在Nginx当中支持QUIC协议

简介: Quick UDP Internet Connection(QUIC)协议是Google公司提出的基于UDP的高效可靠协议。有关协议的主要内容就不在本文过多描述了,本文主要是来讲一下,在Nginx当中如何去支持QUIC协议。由于个人水平有限,如果哪里写的不对的地方,还请各位大佬们指正。

在Nginx当中支持QUIC协议


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Quick UDP Internet Connection(QUIC)协议是Google公司提出的基于UDP的高效可靠协议。有关协议的主要内容就不在本文过多描述了,本文主要是来讲一下,在Nginx当中如何去支持QUIC协议。

由于个人水平有限,如果哪里写的不对的地方,还请各位大佬们指正。


环境准备

因为Nginx原生的版本是不带QUIC协议的支持的,因此需要自己编译一下Nginx的源码,加入相关的patch 然后才能够在Nginx当中使用QUIC协议,所以在编译之前,需要一些依赖,本文当中所有的环境不做特殊说明,均基于Ubuntu20.04TLS 当中测试。

因为后面我们用到cloudflare开源的QUIC框架 quiche,该框架基于rust语言开发的,因此我们电脑需要支持rust 环境。

  • 配置rust环境
curl --proto '=https' --tlsv1.2 -sSf https://sh.rustup.rs | sh
  • 安装其他相关的依赖
sudo apt-get install build-essential mercurial psmisc lsb-release cmake golang libunwind-dev git libpcre3-dev zlib1g-dev


可选方案

这里,我找到了两个可以让Nginx支持QUIC的方案,不排除还有其他的方案,这里仅介绍如下两个方案:

  • 「基于cloudflare的分支版本Nginx」
  • 「Nginx官方的Nginx-QUIC项目」


方案过程

基于cloudflare 的分支版本Nginx

首先,我们先来看一下cloudflare开源的quiche方案的版本,为什么要先介绍这个版本呢,因为这个开源的代码当中带有一个简易的QUIC客户端,可以通过这个客户端直接发起QUIC请求,便于我们后面搭建完成之后进行测试。

首先下载quiche的源码

git clone --recursive https://github.com/cloudflare/quiche

下载完成之后,检测一下我们的rust环境是否正常安装,我们运行一下quiche提供的一个访问的例子,后面也同样用这个例子来测试我们搭建的Nginx服务。

cargo run --bin quiche-client -- https://cloudflare-quic.com/

等待一段时间之后,发现如下的运行结果,就代表成功了。

YPP$GMA`H(J[GI`IM24OAYO.png

下载Nginx源码

这里需要下载1.16.x这个版本,通过如下的命令下载并解压Nginx的源码

curl -O https://nginx.org/download/nginx-1.16.1.tar.gz
tar xzvf nginx-1.16.1.tar.gz

应用quiche的patch

cd nginx-1.16.1
patch -p01 < ../quiche/nginx/nginx-1.16.patch

B20`ILIYQTNRO_P$7YGZSMR.png

添加构建Nginx-QUIC的支持并编译

./configure                                 \
       --prefix=$PWD/nginx                  \
       --build="quiche-$(git --git-dir=../quiche/.git rev-parse --short HEAD)" \
       --with-http_ssl_module                  \
       --with-http_v2_module                   \
       --with-http_v3_module                   \
       --with-openssl=../quiche/quiche/deps/boringssl \
       --with-quiche=../quiche
 make
 make install

简单解释一下,上面的参数

  • —prefix 这里是编译之后安装的位置
  • —build这个参数是可选的,这个参数在执行-V命令会显示编译的当前版本的哈希值
  • —with-http_v3_module 这个是支持http3协议
  • —with-openssl这里编译quic协议需要用到boringssl所以这里制定用到的ssl的路径
  • —with-quiche这里是用到quiche这个库

image.gifW[YLFS}5WA{FVQA_ZGMA_IT.png

配置完成之后,看到如下的内容,代表这里配置完成了,如果没看到,大概率是哪里有错误,是编译不过的。(我在Mac上没编译过,如果有大佬知道应该怎么处理,欢迎和我交流)

执行编译之后,可能要等待一点点时间,时间不会太长,基本上一分钟以内应该就能搞定了,看到如下的输出,就代表咱们这个编译成功了。

image.gif05Q3)D${7S]9J@9F)CE[3QC.png

最后执行完make install之后,就会在我们之前预设的目录看到编译之后的文件了。

image.gif

运行测试

这里,对于QUIC协议来说,是需要一个证书的,这里我们来偷个懒,直接用quiche里面的测试代码当中的证书,然后我们访问的时候忽略掉证书的验证这样就可以了。如果是正常的使用,大家要去申请ssl证书,并配置域名,这里就是学习,自签名的证书就够了。

  • 打开conf/nginx.conf进行配置
events {
    worker_connections  1024;
}
http {
    server {
        # Enable QUIC and HTTP/3.
        listen 443 quic reuseport;
        # Enable HTTP/2 (optional).
        listen 443 ssl http2;
        ssl_certificate      cert.crt;
        ssl_certificate_key  cert.key;
        # Enable all TLS versions (TLSv1.3 is required for QUIC).
        ssl_protocols TLSv1 TLSv1.1 TLSv1.2 TLSv1.3;
        # Add Alt-Svc header to negotiate HTTP/3.
        add_header alt-svc 'h3=":443"; ma=86400';
    }
}

这里的配置来自于quiche给出的案例配置,有关其他的详细参数,可以去参考如下的链接:

https://github.com/cloudflare/quiche/blob/master/nginx/README.md

注意: 这里的证书路径需要自己去配置一下成为自己的证书路径。

  • 启动Nginx
./sbin/nginx
  • 查看一下端口的开放情况
lsof -i:443

U$2R~CRY[JQL~3A1LGRJ~(6.png

  • 测试一下是否能够正常访问
cargo run --bin quiche-client -- https://127.0.0.1 --no-verify

这里需要添加—no-verify这个参数,否则证书校验不过会出现如下的错误:

image.gif%76UH@][CU9UN]AISC`H9TE.png

好了,到这里,我们采用cloudflare开源的quiche方案就介绍完成了,整个过程还是比较顺利的。

「Nginx官方的Nginx-QUIC项目」

下面我们来看一下Nginx官方的方案,采用这个方案,我们需要自己去下载BoringSSL的源码并编译

下载并编译BoringSSL

git clone https://github.com/google/boringssl.git
mkdir build
cd build
cmake ../
make

这里,这个库用到了golang的环境,如果国内访问速度感人的话,建议某种方式上网或者切换到国内镜像

go env -w GOPROXY=https://goproxy.cn,direct

这里需要稍等一会儿,就编译好了,速度取决于电脑了,编译完成之后的目录结构如下:

}PK2ICQ5H[93_V0%U5P][BH.png

编译Nginx-QUIC

wget https://hg.nginx.org/nginx-quic/archive/tip.zip
unzip tip.zip
cd nginx-quic-55b38514729b
./auto/configure --prefix=$PWD/nginx --with-http_ssl_module --with-http_v2_module --with-http_v3_module --with-cc-opt="-I../boringssl/include" --with-ld-opt="-L../boringssl/build/ssl -L../boringssl/build/crypto"
make 
make install

这里的编译参数和quiche类似,就不在重复赘述了,运行完成之后,我们就可以得到编译之后的Nginx了。

同样的,执行完./configure之后需要看到如下的内容才算编译成功。

image.gif

这里最终编译之后的文件和quiche是一样的,然后我们按照同样的方法进行一下测试。

运行测试

这里注意一下,配置文件需要稍微改改, 在conf/nginx.conf如下所示,具体不同的地方参考注释:

events {
    worker_connections  1024;
}
http {
    server {
        # Enable QUIC and HTTP/3. 这里和quiche不同,需要设置为http3
        listen 443 http3 reuseport;
        # Enable HTTP/2 (optional).
        listen 443 ssl http2;
        ssl_certificate      cert.crt;
        ssl_certificate_key  cert.key;
        # Enable all TLS versions (TLSv1.3 is required for QUIC).
        ssl_protocols TLSv1 TLSv1.1 TLSv1.2 TLSv1.3;
        # Add Alt-Svc header to negotiate HTTP/3.
        add_header alt-svc 'h3=":443"; ma=86400';
    }
}

依然采用queche的客户端进行一下测试:

IA3OOMIV]$GE%LAP53IYFRO.png

到这里,如何让Nginx支持QUIC协议的两种办法就都介绍完成了,至于为什么不用浏览器访问测试呢,原因是因为,如果我关闭掉http2的支持,Chrome就直接没法访问这个地址了,具体原因我也不太清楚,我已经在chrome://flags当中开启了QUIC的支持,不知道是不是我配置的原因,如果有成功的大佬也欢迎告诉我。

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