLOW \
--rules=tcp:80,tcp:8080,tcp:443 \
--source-ranges=35.191.0.0/16,130.211.0.0/22,209.85.152.0/22,209.85.204.0/22 \
--target-tags=ipv6-server

完成后，验证您是否看到附加到 ipv4-ipv6-network 的防火墙规则 ipv6-ipv4-hc 的条目

4. 配置 NAT 网关

前往网络服务
选择 Cloud NAT，然后选择开始使用

网关名称使用 ipv4-ipv6-nat
网络选择 ipv4-ipv6-network
在“区域”部分，选择 us-central1
Cloud Router 选择“创建新路由器”
在“创建路由器”页面上，配置以下内容：

名称 ipv4-ipv6-nat-router
将所有其他设置保留为默认值，然后选择创建

返回创建 Cloud NAT 网关 页面，将其他选项保留原样，然后选择创建

5. 在私有 VPC 中配置实例

创建实例模板私有 VPC

打开 Cloud Shell。
如果您有多个项目，请验证您是否位于正确的项目中
复制并粘贴以下内容

gcloud compute instance-templates create ipv6-internal-server \
--region=us-central1 \
--network-interface=subnet=ipv6net,no-address,stack-type=IPV4_IPV6 \
--machine-type=n1-standard-1 \
--metadata=^,@^startup-script=\#\!/bin/bash$'\n'\#\ package\ updates\ \ \ \ \ \ $'\n'apt\ update\ -y$'\n'apt\ install\ nginx\ -y$'\n'systemctl\ start\ nginx$'\n'systemctl\ enable\ nginx$'\n'systemctl\ status\ nginx\ \|\ grep\ Active$'\n'chown\ -R\ \$USER:\$USER\ /var/www$'\n'cd\ /var/www/html/$'\n'echo\ \'\<\!DOCTYPE\ html\>\'\ \>\ /var/www/html/index.html$'\n'echo\ \'\<html\>\'\ \>\>\ /var/www/html/index.html$'\n'echo\ \'\<head\>\'\ \>\>\ /var/www/html/index.html$'\n'echo\ \'\<title\>Awesome\ web\ app\</title\>\'\ \>\>\ /var/www/html/index.html$'\n'echo\ \'\<meta\ charset=\"UTF-8\"\>\'\ \>\>\ /var/www/html/index.html$'\n'echo\ \'\</head\>\'\ \>\>\ /var/www/html/index.html$'\n'echo\ \'\<body\>\'\ \>\>\ /var/www/html/index.html$'\n'echo\ \'\<h1\>IPv6\ server\</h1\>\'\ \>\>\ /var/www/html/index.html$'\n'echo\ \'\<h3\>You\ are\ successful\</h3\>\'\ \>\>\ /var/www/html/index.html$'\n'echo\ \'\</body\>\'\ \>\>\ /var/www/html/index.html$'\n'echo\ \'\</html\>\'\ \>\>\ /var/www/html/index.html$'\n'  --tags=ipv6-server,http-server,https-server \
--create-disk=auto-delete=yes,boot=yes,device-name=ipv6-internal-server,image=projects/debian-cloud/global/images/debian-11-bullseye-v20230306,mode=rw,size=20,type=pd-balanced

前往 Compute Engine
选择实例模板
在实例模板窗口中，确保您看到刚刚创建的模板
点击模板名称，然后向下滚动以查看配置。

在网络接口下，确保您看到堆栈类型为 IPv4 和 IPv6

在私有 VPC 中创建实例组

前往 Compute Engine
选择展开实例组
选择健康检查

选择创建健康检查
在创建健康检查页面上，使用以下内容：

名称使用 ipv6-server-hc
协议 TCP 端口 80
滚动到“运行状况判断标准”部分
检查间隔 10，超时时间 5
运行状况良好判断阈值 2，运行状况不佳判断阈值 4

滚动到末尾，然后选择创建
前往 Compute Engine
选择实例组
选择创建实例组
选择新建托管式实例组（有状态）
名称使用 ipv6-server-igp
对于实例模板，请使用 ipv6-internal-server
对于实例数，请使用 2
对于位置，请使用单个地区，并确保区域为 us-central1
在自动修复下，向下滚动：

健康检查使用 ipv6-server-hc
对于初始延迟时间，输入 120
将所有其他设置保留为默认值，然后选择创建

创建实例组需要几分钟才能完成

验证实例组和虚拟机

实例组创建完成后，我们来验证一下

前往 Compute Engine，然后选择实例组
选择您刚刚创建的实例组的名称 ipv6-server-igp
确保您看到以下内容：

实例（按状态划分）2 个实例（如果尚未显示健康状况良好，请稍等片刻，以便运行所有健康检查）
实例（按健康状况划分）健康状况为 100%

接下来，我们直接跳到此实例组中的虚拟机，并进行一些测试

选择虚拟机实例，您应该会看到两个名称以 ipv6-server-igp 开头的虚拟机
在内部 IP 列中，您应该会看到 IPV4 和 IPV6 地址。记下每个服务器的这两个地址。
选择第一个虚拟机旁边的“SSH”。这样即可直接打开与服务器的 SSH 会话。
在 SSH 窗口中，输入 curl localhost。您应该会收到来自虚拟机上运行的 Web 服务器的响应，其中显示了如下所示的 HTML：

接下来，输入 ip addr 以显示地址信息。验证 exxx 接口是否具有与您在第 6 步中记录的此虚拟机的 IPv4 和 IPv6 地址相同的地址
从该虚拟机对第二个虚拟机的 IPv4 地址执行 ping -c 4 XXXX，然后使用第二个虚拟机的 IPv6 地址执行相同的操作。

<可选> 您可以通过 SSH 连接到第二个虚拟机并进行相同的测试。尝试 ping 虚拟机 1 的 IPv4 和 IPv6 地址。

在专用 VPC 中创建仅限 IPv4 的独立实例

前往 Compute Engine
选择虚拟机实例，然后选择创建实例
按如下方式填写配置页面：

名称使用 ipv4-only
在“区域”部分，选择 europe-west1

向下滚动，展开“高级选项”，然后展开“网络”。现在，请使用以下内容：在网络接口下

选择“默认”旁边的下拉箭头，即可查看修改界面选项

对于网络更改为 ipv4-ipv6-network

子网 ipv4
外部 IPv4 地址选择无
选择完成

滚动到末尾，然后选择创建
创建虚拟机需要几分钟时间。此虚拟机位于仅限 IPv4 的子网中，未分配外部 IP 地址。如需验证，请前往“虚拟机实例”页面，找到名为 ipv4-only 的虚拟机
选择 SSH 以通过 SSH 连接到名为 ipv4-only 的虚拟机
对之前创建的任何以 ipv6-server-igp 开头的虚拟机的专用 IPv4 地址执行 ping -c 4 X.X.X.X。您可以成功 ping 这些虚拟机的内部 IPv4 地址。

6. 在专用 VPC 中创建具有 IPv4 和 IPv6 地址的应用负载平衡器

创建两个静态外部 IP

前往 VPC 网络
选择 IP 地址，然后选择预留外部静态地址
对于 IPv4 地址，请使用以下命令：

名称 ipv4-lb-ip
IP 版本 IPv4
类型 Global
滚动到末尾，然后选择预留

对于 IPv6 地址，请重复执行第 2 步，并使用以下命令：

名称 ipv6-lb-ip
IP 版本 IPv6
类型 Global
滚动到末尾，然后选择预留

记录这些 IP 地址。您将需要它们来测试最后一部分中的连接。

创建外部应用 LB

前往网络服务
选择创建负载平衡器
在负载平衡器的类型下，选择应用负载平衡器 (HTTP/HTTPS)，然后点击下一步
在公共或内部下，选择公共（外部），然后点击下一步
在全球或单区域部署下，选择最适合全球性工作负载，然后点击下一步。
在负载平衡器世代下，选择全球外部应用负载平衡器，然后点击下一步。
选择配置
在顶部的创建全球外部应用负载平衡器下，使用名称 ipv4-ipv6-lb-demo
接下来，选择“前端配置”，然后使用以下内容：

名称 ipv4-fe-lb
协议 HTTP
IP 版本 IPv4
IP 地址：选择 ipv4-lb-ip 以分配我们创建的静态外部 IPv4 IP
端口 80
选择“完成”

在前端下，我们来配置 IPv6 附件，选择添加前端 IP 和端口：

名称 ipv6-fe-lb
协议 HTTP
IP 版本 IPv6
IP 地址：选择 ipv6-lb-ip 以分配我们创建的静态外部 IPv6 IP
端口 80
选择“完成”

在右侧窗格中选择后端配置，然后在后端服务和后端存储分区下选择创建后端服务，并使用以下内容：

名称 server-backend
后端类型：实例组
协议 HTTP
实例组 ipv6-server-igp
端口号 80、8080
取消选中“启用 Cloud CDN”

健康检查选择 ipv6-server-hc
滚动到末尾，然后选择“创建”
然后选择“确定”图标

滚动到页面底部，然后选择“创建”。完成后，您应该会看到以下内容

点击新负载平衡器的名称，然后在前端下记下 IPv4 和 IPv6 地址。您需要在最后一次测试中使用这些信息。

7. 创建具有外部和内部 IPv4 及 IPv6 地址的单个实例

创建具有外部 IPv4 和 IPv6 地址的独立实例

前往 Compute Engine
选择虚拟机实例，然后选择创建实例
按如下方式填写配置页面：

名称使用 external-ipv4-ipv6
选择 us-east1 区域

向下滚动，展开“高级选项”，然后展开“网络”。现在，请使用以下内容：

在“网络接口”下，选择网络 external-ipv6-network
子网 ipv6-external
IP 栈类型 IPv4 和 IPv6（双栈）
外部 IPv4 地址选择临时
选择完成

滚动到末尾，然后选择创建
创建虚拟机需要几分钟时间。此虚拟机位于具有外部 IPv6 地址访问权限的 IPv4_IPv6 子网中。如需验证，请前往“虚拟机实例”页面，找到名为 external-ipv4-ipv6 的虚拟机
选择 SSH 选项，以通过 SSH 连接到 external-ipv4-ipv6 虚拟机
输入 ip addr 以检查分配给虚拟机的 IPv4 和 IPv6 地址
前往 ipv4-ipv6-lb-demo 的 IPv4 地址
在 external-ipv4-ipv6 虚拟机 SSH 会话中，输入 curl X.X.X.X，其中 X.X.X.X 是 ipv4-ipv6-lb-demo 负载平衡器的 IPv4 地址。您应该会看到在 ipv4-ipv6-network 中的服务器上运行的网站的 HTML
在 external-ipv4-ipv6 虚拟机 SSH 会话类型 curl [X:X:X:X]:80 中，其中 X:X:X:X 是 ipv4-ipv6-lb-demo 负载平衡器的 IPv6 地址。它应类似于 curl [2600:1901:X:XXXX::]:80 您应该会看到在 ipv4-ipv6-network 中的服务器上运行的网站的 HTML

8. 清理

如需清理项目，您可以运行以下命令。

gcloud compute instances delete external-ipv4-ipv6 --zone=us-east1-b --quiet
gcloud compute instances delete ipv4-only --zone=europe-west1-b --quiet

gcloud compute forwarding-rules delete ipv4-fe-lb --global --quiet
gcloud compute forwarding-rules delete ipv6-fe-lb --global --quiet
gcloud compute target-http-proxies delete ipv4-ipv6-lb-demo-target-proxy --quiet
gcloud compute target-http-proxies delete ipv4-ipv6-lb-demo-target-proxy-2 --quiet
gcloud compute url-maps delete ipv4-ipv6-lb-demo --quiet
gcloud compute backend-services delete server-backend --global --quiet

gcloud compute addresses delete ipv4-lb-ip --global --quiet
gcloud compute addresses delete ipv6-lp-ip --global --quiet


gcloud compute instance-groups managed delete ipv6-server-igp --zone us-central1-a --quiet

gcloud compute instance-templates delete "ipv6-internal-server" --quiet

gcloud compute health-checks delete ipv6-server-hc --quiet

gcloud compute routers nats delete ipv4-ipv6-nat --router=ipv4-ipv6-nat-router --region=us-central1 --quiet

gcloud compute routers delete ipv4-ipv6-nat-router --region=us-central1 --quiet

gcloud compute firewall-rules delete external-ipv6-network-allow-ipv6-custom external-ipv6-network-allow-ipv6-ssh external-ipv6-network-allow-rdp external-ipv6-network-allow-ipv6-rdp external-ipv6-network-allow-ssh external-ipv6-network-allow-ipv6-icmp external-ipv6-network-allow-custom external-ipv6-network-allow-icmp --quiet


gcloud compute firewall-rules delete ipv4-ipv6-hc ipv4-ipv6-network-allow-custom ipv4-ipv6-network-allow-ipv6-icmp ipv4-ipv6-network-allow-icmp ipv4-ipv6-network-allow-ssh ipv4-ipv6-network-allow-rdp ipv4-ipv6-network-allow-ipv6-ssh ipv4-ipv6-network-allow-ipv6-rdp ipv4-ipv6-network-allow-ipv6-custom --quiet

gcloud compute networks subnets delete ipv4 --region=europe-west1 --quiet
gcloud compute networks subnets delete ipv6net --region=us-central1 --quiet
gcloud compute networks subnets delete ipv6-external --region=us-east1 --quiet

gcloud compute networks delete external-ipv6-network --quiet
gcloud compute networks delete ipv4-ipv6-network --quiet