使用 Raspberry Pi 4 Model B 做反向代理伺服器

Sep 8, 2023 · 2 min read · system-design devops  ·
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目標是要使用硬體 Raspberry Pi 4 Model B - 8G 來做反向代理伺服器，並且服務需要可以轉發 TCP 與 UDP。此方案適用於少人數的反向代理伺服器，且成本較低。

初始化

由於是反向代理伺服器，所以需要 IP 固定。硬體為 Raspberry Pi 4 Model B，安裝了 OS ubuntu 22.04，設定方式如下。

1apt -y update && apt upgrade # 主機套件更新
2ip a # 確認網路卡為 eth0
3vim /etc/netplan/50-cloud-init.yaml

 1network:
 2    ethernets:
 3        eth0:
 4            dhcp4: no
 5            addresses:
 6              - 192.168.1.100/24  # Set your desired static IP address and subnet mask
 7            routes:
 8              - to: 0.0.0.0/0  # Define the default route
 9                via: 192.168.1.1  # Set your gateway/router IP address
10            optional: true
11    version: 2

1netplan apply # 重新啟動服務

issue

發現一個現象，當 DHCP 和靜態 IP 同時存在時的網路行為問題。

透過設定 IP address，可以發送非本地的 IP。當設定 dhcp4: yes 且配置了 addresses 時，會是 dhcp 還是 static IP？測試下來機器的 IP 會是 dhcp 所配的 IP；發出去的封包會是以 addresses 所設定，且這現象無法跨網段.

從上面的範例為案例，紀錄測試的結果，如下:

  1. dhcp 使用的網段是 192.168.1.0/24 被分配到的 IP 是 192.168.1.195，addresses 設定的是 192.168.1.100 的話，發出去的封包來源 IP 會是 192.168.1.100.
  2. dhcp 使用的網段是 192.168.1.0/24 被分配到的 IP 是 192.168.1.195，addresses 設定的是 192.168.2.100 的話，發出去的封包來源 IP 會是 192.168.1.195.

分析

同時啟用 DHCP 和靜態 IP 時，系統獲取 DHCP 的 IP 但發送封包的來源 IP 選擇取決於目的地與靜態 IP 的網段關係，是符合 Linux 核心處理多 IP 介面和來源 IP 選擇規則的可能行為。

  1. 一個介面可以有多個 IP： Linux 允許一個網路介面綁定多個 IP 位址，即使它們屬於不同的子網路。
  2. DHCP 的作用： 當 dhcp4: yes 時，DHCP 客戶端會向伺服器請求 IP 位址、子網路遮罩、預設閘道、DNS 伺服器等資訊，並將這些設定應用到介面上。通常，DHCP 分配的 IP 會被視為該介面的主要 IP。
  3. 靜態 addresses 的作用： 當同時設定 addresses 時，這些 IP 位址會被添加到該介面上，成為介面的次要 IP。
  4. 來源 IP 的選擇 (Source Address Selection)： 當系統要發送一個網路封包時，如果介面有多個 IP，Linux 核心會根據一套規則來決定使用哪個 IP 作為封包的來源 IP。這些規則考慮了：
    • 目的地 IP： 如果目的地 IP 在介面某個 IP 的子網路內，系統會傾向於使用該子網路的 IP 作為來源。
    • 路由表： 封包會根據路由表決定從哪個介面發出，來源 IP 通常會選自該出站介面上的 IP。
    • IP 範圍和作用域 (Scope)： 例如，本地環回地址不會用於外部通訊。
    • 偏好設定或策略路由 (Policy Routing)： 雖然在這個簡單的 netplan 設定中可能不明顯，但在複雜的設定中可以更精確地控制來源 IP。

反向代理伺服器

Nginx

結果: 成功代理，upstream 收到的都是 reverse proxy 的 IP

官方演示 # TCP and UDP Load Balancing

 1apt install nginx
 2cd /etc/nginx
 3cp -rf nginx.conf nginx.conf.origin
 4cat >> sites-available/default << EOF
 5stream {
 6    upstream backend {
 7#        hash $remote_addr consistent;
 8        server 192.168.1.133:80 weight=5;
 9    }
10
11    upstream dns {
12#       hash $remote_addr consistent;
13       server 192.168.1.133:53;
14    }
15
16    server {
17        listen 80;
18        proxy_pass backend;
19    }
20
21    server {
22        listen 53 udp reuseport;
23        proxy_pass dns;
24    }
25}
26EOF

HAProxy

結果: 失敗代理，不支援 UDP.

1apt install haproxy
2vim /etc/haproxy/haproxy.cfg

1frontend external_tcp
2    bind *:80
3    mode tcp
4    default_backend internal_tcp
5
6backend internal_tcp
7    mode tcp
8    server webserver1 192.168.1.133:80

1service haproxy restart
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