Nginx详解 五：反向代理

1. 正向代理和反向代理

1.1 正向代理概述

1.1.1 什么是正向代理

正向代理代理的是客户端

正向代理是一个位于客户端和目标服务器之间的代理服务器（中间服务器）。为了从目标服务器取得内容，客户端向代理服务器发送一个请求，并且指定目标服务器，之后代理向目标服务器转发请求，将获得的内容返回给客户端

1.1.2 正向代理的作用

• 为在防火墙内的局域网客户端提供访问Internet的途径
• 可以使用缓冲特性减少网络使用率
• 访问受地理位置限制的网络
• 使用代理后会隐藏真实的IP地址

1.1.3 正向代理的基本格式

server {
    listen 192.168.67.100:80;
    server_name ....;#客户端访问的域名

    location / {
      proxy_pass http://目标服务器地址;
    }
  }

1.2 反向代理概述

1.2.1 什么是反向代理

反向代理代理的是服务端

反向代理：（reverse proxy），指的是代理外网用户的请求到内部的指定的服务器，并将数据返回给用户的一种方式
客户端不直接与后端服务器进行通信，而是与反向代理服务器进行通信,隐藏了后端服务器的 IP 地址

1.2.2 反向代理可实现的功能

反向代理的主要作用是提供负载均衡和高可用性。

负载均衡：Nginx可以将传入的请求分发给多个后端服务器，以平衡服务器的负载，提高系统性能和可靠性。

缓存功能：Nginx可以缓存静态文件或动态页面，减轻服务器的负载，提高响应速度。

动静分离：将动态生成的内容（如 PHP、Python、Node.js 等）和静态资源（如 HTML、CSS、JavaScript、图片、视频等）分别存放在不同的服务器或路径上。

多站点代理：Nginx可以代理多个域名或虚拟主机，将不同的请求转发到不同的后端服务器上，实现多个站点的共享端口。

1.2.3 反向代理的可用模块

ngx_http_proxy_module： #将客户端的请求以http协议转发至指定服务器进行处理

ngx_http_upstream_module #用于定义为proxy_pass,fastcgi_pass,uwsgi_pass等指令引用的后端服务器分组

ngx_stream_proxy_module：#将客户端的请求以tcp协议转发至指定服务器处理

ngx_http_fastcgi_module：#将客户端对php的请求以fastcgi协议转发至指定服务器助理

ngx_http_uwsgi_module： #将客户端对Python的请求以uwsgi协议转发至指定服务器处理

2. 配置反向代理

#官方文档：https://nginx.org/en/docs/http/ngx_http_proxy_module.html#proxy_pass 

2.1 反向代理配置参数

2.1.1 proxy_pass

proxy_pass 地址：端口的方式 ;  
#用来设置将客户端请求转发给的后端服务器的主机，可以是主机名(将转发至后端服务做为主机头首部)、IP
#也可以代理到预先设置的主机群组，需要模块ngx_http_upstream_module支持

proxy_pass http://10.0.0.18:8080; 
#8080后面无uri,即无 / 符号,需要将location后面url 附加到proxy_pass指定的url后面,此行为类似于root
#proxy_pass指定的uri不带斜线将访问的/web,等于访问后端服务器

proxy_pass http://10.0.0.18:8080/;   
#8080后面有uri,即有 / 符号,相当于置换,即访问/web时实际返回proxy_pass后面uri内容.此行为类似于alias 
#proxy_pass指定的uri带斜线，等于访问后端服务器的http://10.0.0.18:8080/index.html 内容返回给客户端

#如果location定义其uri时使用了正则表达式模式(包括~,~*,但不包括^~)，则proxy_pass之后必须不能使用uri; 即不能有/ ,用户请求时传递的uri将直接附加至后端服务器之后

2.1.2 其他参数

proxy_hide_header field;
#用于nginx作为反向代理的时候，在返回给客户端http响应时，隐藏后端服务器相应头部的信息，可以设置proxy_hide_header field;

proxy_pass_header field;
#默认nginx在响应报文中不传递后端服务器的首部字段Date, Server, X-Pad, X-Accel等参数，如果要传递的话则要使用 proxy_pass_header field声明将后端服务器返回的值传递给客户端

#field 首部字段大小不敏感
#示例:透传后端服务器的Server和Date首部给客户端,同时不再响应报中显示前端服务器的Server字段
proxy_pass_header Server;
proxy_pass_header Date;


proxy_pass_request_body on | off; 
#是否向后端服务器发送HTTP实体部分,可以设置在http,server或location块，默认即为开启


proxy_pass_request_headers on | off; 
#是否将客户端的请求头部转发给后端服务器，可以设置在http,server或location块，默认即为开启

3. 示例

3.1 反向代理单台web服务器

所需配置

#代理服务器
vim /apps/nginx/conf.d/pc.conf
#编辑子配置文件
server{
        listen 192.168.67.100:80;
        server_name  www.pc.com;
        root    /apps/nginx/html/pc;
     location  / {
        proxy_pass http://192.168.67.101;
}

}
nginx -t
nginx -s reload
#重新加载

#真实服务端
yum  install   httpd  -y #安装服务

cd  /var/www/html
echo   "Hi~"  > index.html #主页内容

systemctl start httpd #开启服务

vim /etc/hosts
#添加地址映射

192.168.67.100 www.pc.com

#客户机

vim  /etc/hosts
192.168.67.100  www.pc.com

测试

客户机访问代理服务器

 curl 192.168.67.100

3.2 指定主机实现反向代理动静分离

因为nginx无法处理动态资源，所以要动静分离。

所需配置

#代理服务器

vim /apps/nginx/conf.d/pc.conf
#编辑子配置文件

  location  /api {
        proxy_pass http://192.168.67.101;
}

     location  /static {
        proxy_pass http://192.168.67.103;
}
nginx -t
nginx -s reload
#重新加载

#动态资源服务器

#关闭防火墙和selinux
systemctl stop firewalld
setenforce 0

#安装nginx服务
yum install -y epel-release
yum install nginx -y 

systemctl start nginx 

#创建动态资源目录
cd /usr/share/nginx/html

mkdir api
echo this is api > ./api/index.html

#静态资源服务器

#关闭防火墙和selinux
systemctl stop firewalld 
setenforce 0

#安装服务
yum install -y epel-release 
yum install nginx -y 
systemctl start nginx 

#创建静态资源目录
cd /usr/share/nginx/html
mkdir static
echo this is static > ./static/index.html

测试

#客户机
#关闭防火墙和selinux
systemctl stop firewalld 
setenforce 0

#动态资源
curl 192.168.67.100/api -L

#静态资源
curl 192.168.67.100/static -L

3.3 缓存功能

反向代理可以缓存静态资源。

当客户端再次请求访问相同资源时，反向代理可以直接返回缓存中的响应，无需二次请求，减少对后端服务器的请求压力，并加快响应速度。

proxy_cache zone_name | off; 默认off
#指明调用的缓存，或关闭缓存机制;Context:http, server, location
#zone_name 表示缓存的名称.需要由proxy_cache_path事先定义

proxy_cache_key string;
#缓存中用于“键”的内容，默认值：proxy_cache_key $scheme$proxy_host$request_uri;

proxy_cache_valid [code ...] time;
#定义对特定响应码的响应内容的缓存时长，定义在http{...}中
 示例:
 proxy_cache_valid 200 302 10m;
 proxy_cache_valid 404 1m;
 

 
proxy_cache_path;
#定义可用于proxy功能的缓存;Context:http   必须放在http语句中
proxy_cache_path path [levels=levels] [use_temp_path=on|off] 
keys_zone=zone_name:size [inactive=time] [max_size=size] [manager_files=number] 
[manager_sleep=time] [manager_threshold=time] [loader_files=number] 
[loader_sleep=time] [loader_threshold=time] [purger=on|off] 
[purger_files=number] [purger_sleep=time] [purger_threshold=time];


#示例：在http配置定义缓存信息
   proxy_cache_path /var/cache/nginx/proxy_cache #定义缓存保存路径，proxy_cache会自动创建
   levels=1:2:2 #定义缓存目录结构层次，1:2:2可以生成2^4x2^8x2^8=2^20=1048576个目录
   keys_zone=proxycache:20m #指内存中缓存的大小，主要用于存放key和metadata（如：使用次数）,一般1M可存放8000个左右的key
   inactive=120s  #缓存有效时间  
   max_size=10g; #最大磁盘占用空间，磁盘存入文件内容的缓存空间最大值
   
   
#调用缓存功能，需要定义在相应的配置段，如server{...};或者location等
proxy_cache proxycache;
proxy_cache_key $request_uri; #对指定的数据进行MD5的运算做为缓存的key
proxy_cache_valid 200 302 301 10m; #指定的状态码返回的数据缓存多长时间
proxy_cache_valid any 1m;   #除指定的状态码返回的数据以外的缓存多长时间,必须设置,否则不会缓存


proxy_cache_use_stale error | timeout | invalid_header | updating | http_500 | http_502 | http_503 | http_504 | http_403 | http_404 | off ; #默认是off
#在被代理的后端服务器出现哪种情况下，可直接使用过期的缓存响应客户端

#示例
proxy_cache_use_stale error http_502 http_503;


proxy_cache_methods GET | HEAD | POST ...;
#对哪些客户端请求方法对应的响应进行缓存，GET和HEAD方法总是被缓存

proxy_cache_path /data/nginx/proyxcache   levels=1:1:1 keys_zone=proxycache:20m inactive=120s max_size=1g;


http  语句
1:1:1  16个二进制     2^16/2^16/2^16       2^48


server {
   listen 80;
   proxy_cache proxycache;
   proxy_cache_key $request_uri;
   #proxy_cache_key $host$uri$is_args$args;
   proxy_cache_valid 200 302 301 10m;
   proxy_cache_valid any 5m;
   server_name www.kgc.com;
   root /data/nginx/pc;
  location / {
  root /data/nginx/pc;
  }
  location /api {
  proxy_pass http://192.168.91.101:9527;
  }
  location ~* \.(jpg|png|gif|html)$ {
  proxy_pass http://192.168.91.102;
  }

}

清理缓存

方法1: rm -rf 缓存目录
方法2: 第三方扩展模块ngx_cache_purge

3.4 实现反向代理客户端IP透传

3.4.1 基本原理

反向代理客户端IP透传是指在使用反向代理服务器时，将客户端的真实IP地址传递给后端服务器。

这可以通过一些特定的 如X-Forwarded-For 等HTTP 头字段来实现 头字段。

当请求经过反向代理服务器时，代理服务器会将客户端的真实IP地址添加到 XFF 头字段中，然后转发给后端服务器。

3.4.2 一级代理

所需配置

#代理服务器

vim /apps/nginx/conf.d/pc.conf
#编辑子配置文件
server{
        listen 192.168.67.100:80;
        server_name  www.pc.com;
        root    /apps/nginx/html/pc;
     location  / {
        proxy_pass http://192.168.67.101;
        proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
}

}

######
`$proxy_add_x_forwarded_for` 是一个 nginx 变量，用于获取客户端的真实 IP 地址并将其添加到请求中的 `X-Forwarded-For` 头字段中，后端服务器可以通过检查该头字段来获取请求的真实客户端 IP 地址。

#后端服务器

#关闭防火墙和selinux
systemctl stop firewalld
setenforce 0

#安装服务
yum install -y epel-release #依赖
yum install nginx -y 
systemctl start nginx 

测试

#客户端
curl 192.168.67.100

#后端服务器
cat /var/log/nginx/access.log |tail -f -n2

3.4.3 多级代理

所需配置

#一级代理服务器

#编辑子配置文件
vim /apps/nginx/conf.d/pc.conf
#反向代理指向二级代理服务器的IP

nginx -t
nginx -s reload
#重新加载

#yum安装nginx
yum install -y epel-release 
yum install nginx -y 

systemctl start nginx 

vi /etc/nginx/nginx.conf
#编辑主配置文件

server {
location / {
proxy_pass http://192.168.67.102;
proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
}
}

systemctl restart nginx
#重新加载

#后端服务器

#关闭防火墙和selinux
systemctl stop firewalld
setenforce 0

#安装nginx服务
yum install -y epel-release 
yum install nginx -y 
systemctl start nginx 

测试

#客户端，访问代理服务器
curl 192.168.2.100

#后端服务器，查看日志
cat /var/log/nginx/access.log | tail -n -1

3.5 实现反向代理负载均衡

Nginx 可以基于ngx_http_upstream_module模块提供服务器分组转发、权重分配、状态监测、调度算法等高级功能

#官方文档：
https://nginx.org/en/docs/http/ngx_http_up

3.5.1 基本原理

NGINX的负载均衡原理是基于反向代理和事件驱动的机制。
当客户端发送请求时，NGINX作为反向代理服务器接收请求，并根据配置的负载均衡算法将请求转发到后端的多个服务器上，实现负载均衡。

3.5.2 常见配置参数

server address [parameters];
#配置一个后端web服务器，配置在upstream内，至少要有一个server服务器配置。
#server支持的parameters如下：

weight=number #设置权重，默认为1,实现类似于LVS中的WRR,WLC等

max_conns=number  #给当前后端server设置最大活动链接数，默认为0表示没有限制

max_fails=number  #后端服务器的下线条件,当客户端访问时,对本次调度选中的后端服务器连续进行检测多少次,如果都失败就标记为不可用,默认为1次,当客户端访问时,才会利用TCP触发对探测后端服务器健康性检查,而非周期性的探测

fail_timeout=time #后端服务器的上线条件,对已经检测到处于不可用的后端服务器,每隔此时间间隔再次进行检测是否恢复可用，如果发现可用,则将后端服务器参与调度,默认为10秒

sorry server   #自己不能转自己
down    #标记为down状态
resolve #当server定义的是主机名的时候，当A记录发生变化会自动应用新IP而不用重启Nginx

backup  #设置为备份服务器，当所有后端服务器不可用时,才会启用此备用服务器

upstream backend {
    server backend1.example.com;
    server backend2.example.com backup;
    server backend3.example.com;
}

3.5.2 调度算法

3.5.2.1 轮询（Round Robin）

每个请求按时间顺序逐一分配到不同的后端服务，如果后端某台服务器死机，自动剔除故障系统，使用户访问不受影响。

#示例
upstream bakend {  
    server 192.168.67.1;    
    server 192.168.67.2;  
}

3.5.2.2 轮询权值（Weighted Round Robin）

weight的值越大分配到的访问概率越高，主要用于后端每台服务器性能不均衡的情况下。或者仅仅为在主从的情况下设置不同的权值，达到合理有效的地利用主机资源。

指定轮询几率，weight和访问比率成正比，用于后端服务器性能不均的情况。

#示例
upstream bakend {  
    server 192.168.67.1 weight=10;  
    server 192.168.67.2 weight=20;  
}

3.5.2.3 ip_hash

每个请求按访问IP的哈希结果分配，使来自同一个IP的访客固定访问一台后端服务器，并且可以有效解决动态网页存在的session共享问题。

每个请求按访问ip的hash结果分配，这样每个访客固定访问一个后端服务器，可以解决session的问题。

#示例
upstream bakend {  
    ip_hash;  
    server 192.168.67.1:88;  
    server 192.168.67.2:80;  
} 

3.5.2.4 fair（第三方）

比 weight、ip_hash更加智能的负载均衡算法，fair算法可以根据页面大小和加载时间长短智能地进行负载均衡，也就是根据后端服务器的响应时间 来分配请求，响应时间短的优先分配。
Nginx本身不支持fair，如果需要这种调度算法，则必须安装upstream_fair模块。

按后端服务器的响应时间来分配请求，响应时间短的优先分配。

upstream backend {  
    server 192.168.0.67:88;  
    server 192.168.0.67:80;  
    fair;  
}

3.5.2.5 url_hash（第三方）

按访问的URL的哈希结果来分配请求，使每个URL定向到一台后端服务器，可以进一步提高后端缓存服务器的效率。
Nginx本身不支持url_hash，如果需要这种调度算法，则必须安装Nginx的hash软件包。

按访问url的hash结果来分配请求，使每个url定向到同一个后端服务器，后端服务器为缓存时比较有效。

upstream backend {  
    server 192.168.67.1:88;  
    server 192.168.67.2:80;  
    hash $request_uri;  
    hash_method crc32;  
}



#注：在upstream中加入hash语句，server语句中不能写入weight等其他的参数，hash_method是使用的hash算法。

3.5.2.6 least_conn（最小连接数）

根据后端服务器的连接状况进行分配客户请求，连接最少的服务器将被有限分配客户端请求。

#示例
 upstream backend {
        least_conn;
        server backend1.example.com;
        server backend2.example.com;
    }

3.5.2.7 最少响应时间（Least Time）

根据服务器的响应时间进行选择，将请求分配给响应时间最短的服务器。

3.6 示例

要启用负载均衡，需要在Nginx主配置文件中添加一个upstream块来定义后端服务器的列表。

然后，在相应的location块中使用proxy_pass指令指定负载均衡的上游服务器。

3.6.1 使用轮询算法实现负载均衡

所需配置

#代理服务器

vim /apps/nginx/conf/nginx.conf
#编辑主配置文件

upstream group1{
    server 192.168.67.102;
    server 192.168.67.103;
    }

vim /apps/nginx/conf.d/pc.com
#修改子配置文件
#修改location部分，加入
    pass_proxy http://group1;

nginx -t
nginx -s reload
#重新加载

测试

#修改102、103主页文件
vi /usr/share/nginx/html/index.html

#转到客户端
curl 192.168.67.100   #x2

3.6.2 使用加权轮询算法实现负载均衡

所需配置

#代理服务器

#修改主配置文件
vim /apps/nginx/conf/nginx.conf

upstream group1{
    server 192.168.67.102 weight=2;
    server 192.168.67.103 weight=3;
}

nginx -t
nginx -s reload
#重新加载

测试

#转到客户端
curl 192.168.67.100   #x2