nginx/第七章：Nginx流量限制.md

<h1><center>Nginx流量限制</center></h1>

作者：行癫（盗版必究）

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## 一：流量限制

#### 1.简介

​		流量限制 (rate-limiting)，是Nginx中一个非常实用，却经常被错误理解和错误配置的功能。我们可以用来限制用户在给定时间内HTTP请求的数量。请求，可以是一个简单网站首页的GET请求，也可以是登录表单的 POST 请求。流量限制可以用作安全目的，比如可以减慢暴力密码破解的速率。通过将传入请求的速率限制为真实用户的典型值，并标识目标URL地址(通过日志)，还可以用来抵御DDOS 攻击。更常见的情况，该功能被用来保护上游应用服务器不被同时太多用户请求所压垮。

#### 2.如何限流

​		Nginx的”流量限制”使用漏桶算法(leaky bucket algorithm)，该算法在通讯和分组交换计算机网络中广泛使用，用以处理带宽有限时的突发情况。就好比，一个桶口在倒水，桶底在漏水的水桶。如果桶口倒水的速率大于桶底的漏水速率，桶里面的水将会溢出；同样，在请求处理方面，水代表来自客户端的请求，水桶代表根据”先进先出调度算法”(FIFO)等待被处理的请求队列，桶底漏出的水代表离开缓冲区被服务器处理的请求，桶口溢出的水代表被丢弃和不被处理的请求。

#### 3.基本配置

模块

​		ngx_http_limit_req_module

指令

​		limit_req_zone

​		limit_req

参数

```
limit_req_zone $binary_remote_addr zone=mylimit:10m rate=10r/s;
```

​		limit_req_zone指令设置流量限制和共享内存区域的参数，但实际上并不限制请求速率。所以需要通过添加limit_req指令，将流量限制应用在特定的location或者server块。在上面示例中，我们对/login/请求进行流量限制。现在每个IP地址被限制为每秒只能请求10次/login/，更准确地说，在前一个请求的100毫秒内不能请求该URL。

案例

```shell
upstream myweb {
        server 10.0.105.196:80 weight=1 max_fails=1 fail_timeout=1;
                }
server {
         listen 80;
         server_name localhost;

         location /login {
                 limit_req zone=mylimit;
                 proxy_pass http://myweb;
                 proxy_set_header Host $host:$server_port;
                 proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
                 proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
             }
}
```

真实web服务器

```shell
server {
        listen 80;
        server_name localhost;
        location /login {
                root    /usr/share/nginx/html;
                index   index.html index.html;
                }
} 
```

总结：

​		limit_req_zone指令定义了流量限制相关的参数，而limit_req指令在出现的上下文中启用流量限制

​		limit_req_zone指令通常在HTTP块中定义，使其可在多个上下文中使用，它需要以下三个参数

​		Key - 定义应用限制的请求特性。示例中的 Nginx 变量$binary_remote_addr，保存客户端IP地址的二进制形式。这意味着，我们可以将每个不同的IP地址限制到，通过第三个参数设置的请求速率。(使用该变量是因为比字符串形式的客户端IP地址$remote_addr，占用更少的空间)

​		Zone - 定义用于存储每个IP地址状态以及被限制请求URL访问频率的共享内存区域。保存在内存共享区域的信息，意味着可以在Nginx的worker进程之间共享。定义分为两个部分：通过zone=keyword标识区域的名字，以及冒号后面跟区域大小。16000个IP地址的状态信息，大约需要1MB，所以示例中区域可以存储160000个IP地址

​		Rate - 定义最大请求速率。在示例中，速率不能超过每秒10个请求。Nginx实际上以毫秒的粒度来跟踪请求，所以速率限制相当于每100毫秒1个请求。因为不允许”突发情况”(见下一章节)，这意味着在前一个请求100毫秒内到达的请求将被拒绝。（1秒(s)=1000毫秒(ms)）

## 二：高级限流

​		通过将基本的“流量限制”与其他Nginx功能配合使用，我们可以实现更细粒度的流量限制

#### 1.白名单

​		对任何不在白名单内的请求强制执行“流量限制”

```shell
http {
    include       /etc/nginx/mime.types;
    default_type  application/octet-stream;

    log_format  main  '$remote_addr - $remote_user [$time_local] "$request" '
                      '$status $body_bytes_sent "$http_referer" '
                      '"$http_user_agent" "$http_x_forwarded_for"';

    access_log  /var/log/nginx/access.log  main;
    geo $limit {
	default 		1;
	10.0.0.0/24 		0;
	192.168.0.0/24 		0;
	}
    map $limit $limit_key {
	0 "";
	1 $binary_remote_addr;
	}
    limit_req_zone $limit_key zone=req_zone:10m rate=5r/s;

	server {
		listen 80;
		server_name localhost;
		location / {
		limit_req zone=req_zone;
		root /usr/share/nginx/html;
		index index.html index.hml;
		}
}
    include /etc/nginx/conf.d/*.conf;
}
```

​		geo块将给在白名单中的IP地址对应的$limit变量分配一个值0，给其它不在白名单中的分配一个值1

​		如果$limit变量的值是0，$limit_key变量将被赋值为空字符串

​		如果$limit变量的值是1，$limit_key变量将被赋值为客户端二进制形式的IP地址

​		两个指令配合使用，白名单内IP地址的$limit_key变量被赋值为空字符串，不在白名单内的被赋值为客户端的IP地址

​		当limit_req_zone后的第一个参数是空字符串时，不会应用“流量限制”，所以白名单内的IP地址(10.0.0.0/24和192.168.0.0/24 网段内)不会被限制其它所有IP地址都会被限制到每秒5个请求。limit_req指令将限制应用到/的location块，允许在配置的限制上最多超过10个数据包的突发，并且不会延迟转发。

#### 2.日志记录

​		默认情况下，Nginx会在日志中记录由于流量限制而延迟或丢弃的请求，如下所示：

```shell
2019/02/13 04:20:00 [error] 120315#0: *32086 limiting requests, excess: 1.000 by zone "mylimit", client: 192.168.1.2, server: nginx.com, request: "GET / HTTP/1.0", host: "nginx.com"
```

​		limiting requests - 表明日志条目记录的是被“流量限制”请求

​		excess - 每毫秒超过对应“流量限制”配置的请求数量

​		zone - 定义实施“流量限制”的区域

​		client - 发起请求的客户端IP地址

​		server - 服务器IP地址或主机名

​		request - 客户端发起的实际HTTP请求

​		host - HTTP报头中host的值

注意：

​		默认情况下，Nginx以error级别来记录被拒绝的请求，如上面示例中的[error]所示(Nginx以较低级别记录延时请求，一般是info级别)。如要更改Nginx的日志记录级别，需要使用limit_req_log_level指令

案例：设置日志记录中日志级别

```shell
limit_req_zone $binary_remote_addr zone=mylimit:10m rate=10r/s;
        upstream myweb {
                server 10.0.105.196:80 weight=1 max_fails=1 fail_timeout=1;
                }
        server {
                listen 80;
                server_name localhost;

                location /login {
                        limit_req zone=mylimit;
                        limit_req_log_level warn;
                        proxy_pass http://myweb;
                        proxy_set_header Host $host:$server_port;
                        proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
                        proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
                        }
        }
```

案例：发送到客户端的错误代码

​		一般情况下，客户端超过配置的流量限制时，Nginx响应状态码为503(Service Temporarily Unavailable)。可以使用limit_req_status指令来设置为其它状态码(例如下面的404状态码)

```shell
limit_req_zone $binary_remote_addr zone=mylimit:10m rate=10r/s;
	upstream myweb {
        	server 10.0.105.196:80 weight=1 max_fails=1 fail_timeout=1;
		}
	server {
        	listen 80;
        	server_name localhost;
		
        	location /login {
			limit_req zone=mylimit;
			limit_req_log_level warn;
			limit_req_status 404;
                	proxy_pass http://myweb;
                        proxy_set_header Host $host:$server_port;
	            	proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
            		proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
                	}
	}
```