NGINX开启HTTP3，给web应用提个速

news2024/9/23 19:16:06

环境说明

linux
docker
nginx版本:1.27

HTTP3/QUIC介绍

rfc9114
HTTP3是由IETF于2022年发布的一个标准，文档地址为：https://datatracker.ietf.org/doc/html/rfc9114

如rfc9114所述，http3主要基于QUIC协议实现，在具备高性能的同时又兼备了可靠性的特点，在大多数场景下可提高web应用的访问速率。
quic/http3

关于http3和quic的介绍网上资料有很多，这里不再过多赘述。
nginx-news-2023
自nginx的1.25.0版本开始，nginx首次对http3进行了正式支持，这也为我们在WEB服务器上部署http3提供了极大的便利。
nginx-basic
本文以重实践角度出发，使用web服务器——NGINX，分享下如何在NGINX中开启HTTP3。

自签证书生成

nginx-http3-quic
http3必须依赖于TLS协议，所以需要要证书。本文为了演示方便，使用自签证书来进行操作。

自签证书仅用于验证或内网环境，生产环境需要使用公共证书，免费的有：certbot(Let’s Encrypt)

自签证书并部署到NGINX中，主要流程为：

生成CA证书，root_certificate
使用CA证书生成NGINX服务器所需要的网站证书，site_certificate
将site_certificate配置到nginx中

自签CA证书生成

#1.生成根证书私钥
openssl genpkey -algorithm RSA -out root_private_key.pem -pkeyopt rsa_keygen_bits:4096

#2.使用私钥创建CSR(证书签名请求)
openssl req -new -key root_private_key.pem -out root_csr.pem -subj "/C=CN/ST=SiChuan/L=ChengDu/O=HaiyangGroup/CN=HaiyangRootCA"
#如上面命令报Can't load /root/.rnd into RNG，可使用openssl rand -writerand ~/.rnd修复

#3.创建CA配置文件
vim v3_ca.cfg
---
[v3_ca]
basicConstraints = CA:TRUE
keyUsage = keyCertSign, cRLSign
---
#4.生成根证书，依赖CSR和CA配置文件
openssl x509 -req -days 3650 -in root_csr.pem -signkey root_private_key.pem -out root_certificate.pem -extensions v3_ca.cfg

站点https证书生成

#1.生成站点私钥
openssl genpkey -algorithm RSA -out site_private_key.pem -pkeyopt rsa_keygen_bits:2048
#2.生成站点CSR(证书签名请求)，CN填写为对应的域名
openssl req -new -key site_private_key.pem -out site_csr.pem -subj "/C=CN/ST=SiChuan/L=BaZhong/O=HaiyangCompany/CN=www.puhaiyang.com"
#3.编写服务，alt_names部分修改为对应的域名和ip
vim site_openssl.cnf
---
[v3_req]
keyUsage = digitalSignature, keyEncipherment
extendedKeyUsage = serverAuth
subjectAltName = @alt_names
[alt_names]
DNS.1 = www.puhaiyang.com
DNS.2 = *.puhaiyang.com
IP.1 = 192.168.31.174
————————————————
#4.生成站点https证书，依赖CA证书、CA私钥、站点CSR
openssl x509 -req -in site_csr.pem -CA root_certificate.pem -CAkey root_private_key.pem -CAcreateserial -out site_certificate.pem -days 3650 -extensions v3_req -extfile site_openssl.cnf
---

生成的CA证书与站点证书文件列表如下：
site_ssl

验证根证书

#1.验证CA根证书
openssl x509 -in root_certificate.pem -text -noout
#2.验证站点证书
openssl x509 -in site_certificate.pem -text -noout

nginx-http3配置与运行

nginx基础配置

# 创建挂载目录
mkdir -p /data/docker/nginx/conf
mkdir -p /data/docker/nginx/log
mkdir -p /data/docker/nginx/html
mkdir -p /data/docker/nginx/certs
# 生成临时容器,
docker run --name nginx -d nginx
# 验证nginx是否开启了http3，查看有http_v3
docker exec -it nginx nginx -V
# 将容器nginx.conf文件复制到宿主机
docker cp nginx:/etc/nginx/nginx.conf /data/docker/nginx/conf/nginx.conf
# 将容器conf.d文件夹下内容复制到宿主机
docker cp nginx:/etc/nginx/conf.d /data/docker/nginx/conf/conf.d
# 将容器中的html文件夹复制到宿主机
docker cp nginx:/usr/share/nginx/html /data/docker/nginx/
# 关闭该临时容器
docker stop nginx
# 删除该临时容器
docker rm nginx

验证nginx时截图如下，需要确保nginx编译参数中开启了http3

docker exec -it nginx nginx -V

nginx运行与站点配置

将生成的站点证书放到/data/nginx/certs目录下

cp site_private_key.pem /data/docker/nginx/certs/
cp site_certificate.pem /data/docker/nginx/certs/
#赋权限，确保有读取权限
chmod +r /data/docker/nginx/certs/*

创建nginx的站点配置

vi /data/docker/nginx/conf/conf.d/www.puhaiyang.com.conf
---
server {
    # http/3
    listen 443 quic reuseport;

    # http/2 and http/1.1
    listen 443 ssl;
    http2 on;

    server_name www.puhaiyang.com;  # customize to match your domain

    # you need to mount these files when running this container
    ssl_certificate     /usr/share/nginx/certs/site_certificate.pem;
    ssl_certificate_key /usr/share/nginx/certs/site_private_key.pem;

    # TLSv1.3 is required for QUIC.
    ssl_protocols TLSv1.2 TLSv1.3;

    # 0-RTT QUIC connection resumption
    ssl_early_data on;

    # Add Alt-Svc header to negotiate HTTP/3.
    add_header alt-svc 'h3=":443"; ma=86400';

    # Sent when QUIC was used
    add_header QUIC-Status $http3;

    location / {
            root   /usr/share/nginx/html;
            index  index.html index.htm;
    }
}

更多详细配置可参考：https://nginx.org/en/docs/http/ngx_http_v3_module.html

运行nginx-docker

因为http3基于QUIC协议，QUIC又基于UDP协议，在运行nginx的docker时记得将https的UDP端口也暴露到主机中。

docker run \
-p 80:80 -p 443:443 -p 443:443/udp \
--name nginx \
-v /data/docker/nginx/conf/nginx.conf:/etc/nginx/nginx.conf \
-v /data/docker/nginx/conf/conf.d:/etc/nginx/conf.d \
-v /data/docker/nginx/log:/var/log/nginx \
-v /data/docker/nginx/html:/usr/share/nginx/html \
-v /data/docker/nginx/certs:/usr/share/nginx/certs \
-e TZ=Asia/Shanghai \
--restart=always \
-d nginx:latest

验证时可使用netstat查看udp端口是否正确被暴露，示例截图：
netstat

输入nginx -v命令查看使用的nginx版本是否为较高版本的nginx

docker exec -it nginx nginx -v

浏览器验证

nginx搭建好后，就可以使用浏览器进行验证了。

浏览器支持QUIC验证

验证前，需要确保浏览器(客户端)支持http3.0，可访问https://quic.nginx.org/进行验证。
quic-test

如提示支持quic，或quic包验证也通过，则说明客户端是支持http3的
browser

如不支持，可使用https://quic.nginx.org/提供的排查项进行逐步排查。

导入自签CA根证书到客户主机(可选)

如果是站点的tls证书是由自签ca证书生成的，为了让浏览器访问网站更优雅，可让先CA根证书导入到客户端系统中。
以本例为例，则需要导入的证书文件为：root_certificate.pem
在windows中打开certmgr.msc，将证书导入到受信任的根证书颁发机构即可
certmgr