Nginx - 深入了解正向代理vs反向代理、负载均衡算法、缓存策略

Nginx基本功能与代理定义

Nginx是一款高性能的HTTP服务器和反向代理服务器。代理服务器（Proxy Server）在客户端和目标服务器之间充当中介，其主要作用包括负载均衡、缓存、内容过滤和安全增强等。

反向代理：代理服务器代表目标服务器接受客户端请求，并将请求转发给目标服务器，再将响应返回给客户端。
正向代理：代理服务器代表客户端发送请求，获取目标服务器的响应并返回给客户端。

Nginx反向代理

工作原理

在反向代理模式中，Nginx接收客户端的HTTP请求，将这些请求转发给内部服务器集群处理，然后将服务器的响应发送回客户端。反向代理通常用于隐藏服务器集群的实际地址、实现负载均衡、提高性能和增强安全性。

应用场景

负载均衡：将请求分配给多个后端服务器，提高服务可用性和响应速度。
缓存：缓存静态内容，减少后端服务器的负载。
安全性：隐藏后端服务器的真实IP，防止直接攻击。

示例配置

代码语言：javascript复制

http {
    upstream backend {
        server backend1.example.com;
        server backend2.example.com;
    }

    server {
        listen 80;

        location / {
            proxy_pass http://backend;
            proxy_set_header Host $host;
            proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
            proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
        }
    }
}

Nginx正向代理

工作原理

在正向代理模式中，客户端将请求发送给代理服务器，代理服务器再代表客户端向目标服务器发出请求，并将目标服务器的响应返回给客户端。正向代理通常用于访问控制、网络加速和隐私保护。

应用场景

访问控制：限制用户访问特定网站或服务。
内容过滤：过滤掉不合规或恶意内容。
隐私保护：隐藏客户端的真实IP，提高匿名性。

示例配置

代码语言：javascript复制

events {
    worker_connections 1024;
}

http {
    server {
        listen 8888;

        location / {
            proxy_pass http://$http_host$request_uri;
            proxy_set_header Host $http_host;
            proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
            proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
        }
    }
}

反向代理与正向代理的区别

代理对象：反向代理代理的是服务器，正向代理代理的是客户端。
应用目的：
- 反向代理：主要用于负载均衡、缓存、提升安全性。
- 正向代理：主要用于访问控制、内容过滤和隐私保护。
配置差异：反向代理需要配置后端服务器池（upstream），正向代理直接将请求转发至目标服务器。

Nginx负载均衡算法

Nginx提供多种负载均衡算法来分配请求到后端服务器，常用的算法包括：

轮询（Round Robin）：默认算法，将请求依次分配给每个后端服务器。

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

最少连接数（Least Connections）：将请求分配给当前活动连接数最少的服务器。

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

IP哈希（IP Hash）：根据客户端IP地址的哈希值将请求分配给特定服务器，适用于会话保持。

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upstream backend {
    ip_hash;
    server backend1.example.com;
    server backend2.example.com;
}

权重（Weight）：根据服务器的权重分配请求，权重越高，分配的请求越多。

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upstream backend {
    server backend1.example.com weight=3;
    server backend2.example.com weight=1;
}

Nginx缓存策略

缓存可以显著提高性能和减少后端服务器的负载。Nginx的缓存策略包括静态内容缓存和代理缓存。

静态内容缓存

Nginx可以直接缓存静态内容，如图片、CSS文件等。

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location /static/ {
    root /var/www/html;
    expires 30d;
    add_header Cache-Control "public";
}

代理缓存

代理缓存可以缓存从后端服务器获取的动态内容。

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http {
    proxy_cache_path /data/nginx/cache levels=1:2 keys_zone=my_cache:10m max_size=10g inactive=60m use_temp_path=off;

    server {
        location / {
            proxy_cache my_cache;
            proxy_pass http://backend;
            proxy_set_header Host $host;
            proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
            proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
            proxy_cache_valid 200 302 10m;
            proxy_cache_valid 404 1m;
            add_header X-Cache-Status $upstream_cache_status;
        }
    }
}

缓存优化策略

设置合适的缓存时间：根据内容的变化频率设置合理的缓存过期时间。
缓存键：配置缓存键，以确保唯一性和有效性。
缓存清理：定期清理过期缓存，避免占用过多存储空间。

Nginx高级安全设置

提高Nginx的安全性可以保护服务器免受各种网络攻击。以下是一些常用的安全设置：

限制请求速率：防止DDoS攻击和暴力破解。

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

    server {
        location / {
            limit_req zone=mylimit burst=20 nodelay;
        }
    }
}

SSL/TLS配置：启用HTTPS，提高传输安全性。

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server {
    listen 443 ssl;
    server_name example.com;

    ssl_certificate /etc/nginx/ssl/nginx.crt;
    ssl_certificate_key /etc/nginx/ssl/nginx.key;
    ssl_protocols TLSv1.2 TLSv1.3;
    ssl_prefer_server_ciphers on;
    ssl_ciphers "EECDH AESGCM:EDH AESGCM:AES256 EECDH:AES256 EDH";

    location / {
        proxy_pass http://backend;
    }
}

防止主机头攻击：只允许特定的主机头。

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server {
    server_name example.com;
    
    if ($host !~* ^(example.com)$ ) {
        return 444;
    }

    location / {
        proxy_pass http://backend;
    }
}

HTTP安全头：添加HTTP安全头以防止各种Web攻击。

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server {
    add_header X-Content-Type-Options nosniff;
    add_header X-XSS-Protection "1; mode=block";
    add_header X-Frame-Options SAMEORIGIN;
    add_header Strict-Transport-Security "max-age=31536000; includeSubDomains" always;

    location / {
        proxy_pass http://backend;
    }
}

动态内容缓存策略

Nginx的动态内容缓存可以显著提升网站性能和响应速度。动态内容缓存指的是缓存动态生成的网页内容，以减少对后端服务器的请求次数。

动态内容缓存配置

首先，需要配置缓存路径和缓存区域：

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http {
    proxy_cache_path /data/nginx/cache levels=1:2 keys_zone=my_cache:10m max_size=10g inactive=60m use_temp_path=off;

    server {
        location / {
            proxy_cache my_cache;
            proxy_pass http://backend;
            proxy_set_header Host $host;
            proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
            proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
            proxy_cache_valid 200 302 10m;
            proxy_cache_valid 404 1m;
            add_header X-Cache-Status $upstream_cache_status;
        }
    }
}

动态内容缓存优化

缓存键优化：确保缓存键的唯一性，避免缓存混乱。

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proxy_cache_key "$scheme$request_method$host$request_uri";

缓存清理策略：定期清理过期和不再需要的缓存，保持缓存空间的有效利用。

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find /data/nginx/cache -type f -mtime  7 -delete

避免缓存特定内容：对于用户特定数据（如购物车信息）不进行缓存。

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location /cart {
    proxy_no_cache 1;
    proxy_pass http://backend;
}

细化缓存控制：针对不同的内容设置不同的缓存时间。

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location /api {
    proxy_cache_valid 200 1m;
    proxy_pass http://backend;
}

location /static {
    proxy_cache_valid 200 30m;
    proxy_pass http://backend;
}

反向代理算法缓存负载均衡代理

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Nginx基本功能与代理定义

Nginx反向代理

工作原理

应用场景

示例配置

Nginx正向代理

工作原理

应用场景

示例配置

反向代理与正向代理的区别

Nginx负载均衡算法

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静态内容缓存

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缓存优化策略

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动态内容缓存策略

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