智匯華云 | 負(fù)載均衡源地址可見技術(shù)

摘要

在非網(wǎng)關(guān)型負(fù)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(wù)器的源IP在負(fù)載均衡器上會被改變，導(dǎo)致在后端服務(wù)器上服務(wù)不能正確確定客戶端的真實(shí)IP地址。在一些應(yīng)用場景下，為了實(shí)現(xiàn)安全或者大數(shù)據(jù)分析等應(yīng)用，需要感知客戶端的真實(shí)IP。本文介紹了一種FullNat模式下負(fù)載均衡的源地址可見方法。

概述

負(fù)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(yōu)點(diǎn)：解決了NAT對Director和RS要求在同一個(gè)vlan的問題，適用更復(fù)雜的部署形式不要求配置Director作為網(wǎng)關(guān)，Director與RS可以通過三層通訊。缺點(diǎn)：RS看不到客戶端真實(shí)IP。

為了解決后端服務(wù)器感知客戶端真實(shí)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(xié)議報(bào)文。源地址可見的通常方法是在報(bào)文中某些字段攜帶客戶端的真實(shí)IP。在后端通過內(nèi)核模塊來獲取客戶端IP。

TCP源地址可見

TCP流量是TOA來實(shí)現(xiàn)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(wù)器獲取客戶端IP的一種實(shí)現(xiàn)方式，它的基本原理比較簡單。

客戶端用戶請求數(shù)據(jù)包到達(dá)負(fù)載均衡器時(shí)，負(fù)載均衡器在數(shù)據(jù)包的 tcp option 中插入源IP信息。

數(shù)據(jù)包到達(dá)后端服務(wù)器（裝有 toa 內(nèi)核模塊）后，應(yīng)用程序正常調(diào)用 getpeername 系統(tǒng)函數(shù)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(shù)（getpeername 系統(tǒng)調(diào)用對應(yīng)的內(nèi)核處理函數(shù)），該函數(shù)會從 tcp option 中獲取負(fù)載均衡器填充的源IP信息。

這樣后端服務(wù)器應(yīng)用程序就獲取到了真實(shí)客戶端IP，而且對應(yīng)用程序來說是透明的。

TCP頭部格式如下：

在option選項(xiàng)部分?jǐn)y帶客戶端的IP地址。

IPv4 TOA格式

opcodeopsizeport

clientIP

opcode: opcode = 254

opsize: toa 大小 8 字節(jié)

port: 客戶端端口

clientIP: 客戶端 IP（4 字節(jié)）

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

修改option的時(shí)機(jī)

負(fù)載均衡器需要對每個(gè) tcp 數(shù)據(jù)包都要插入 toa 信息么？如果這樣會影響到 負(fù)載均衡器 整體性能的，而且后端服務(wù)器也沒必要對每個(gè) tcp 數(shù)據(jù)包進(jìn)行解析，當(dāng)然也很影響服務(wù)器性能。其實(shí)只需要在第 3 次握手 ack 數(shù)據(jù)包中插入 toa 選項(xiàng)即可，后端服務(wù)器從 ack 數(shù)據(jù)包中解析并獲取即可。

后端服務(wù)器上獲取客戶端IP獲取。

TCP協(xié)議棧中處理三次握手的 ack 數(shù)據(jù)包的函數(shù)是tcp_v4_syn_recv_sock，完成連接的建立，并創(chuàng)建 newsock。在TOA內(nèi)核模塊中修改

1.hook tcp_v4_syn_recv_sock_toa函數(shù)，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(yīng)用程序在調(diào)用getpeername時(shí)，會使用inet_getname_toa函數(shù)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(shí)現(xiàn)源地址可見。UDP報(bào)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(gè)報(bào)文中攜帶信息。

具體實(shí)現(xiàn)可以參考：https://github.com/bytedance/uoa

七層源地址可見

七層的負(fù)載均衡通常通過反向代理來實(shí)現(xiàn)，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(shí)IP，后端服務(wù)器應(yīng)用從HTTP頭的該字段中獲取得到。

X-Forwarded-For 是一個(gè) HTTP 擴(kuò)展頭部。HTTP/1.1（RFC 2616）協(xié)議并沒有對它的定義，它最開始是由 Squid 這個(gè)緩存代理軟件引入，用來表示 HTTP 客戶端真實(shí) IP。如今它已經(jīng)成為事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)，被各大 HTTP 代理、負(fù)載均衡等轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)廣泛使用，并被寫入 RFC 7239（Forwarded HTTP Extension）標(biāo)準(zhǔn)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(nèi)容由「英文逗號 + 空格」隔開的多個(gè)部分組成，最開始的是離服務(wù)端最遠(yuǎn)的設(shè)備 IP，然后是每一級代理設(shè)備的 IP。

如果一個(gè) HTTP 請求到達(dá)服務(wù)器之前，經(jīng)過了三個(gè)代理 Proxy1、Proxy2、Proxy3，IP 分別為 IP1、IP2、IP3，用戶真實(shí) IP 為 IP0，那么按照 XFF 標(biāo)準(zhǔn)，服務(wù)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(wù)端

A訪問B時(shí)，X-Forwarded-For為空，$remote_addr為A的IP，故B轉(zhuǎn)發(fā)到C時(shí)附帶的Header頭X-Forwarded-For即為A的IP；

B訪問C時(shí)，X-Forwarded-For為A的IP，$remote_addr為B的IP，此時(shí)C轉(zhuǎn)發(fā)到D附帶的Header頭X-Forwarded-For即為A的IP，B的IP；

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

免責(zé)聲明：市場有風(fēng)險(xiǎn)，選擇需謹(jǐn)慎！此文僅供參考，不作買賣依據(jù)。

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