智匯華云 | 負載均衡源地址可見技術

摘要

在非網關型負載均衡器中，通常使用FullNat模式。在這種模式下，客戶端訪問后端服務器的源IP在負載均衡器上會被改變，導致在后端服務器上服務不能正確確定客戶端的真實IP地址。在一些應用場景下，為了實現安全或者大數據分析等應用，需要感知客戶端的真實IP。本文介紹了一種FullNat模式下負載均衡的源地址可見方法。

概述

負載均衡有三種模式：DR，NAT，Tunnel。FullNat模式在NAT模式下增加了源IP NAT。FullNat模式的優點：解決了NAT對Director和RS要求在同一個vlan的問題，適用更復雜的部署形式不要求配置Director作為網關，Director與RS可以通過三層通訊。缺點：RS看不到客戶端真實IP。

為了解決后端服務器感知客戶端真實IP，本文介紹了如下的方法。

四層源地址可見

四層流量通常是TCP和UDP協議報文。源地址可見的通常方法是在報文中某些字段攜帶客戶端的真實IP。在后端通過內核模塊來獲取客戶端IP。

TCP源地址可見

TCP流量是TOA來實現源地址可見。TOA 名字全稱是 tcp option address，是 FullNat 模式下能夠讓后端服務器獲取客戶端IP的一種實現方式，它的基本原理比較簡單。

客戶端用戶請求數據包到達負載均衡器時，負載均衡器在數據包的 tcp option 中插入源IP信息。

數據包到達后端服務器（裝有 toa 內核模塊）后，應用程序正常調用 getpeername 系統函數來獲取連接的源端IP地址。

由于在 toa 代碼中 hook（修改）了 inet_getname 函數（getpeername 系統調用對應的內核處理函數），該函數會從 tcp option 中獲取負載均衡器填充的源IP信息。

這樣后端服務器應用程序就獲取到了真實客戶端IP，而且對應用程序來說是透明的。

TCP頭部格式如下：

在option選項部分攜帶客戶端的IP地址。

IPv4 TOA格式

opcodeopsizeport

clientIP

opcode: opcode = 254

opsize: toa 大小 8 字節

port: 客戶端端口

clientIP: 客戶端 IP（4 字節）

注：opsize 大小包含了自身opsize(2B) + port(2B) + ip(4B)

修改option的時機

負載均衡器需要對每個 tcp 數據包都要插入 toa 信息么？如果這樣會影響到 負載均衡器 整體性能的，而且后端服務器也沒必要對每個 tcp 數據包進行解析，當然也很影響服務器性能。其實只需要在第 3 次握手 ack 數據包中插入 toa 選項即可，后端服務器從 ack 數據包中解析并獲取即可。

后端服務器上獲取客戶端IP獲取。

TCP協議棧中處理三次握手的 ack 數據包的函數是tcp_v4_syn_recv_sock，完成連接的建立，并創建 newsock。在TOA內核模塊中修改

1.hook tcp_v4_syn_recv_sock_toa函數，從TCP的skb中獲取tcp option的攜帶的IP信息，保存到socket中

2. Hook inet_getname，應用程序在調用getpeername時，會使用inet_getname_toa函數處理，從socket中將保存的ip信息返回

源碼參考 https://github.com/huaweicloud/huaweicloud-tool-aad-toa

UDP源地址可見

UDP使用UOA來實現源地址可見。UDP報文頭部沒有option字段，通常在IP頭部的option中攜帶客戶端IP。另外UDP是沒有連接的，沒有三層握手，通常是在前面幾個報文中攜帶信息。

具體實現可以參考：https://github.com/bytedance/uoa

七層源地址可見

七層的負載均衡通常通過反向代理來實現，如Nginx和Haproxy。七層流量通常是HTTP，通過在HTTP頭中的X-FORWARD-FOR中攜帶客戶端真實IP，后端服務器應用從HTTP頭的該字段中獲取得到。

X-Forwarded-For 是一個 HTTP 擴展頭部。HTTP/1.1（RFC 2616）協議并沒有對它的定義，它最開始是由 Squid 這個緩存代理軟件引入，用來表示 HTTP 客戶端真實 IP。如今它已經成為事實上的標準，被各大 HTTP 代理、負載均衡等轉發服務廣泛使用，并被寫入 RFC 7239（Forwarded HTTP Extension）標準之中。

X-Forwarded-For 請求頭格式非常簡單，就這樣：

X-Forwarded-For: client, proxy1, proxy2

可以看到，XFF 的內容由「英文逗號 + 空格」隔開的多個部分組成，最開始的是離服務端最遠的設備 IP，然后是每一級代理設備的 IP。

如果一個 HTTP 請求到達服務器之前，經過了三個代理 Proxy1、Proxy2、Proxy3，IP 分別為 IP1、IP2、IP3，用戶真實 IP 為 IP0，那么按照 XFF 標準，服務端最終會收到以下信息：

X-Forwarded-For: IP0, IP1, IP2

下面以NGINX為例，說明配置方法。

在Nginx配置文件中添加：

proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;

proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;

$proxy_add_x_forwarded_for會保存X-Forwarded-For中已有的值，并且追加$remote_addr的值，使用逗號隔開。

如果之前X-Forwarded-For中沒有值，則修改后X-Forwarded-For中只有$remote_addr的值。

例子：

A(client)—>B(Nginx1)—>C(Nginx2)—>D

A為客戶端，B和C為Nginx反向代理，D為服務端

A訪問B時，X-Forwarded-For為空，$remote_addr為A的IP，故B轉發到C時附帶的Header頭X-Forwarded-For即為A的IP；

B訪問C時，X-Forwarded-For為A的IP，$remote_addr為B的IP，此時C轉發到D附帶的Header頭X-Forwarded-For即為A的IP，B的IP；

C訪問D時，D就可以拿C傳來的X-Forwarded-For Header頭來分析源IP。

免責聲明：市場有風險，選擇需謹慎！此文僅供參考，不作買賣依據。

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