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IPv4地址的稀缺，使从主机服务提供商那里获得IP址变得越来越困难和昂贵了，即便是公共云服务商也变得十分吝啬。在我们苦等IPv6地址到来的时候，其实也有一些办法来扩展使用现有IPv4地址空间。
IPv6的一些缺点我也不再一一列举，但是让其真正普及的障碍是全球许多ISP运营商还不想为用户提供IPv6的地址。这点在一些国家尤其严重，IPv6网络一直处于实验网阶段，没有真正向公众用户开放。
其实对于运营商来说，给每个用户分配IPv6地址就像噩梦一般，而用户往往会要求运营商给自己所有的联网设备都分配不同的IPv6地址，这种工作量对于IPv4地址分配来说可以是线性的增加。
依目前的形势来看，在可预见的未来，Web服务业务将继续采用IPv4地址。由于大多数人还没有实现IPv6的接入，并且可能会持续很长一段时间。现在要做的就是如何充分利用越来越稀缺的IPv4地址。
反向代理服务
要理解反向代理，首先需要了解一下地址转换(NAT)。NAT方式打破了端到端的网络模型，这对于IPv6来说简直是种可怕的事情。端到端模型是一种主机A到主机B之间直接通过IP地址互通的方式，中间不存在转换层。端到端方式主机的IP 地址应该都具有公网IP地址，以尽可能减少通信时受到的影响。
NAT方式恰恰相反，NAT方式将整个网络置于同一IP下，通过不同的端口来区分服务器。例如，你想通过RDP远程桌面工具访问一台服务器的3389端口，可能会将该端口映射到公网IP的33389端口。这样，连接此服务器时就要采用rdp.example.com:33389(假设公网IP对应域名example.com)而不是rdp.example.com。
开发人员之前一直在处理NAT的网络中进行编码开发，并没有真正关心过两台主机是如何实现互通的。并且在NAT网络技术基础上开发了大量的程序库，这看起来有些可怕。
如同IPv6纯粹主义者憎恨NAT一样，我们同样可以想像的到他们同样厌恶反向代理，但是反向代理技术是未来发展方向。反向代理服务器在一个IP地址上接收所有的流量，并为相将不同的流量引入不同的后端服务器为其服务。这种方式大量应用于HTTP和HTTPS流量。
HTTP和HTTPS流量包含一个主机头信息（对于HTTPS来说是Server Name Indication (SNI)），这个头信息包含了要访问服务器的信息。除了简单的采用IP地址访问，我们还可以采用域名访问服务器。反向代理服务器会识别不同的主机头信息，根据其配置信息，将不同的流量传递给后端不同的服务器。
网站反向流量代理一般还具有静态内容缓存功能，以加快后端服务器内容的访问速度。反向代理也越来越多的应用于防止服务侦测和内容侦测。同时，还具有一个个人很喜欢的功能，就是为那些不采用SSL技术的网站提供一个统一的SSL前端，以达到网站HTTPS化的目的。后端的WEB服务器可以是任意类型，我们可以使用nginx来提供HTTP反向代理。
商业反向代理当然是有的，Citrix NetScaler VPX是其中一款，当然Barracuda NG Firewall也行，Smoothwall UTM Untangle也具备相应功能。可以说现存的反向代理软件比HTTP服务器可能还要多，但是我们还是选择nginx，因为它是免费、开源和最流行的。
实例讲解
反向代理似乎令人望而生畏，但它实际上并不像想像的那么可怕。我花了几天时间就配置好了一个基于CentOS 7.0的反向代理服务器，以下将是一些基本内容。（这里假定你具有一定的RHEL系列Linux系统使用能力，包括安装、登录及使用vim及yum工具）。
1、最小化安装CentOS 7.0，关闭SELinux，安装相应软件和设置目录：
yum install epel-release yum install net-tools wget python nginx git yum update mkdir /var/www/nginx_cache mkdir /var/www/nginx_tmp mkdir /var/www/letsencrypt-auto chown nginx:nginx /var/www/nginx_cache chown nginx:nginx /var/www/nginx_tmp chown root:root /var/www/letsencrypt-auto chmod 0755 /var/www/nginx_cache chmod 0755 /var/www/nginx_tmp chmod 0755 /var/www/letsencrypt-auto
2、将/etc/nginx/nginx.conf的配置文件替换为如下内容：
user nginx;
worker_processes 2;
worker_rlimit_nofile 2048;
error_log /var/log/nginx/error.log;
pid /run/nginx.pid;
# Load dynamic modules. See /usr/share/nginx/README.dynamic.
include /usr/share/nginx/modules/*.conf;
events {
worker_connections 1024;
multi_accept on;
use epoll;
}
http {
log_format main '$remote_addr - $remote_user [$time_local] "$request" '
'$status $body_bytes_sent "$http_referer" '
'"$http_user_agent" "$http_x_forwarded_for"';
access_log /var/log/nginx/access.log main;
# Proxy cache and temp configuration.
proxy_cache_path /var/www/nginx_cache levels=1:2
keys_zone=main:10m
max_size=1g inactive=30m;
proxy_temp_path /var/www/nginx_tmp;
# Gzip Configuration.
gzip on;
gzip_disable msie6;
gzip_static on;
gzip_comp_level 4;
gzip_proxied any;
gzip_types text/plain
text/css
application/x-javascript
text/xml
application/xml
application/xml+rss
text/javascript;
include /etc/nginx/mime.types;
default_type application/octet-stream;
client_max_body_size 100m;
# Report real IPs from X-Forwarded-For header from Cloudflare IPs
set_real_ip_from 103.21.244.0/22;
set_real_ip_from 103.22.200.0/22;
set_real_ip_from 103.31.4.0/22;
set_real_ip_from 104.16.0.0/12;
set_real_ip_from 108.162.192.0/18;
set_real_ip_from 131.0.72.0/22;
set_real_ip_from 141.101.64.0/18;
set_real_ip_from 162.158.0.0/15;
set_real_ip_from 172.64.0.0/13;
set_real_ip_from 173.245.48.0/20;
set_real_ip_from 188.114.96.0/20;
set_real_ip_from 190.93.240.0/20;
set_real_ip_from 197.234.240.0/22;
set_real_ip_from 198.41.128.0/17;
set_real_ip_from 199.27.128.0/21;
set_real_ip_from 2400:cb00::/32;
set_real_ip_from 2606:4700::/32;
set_real_ip_from 2803:f800::/32;
set_real_ip_from 2405:b500::/32;
set_real_ip_from 2405:8100::/32;
set_real_ip_from 2c0f:f248::/32;
set_real_ip_from 2a06:98c0::/29;
real_ip_header CF-Connecting-IP;
# Load modular configuration files from the /etc/nginx/conf.d directory.
include /etc/nginx/conf.d/*.conf;
}
3、创建/etc/nginx/conf.d/servers.conf配置文件或修改成如下内容：
server {
listen 80;
server_name example.com www.example.com;
access_log /dev/null;
# Allows letsencrypt-auto to verify domain ownership
location ^~ /.well-known/acme-challenge/ {
default_type "text/plain";
allow all;
root /var/www/letsencrypt-auto;
}
proxy_ignore_headers "Cache-Control" "Expires";
proxy_set_header Host $host;
proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
client_max_body_size 100m;
proxy_pass_header Set-Cookie;
# Catch the wordpress cookies.
# Must be set to blank first for when they don't exist.
set $wordpress_auth "";
if ($http_cookie ~* "wordpress_logged_in_[^=]*=([^%]+)%7C") {
set $wordpress_auth wordpress_logged_in_$1;
}
# Set the proxy cache key
set $cache_key $scheme$host$uri$is_args$args;
# Don't cache these pages.
location ~* ^/(wp-admin|wp-login.php){
proxy_pass http://examplebackend;
}
location / {
proxy_pass http://examplebackend;
proxy_cache_bypass $cookie_nocache $arg_nocache;
proxy_cache main;
proxy_cache_key $cache_key;
proxy_cache_valid 30m; # 200, 301 and 302 will be cached.
# Fallback to stale cache on certain errors.
# 503 is deliberately missing, if we're down for maintenance
# we want the page to display.
proxy_cache_use_stale error
timeout
invalid_header
http_500
http_502
http_504
http_404;
# 2 rules to dedicate the no caching rule for logged in users.
proxy_cache_bypass $wordpress_auth; # Do not cache the response.
proxy_no_cache $wordpress_auth; # Do not serve response from cache.
}
如果你想缓存内容，则采用如下配置
# Backend server definition
upstream examplebackend {
server 172.16.0.199;
}
server {
listen 80;
server_name example.com www.example.com;
# Allows letsencrypt-auto to verify domain ownership
location ^~ /.well-known/acme-challenge/ {
default_type "text/plain";
allow all;
root /var/www/letsencrypt-auto;
}
proxy_ignore_headers "Cache-Control" "Expires";
proxy_set_header Host $host;
proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
client_max_body_size 100m;
proxy_pass_header Set-Cookie;
# Catch the wordpress cookies.
# Must be set to blank first for when they don't exist.
set $wordpress_auth "";
if ($http_cookie ~* "wordpress_logged_in_[^=]*=([^%]+)%7C") {
set $wordpress_auth wordpress_logged_in_$1;
}
# Set the proxy cache key
set $cache_key $scheme$host$uri$is_args$args;
location / {
proxy_pass http://examplebackend;
proxy_cache_valid any 0;
}
这些配置文件被设计成WordPress兼容的，因为我的网站目前采用了此方式建设。
为后端的每台服务器都添加一个配置文件块，如果后端服务器对应多个网站，则只需要为主机添加不同的域名。如果想配置成缓存和非缓存混合结构，这看起来很不错，你可以配置足够的文件块来指向你后端的服务器。这里留下了一些配置内容给朋友们练习，我想以上的注释内容可以帮助完成配置。
最后还要在你的互联网出口设备上开一个端口，以便网络访问。确保公网IPv4地址的80端口可以被nginx侦听，完成此步骤后，你便拥有了一台全功能的反向代理服务器。
下面便是启用letsencrypt功能以进行SSL的配置，下面就是安装letsencrypt。
4、启用SSL功能配置
以下的操作假定使用root用户操作，首先安装letsencrypt：
$ cd ~ $ git clone https://github.com/letsencrypt/letsencrypt $ cd letsencrypt $ ./letsencrypt-auto
也许会出现“no installers are available on your OS yet; try running ‘letsencrypt-auto certonly’ to get a cert you can install manually”的提示，这也没有什么关系，忽略就是了。现在我们为openssl生成一个良好的密钥，由于要一直使用，当然选择加密位数较高的，可能花费的时间有点久，耐心等就是了。
$ cd /etc/nginx $ openssl dhparam -out dhparam.pem 4096
一旦这步完成，便可以在/root/letsencrypt目录中创建一个叫作letsencrypt_gen的脚本文件，内容如下：
#!/usr/bin/env bash
if [[ -z "$DOMAINS" ]]; then
echo "Please set DOMAINS environment variable " \
"(e.g. \"-d example.com -d www.example.com\")"
exit 1
fi
if [[ -z "$DIR" ]]; then
export DIR=/var/www/letsencrypt-auto
fi
mkdir -p $DIR && /root/letsencrypt/letsencrypt-auto certonly -v \
--server https://acme-v01.api.letsencrypt.org/directory \
--webroot \
--webroot-path=$DIR \
$DOMAINS
service nginx reload
创建完成后，用命令chmod 0755将该脚本的权限设置为可执行。然后运行此脚本以生成letsencrypt的证书文件：
$ cd ~/letsencrypt $ DOMAINS="-d example.com -d www.example.com" \ /root/letsencrypt/letsencrypt_gen
假设域名使用example.com，也就是指向nginx服务器域名序列的第一个域名。操作完成后，会在/etc/letsencrypt目录生成相应文件。现在需要在nginx的配置文件中增加相应内容以开启SSL：
server {
listen 443 ssl;
server_name example.com www.example.com;
# certificates from letsencrypt
ssl_certificate /etc/letsencrypt/live/example.com/fullchain.pem;
ssl_certificate_key /etc/letsencrypt/live/example.com/privkey.pem;
ssl_session_timeout 1d;
ssl_session_cache shared:SSL:50m;
ssl_session_tickets off;
# Diffie-Hellman parameter for DHE ciphersuites
ssl_dhparam /etc/nginx/dhparam.pem;
# modern configuration
ssl_protocols TLSv1 TLSv1.1 TLSv1.2;
ssl_ciphers 'ECDHE-RSA-AES128-GCM-SHA256:ECDHE-ECDSA-AES128-GCM-SHA256:ECDHE-RSA-AES256-GCM-SHA384:ECDHE-ECDSA-AES256-GCM-SHA384:DHE-RSA-AES128-GCM-SHA256:DHE-DSS-AES128-GCM-SHA256:kEDH+AESGCM:ECDHE-RSA-AES128-SHA256:ECDHE-ECDSA-AES128-SHA256:ECDHE-RSA-AES128-SHA:ECDHE-ECDSA-AES128-SHA:ECDHE-RSA-AES256-SHA384:ECDHE-ECDSA-AES256-SHA384:ECDHE-RSA-AES256-SHA:ECDHE-ECDSA-AES256-SHA:DHE-RSA-AES128-SHA256:DHE-RSA-AES128-SHA:DHE-DSS-AES128-SHA256:DHE-RSA-AES256-SHA256:DHE-DSS-AES256-SHA:DHE-RSA-AES256-SHA:!aNULL:!eNULL:!EXPORT:!DES:!RC4:!3DES:!MD5:!PSK';
ssl_prefer_server_ciphers on;
# HSTS (ngx_http_headers required) - 6 months
# add_header Strict-Transport-Security max-age=15768000;
# OCSP stapling
ssl_stapling on;
ssl_stapling_verify on;
# verify chain of trust of OCSP response
ssl_trusted_certificate /etc/letsencrypt/live/example.com/chain.pem;
proxy_ignore_headers "Cache-Control" "Expires";
proxy_set_header Host $host;
proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
client_max_body_size 100m;
proxy_pass_header Set-Cookie;
# Catch the wordpress cookies.
# Must be set to blank first for when they don't exist.
set $wordpress_auth "";
if ($http_cookie ~* "wordpress_logged_in_[^=]*=([^%]+)%7C") {
set $wordpress_auth wordpress_logged_in_$1;
}
# Set the proxy cache key
set $cache_key $scheme$host$uri$is_args$args;
location / {
proxy_pass http://examplebackend;
proxy_cache_valid any 0;
}
完成后，重新启动nginx，开启外网相应端口（443）。
由于letsencrypt的证书一般只有90有效期，所以要在证书失效前重新更新证书。可以使用cron命令自动设置更新证书功能/root/letsencrypt/certbot-auto renew。
现在，你的反向代理服务器便可以对example.com的SSL请求做出响应了，然后将非SSL请求传递至后端服务器。不必为后端的每台服务器都应用SSL功能，也不必购买证书。现在，你就以一个IP地址运行了多台虚拟服务器，并且每台服务器都可以是自动更新SSL证书。
应对稀缺资源
在不久之前，每个SSL站点都需要独立的IP地址，但现在SNI(Server Name Indication)技术改变了这一状况。仿佛一下了我们可以使用30个地址一样，而在10年前，同时拥有30个地址很容易受到限制的。
反向代理只有应对IPv4地址枯竭的一种技术手段之一，在采用纯端到端IPv6技术之前，我们采用此类技术可以有效的使用现有IPv4地址，从而延长其使用寿命。
诚然，我们现有没有更多的IPv4地址可以分配了，但这差不意味着我们不能再使用IPv4地址了。我们会变得更加聪明，以保证我们在没有更多IPv4地址的情况部署更多的公众应用。
同时，反向代理和下一代防火墙将有效的延长现有IPv4地址的使用期，同时，所涉及的技术也真的没有那么复杂。
