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一、流量限制

1、介绍

流量限制 (rate-limiting)；可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：

• 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、Nginx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

二、配置基本的限流

1、实验环境

主机名	IP地址	角色
centos	10.0.0.2	web服务器
centos-2	10.0.0.3	代理服务器

2、配置文件

“流量限制”配置两个主要的指令， limit_req_zone 和 limit_req ，如下所示：

 #-------------------10.0.0.3代理服务器配置-------------------#
 # 定义一个共享内存区域，用于存储限流状态
 limit_req_zone $binary_remote_addr zone=mylimit:10m rate=1r/s;
 upstream myweb {
   server 10.0.0.2:80 weight=1 max_fails=1 fail_timeout=1;
 }
 server {
   listen 80;
   server_name localhost;
   location /login {
     limit_req zone=mylimit; 
     proxy_pass http://myweb;
     # 发送到上游服务器的HTTP头
     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;
   }
 }
 # -------------------10.0.0.2配置---------------------------#
 server {
   listen 80;
   server_name localhost;
   location /login {
     root /usr/share/nginx/html;
     index index.html index.html;
   }
 }

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（示例中，对于”/login/”的所有请求）

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：

参数	说明
key	定义应用限制的请求特性
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
rate	定义最大请求速率

当Nginx需要添加新条目时存储空间不足，将会删除旧条目。如果释放的空间仍不够容纳新记录，Nginx将会返回 503状态码（Service Temporarily Unavailable）另外，为了防止内存被耗尽，Nginx每次创建新条目时，最多删除两条60秒内未使用的条目。

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

3、测试访问

当我刷新一次时，正常访问

当访问超过设置的次数时：（本例为方便测试，设置1秒内1次访问）

三、处理突发

如果我们在100毫秒内接收到2个请求，怎么办？对于第二个请求，Nginx将给客户端返回状态码503。这可能并不是我们想要的结果，因为应用本质上趋向于突发性。相反地，我们希望缓冲任何超额的请求，然后及时地处理它们。我们更新下配置，在 limit_req 中使用 burst 参数：

 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 burst=20;
     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;
   }
 }

burst 参数定义了超出zone指定速率的情况下，客户端还能发起多少请求。上一个请求100毫秒内到达的请求将会被放入队列，我们将队列大小设置为20；

意味着，如果从一个给定IP地址发送21个请求，Nginx会立即将第一个请求发送到上游服务器群，然后将余下20个请求放在队列中。然后每100毫秒转发一个排队的请求，只有当传入请求使队列中排队的请求数超过20时，Nginx才会向客户端返回503

四、无延迟排队

配置 burst 参数将会使通讯更流畅，但是可能会不太实用，因为该配置会使站点看起来很慢。在上面的示例中，队列中的第20个包需要等待2秒才能被转发，此时返回给客户端的响应可能不再有用。要解决这个情况，可以在 burst 参数后添加 nodelay 参数：

 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 burst=20 nodelay;
     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;
  }
 }

使用 nodelay 参数，Nginx仍将根据 burst 参数分配队列中的位置，并应用已配置的速率限制，而不是清理队列中等待转发的请求。相反地，当一个请求到达“太早”时，只要在队列中能分配位置，Nginx将立即转发这个请求。将队列中的该位置标记为”taken”(占据)，并且不会被释放以供另一个请求使用，直到一段时间后才会被释放（在这个示例中是，100毫秒后）

如果希望不限制两个请求间允许间隔的情况下实施“流量限制”， nodelay 参数是很实用的；注意： 对于大部分部署，建议使用 burst 和 nodelay 参数来配置 limit_req 指令；

五、配置流量控制相关功能

1、配置日志记录

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：

 2023/02/13 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"

日志条目中包含的字段：

参数	说明
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

默认情况下，Nginx以error级别来记录被拒绝的请求，如上所示（Nginx以较低级别记录延迟请求，一般是info级别）；如果要更改Nginx的日志记录级别，需要使用limit_req_log_level指令。下面修改为warn：

 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 burst=20 nodelay;
     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;
   }
 }

2、发送到客户端到错误代码

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）:

 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 burst=20 nodelay;
     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;
   }
 }

致谢

在此，我要对所有为知识共享做出贡献的个人和机构表示最深切的感谢。同时也感谢每一位花时间阅读这篇文章的读者，如果文章中有任何错误，欢迎留言指正。 

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