端口复用：实现同一端口代理不同的后端服务

在网络通信中，端口是用于区分不同服务的重要资源。通常，每个服务会绑定到一个特定端口上，但有时我们需要通过同一个端口来代理不同的服务。这种技术被称为端口复用。本文将介绍端口复用的场景、用途、协议特性，并分别使用 Nginx 和 HAProxy 进行端口复用配置。

端口复用的场景与用途

端口复用在以下场景中非常有用：

1. 资源限制：在IP地址和端口资源有限的环境中，通过同一端口提供多个服务可以最大化利用现有资源。
2. 简化配置：简化客户端配置，使其无需关心不同服务使用不同端口的问题。
3. 负载均衡与高可用性：在负载均衡器或反向代理服务器上，通过同一端口代理不同的后端服务，提高服务的可用性和可靠性。

协议特性

端口复用的实现依赖于协议特性。通过分析协议的特定字段或数据包的前几个字节，可以判断请求的类型并将其转发到相应的后端服务。

通过wireshark抓包来分析协议特性，下面是分析mysql协议特性的例子：

从抓包中，可以发现mysql握手包前面5个字节是相对固定的0x490000000a，特别需要注意的是，mysql握手包的第一个字节表示包长度，在不同的版本中，长度可能是不一样的，比如说在8.0.38版本中，前一个字节是0x4a，需要你抓包确认。

特别说明一下，MySQL不能做端口复用，你抓包看MySQL的协议交互会发现，TCP三次握手之后，第一个包是服务端向客户端发的，这种交互方式在代理层是无法做数据判断的。

以下是一些常见协议的特性示例：

在http协议中，数据包的前几个字节是GET, POST,PUT,DELETE等，因为长度不一样，通常分析前3字节即可。

使用Nginx实现端口复用

Nginx是一款高性能的HTTP和反向代理服务器。通过结合Nginx的Stream模块和Lua脚本，我们可以根据payload的前几个字节实现端口复用。

安装必要的软件

首先，确保你安装了带有Lua支持的Nginx，推荐使用OpenResty，它集成了Nginx和LuaJIT。

配置OpenResty

以下是一个OpenResty的配置示例：

stream {
    lua_shared_dict protocol_cache 10m;

    upstream redis_backend {
        server localhost:6379;
    }
    
    upstream http_backend {
        server localhost:80;
    }
 
    upstream ssh_backend {
        server localhost:22;
    }

    lua_add_variable $backend;
    server {
        listen 3000;
        preread_by_lua_block {
            local sock = ngx.req.socket()
            local data, err = sock:peek(3)  -- 读取数据包前3个字节
            if not data then
                ngx.log(ngx.ERR, "接收数据失败: ", err)
                return ngx.exit(ngx.ERROR)
            end

            -- 判断payload内容
            if data == "\x47\x45\x54" or data == "\x50\x4f\x53" or data == "\x50\x55\x54" or data == "\x44\x45\x4c" or data == "\x4f\x50\x54" or data == "\x48\x45\x41" or data == "\x43\x4f\x4e" or data == "\x54\x52\x41" then  -- http
                ngx.var.backend = "http_backend"
            elseif data == "\x2a\x32\x0d" then -- redis
                ngx.var.backend = "redis_backend"
            elseif data == "\x53\x53\x48" then -- ssh
                ngx.var.backend = "ssh_backend"
            end
        }
        proxy_pass $backend;
    }
}

使用HAProxy实现端口复用

HAProxy是一款高性能的TCP/HTTP负载均衡器。通过配置HAProxy，我们也可以根据payload内容实现端口复用。

安装HAProxy

确保你已经安装了HAProxy，可以使用包管理器进行安装，如apt-get install haproxy。

配置HAProxy

以下是一个基于TCP协议的示例配置：

frontend main_front
    bind *:3000
    mode tcp
    tcp-request inspect-delay 5s
    
    acl is_http req.payload(0,3) ‐m bin 474554 504f53 505554 44454c 4f5054 484541 434f4e 545241
    acl is_redis req.payload(0,3) ‐m bin 535348
    acl is_ssh req.payload(0,3) ‐m bin 535348
    use_backend http_backend if is_http
    use_backend redis_backend if is_redis
    use_backend ssh_backend if is_ssh
    default_backend another_backend

backend http_backend
    mode tcp
    server server1 localhost:80

backend redis_backend
    mode tcp
    server server1 localhost:6379

backend ssh_backend
    mode tcp
    server server1 localhost:22

backend another_backend
    mode tcp
    server server1 localhost:9000

小结

端口复用能够在资源受限的环境中提高服务的灵活性和可用性。通过分析协议特性，我们可以在同一端口上代理不同的服务。Nginx和HAProxy都提供了强大的功能来实现这一需求，HAProxy配置更简单明朗。