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ngx_stream_geo_module在传输层实现高性能 IP Region 路由

news 来源：原创 2025/6/8 5:39:33

一、模块定位与核心价值

层次：工作在 Stream (TCP/UDP) 层，和 ngx_http_geo_module 的 L7 语义互补。
作用：基于客户端 IP 前缀 / 范围生成一个 Nginx 变量，可在后续 proxy_pass、map、limit_conn、access 等指令中使用，实现按国家/IDC/网段做链路分流、限速、灰度等策略。
性能：所有映射在 启动时一次性 构建基于前缀树的内存索引，请求路径 0 拷贝、0 分支，对高并发 TCP 代理几乎无额外开销。官方曾专门修补内存分配失败与未初始化访问导致的极端崩溃问题，稳定性已被大规模生产验证。

二、典型落地场景

场景	变量取值	策略示例
多活 IDC 就近接入	`$region` = 0/1/2	内网负载均衡：上海联机流量转向 `upstream sh_cluster`，北京流量转向 `bj_cluster`
金融合规 IP 白名单	`$risk` = safe / block	对高风险网段强制断链；安全网段放通 7001 端口
物联网 MQTT Broker	`$country` = CN / EU / US	国别维度限速、强制 TLS、或变更 Keepalive 参数

三、指令语法与参数

指令	语法	关键点
`geo`	`geo [$addr] $var { ... }`	`$addr` 默认 `$remote_addr`；可改为 `$arg_remote_addr` 等任意变量
块参数	`default` `delete` `include` `ranges`	`ranges` 告诉解析器后续条目是连续 IP 段，加载更快

最精确匹配优先：IP 与多条记录匹配时，总是返回最长掩码或最窄区段对应的值。

四、核心原理拆解

字典结构：普通 CIDR 用 二叉前缀树，ranges 模式改为 二分查表；两者均在 master 进程启动期构建。
惰性求值：变量仅在被引用时查表；若未使用则完全不耗 CPU。
容错策略：当被匹配字符串无法解析为 IP 时，内部自动使用 255.255.255.255，从而命中 default。

五、实战配置示例

# 1) 定义国别变量
geo $country {default        ZZ;            # 未知include        /etc/nginx/geo/qqwry_cn.conf;include        /etc/nginx/geo/qqwry_us.conf;127.0.0.1/32   CN;            # 内部调试
}# 2) TCP 代理 MySQL 并按国别限速
stream {log_format  geo '$remote_addr [$country] $status $bytes_sent';limit_conn_zone $country zone=per_cc:10m;upstream mysql_pool { server 10.0.0.10:3306; }server {listen 3306 reuseport;# 每个国家并发连接上限limit_conn per_cc 500;# 国外连接带宽限速 1MiB/s；国内不限if ($country != CN) { set $limit_rate 1m; }proxy_pass mysql_pool;access_log /var/log/nginx/mysql_geo.log geo;}
}

要点说明

使用 include 将百万级 IP 段分散到多文件，热更新时仅改动单文件后 nginx -s reload 即生效。
limit_conn_zone 可用 $country 直接做 key，实现跨连接共享的限流。
如果数据库监听 UNIX-Domain Socket，可把 $addr 换为 $proxy_protocol_addr 兼容 PROXY 协议。

六、使用 ranges 优化加载速度

当同一国家拥有大量连续 B 段时，将文件预处理为 start-ip end-ip 形式并加 ranges;：

geo $country {ranges;default ZZ;include /etc/nginx/geo/ranges_cn.conf;  # 文件已按 IP 升序
}

官方基准：百万级条目从磁盘到常驻内存 < 1 s，极大缩短 CI/CD 发布窗口。

七、与 GeoIP/GeoIP2 模块的差异

特性	`stream_geo`	`http_geoip2`
数据来源	手工 CIDR / ranges	MaxMind MMDB
依赖	无（内置实现）	需第三方动态模块
查询维度	单字段，返回自定义值	多字段（国家、城市、ASN…）
典型用途	内网网段标记、IDC 分组、合规白名单	Web 大区重定向、广告投放、内容分发

当只需 快速分段 或 业务自定义标签 时，stream_geo 更轻量；若需全球精确地理信息，可在上游负载均衡器使用 GeoIP2，再透传结果给 Stream 模块。

八、常见坑与调优

顺序不当：把 default 写在最前会导致所有连接直接命中默认值，务必放在最后。
未排序文件 + ranges：加载速度取决于升序排序；乱序会让构建 O(N log N)，影响启动。
IPv4 映射 IPv6：升级到 1.25.0-plus 及以上可避免老版本在 ::ffff:1.2.3.4 场景下匹配异常。([mailman.nginx.org][2])
热更新文件：在外部脚本生成新文件后先 nginx -t，再软链切换，可确保无缝 reload。

九、结语

ngx_stream_geo_module 让我们在 L4 代理 里也能像 HTTP 层一样进行精准的 IP 标签化与策略分发，不必依赖外部防火墙或 GeoIP 数据库，即可轻松实现 IDC 分流、国别限速、风控白名单等高级玩法。理解其 最精确优先匹配 与 惰性求值 原理，再配合 include / ranges 组织大规模网段，就能在保证启动速度与运行性能的同时，做到配置简洁、逻辑清晰、上线安全。