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混合云架构下的动态 IPv6 智能加速实践：从家庭网络到全球分发的低成本部署指南

🌍简体中文 领域-网络运维 精选
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此文也作为本站网络架构分享

图片是架构完全体展示
（图片可点击后放大查看）

global-traffic-arch

  • 图片中“阿里云服务器”可以换为其他任意有公网 IPv4 的云服务器
  • 灵活参考，实际部署可以仅采取其中部分线路
  • 欢迎评论区留言讨论
图像生成源码 
@startuml
left to right direction

actor 访客 as visitor

package "互联网" {
  note "博客域名" as blog_address #orange

  node "DNS服务器" as dns {
    component "境内 cname 解析" as cname_cn
    component "境外 cname 解析" as cname_intl
  }
}

node "境内CDN" as cdn #lightblue {
  component "CDN提供的域名" as cdn_address #orange
  component "主回源地址\n(填写阿里云服务器IPv4地址)" as primary_origin #lightblue
  component "备用回源地址\n(填写CF提供的泛播域名)" as backup_origin #lightblue
}

node "阿里云服务器" as aliyun {
  component "FRP服务端" as frps #palegreen {
    component "四层转发" as layer4_forwarding #palegreen
  }
}

node "家庭网络" as home {
  component "FRP客户端" as frpc #palegreen
  component "服务器" as home_server_1 {
    note "实际部署中，这是一台树莓派3b+" as raspberry_pi_note #yellow
    component "Nginx" as home_nginx #pink {
      component "SSL证书\nacme自动续期" as ssl_cert #pink
    }
    component "动态公网IPv6" as ipv6
    component "ddnsgo服务" as ddnsgo
  }
  
  component "其他内网服务器" as internal_server
}

node "Cloudflare" as cf #skyblue {
  note "CF要求: SaaS回源域名(回退源)是一个在 Cloudflare 的 DNS 管理区域中创建的，并且启用了 Cloudflare 的代理功能的域名" as cf_note #yellow
  component "CF提供的泛播域名" as anycast_address #orange
  component "DNS托管" as cf_dns #skyblue {
    component "SaaS回源域名\nAAAA记录" as aaaa_record #skyblue
  }
}

note "SaaS回源域名\n已开启CF代理\n(IPv4/IPv6双栈)" as saas_origin_address #orange

visitor --> blog_address : 访问博客
blog_address --> dns : DNS查询

dns --> cname_cn : 境内解析分流
dns --> cname_intl : 境外解析分流

cname_cn --> cdn_address : 境内流量
cdn_address --> primary_origin : 主回源
primary_origin --> frps : HTTPS回源\n(443)
frps --> layer4_forwarding : 四层转发\n(TCP)
layer4_forwarding --> frpc : FRP隧道\n(7000等端口)
frpc --> home_nginx : 本地转发\n(443)

cdn_address --> backup_origin : 备用回源
backup_origin --> anycast_address : 回源请求
anycast_address --> saas_origin_address : 根据Host头，回源到SaaS回源地址
aaaa_record --> home_nginx : HTTPS回源\n(443)
cname_intl --> anycast_address : 境外流量
saas_origin_address -> aaaa_record

ipv6 <-- ddnsgo : 监测变化
ddnsgo --> aaaa_record : 更新AAAA记录

home_nginx --> ssl_cert
ssl_cert --> internal_server : 根据Host头反向代理\nHTTP转发(80)

aliyun -[hidden]-> cf
@enduml

完全体架构优势

  1. 成本低

    • 额外成本
      • 第二域名（一年换一个都行，哪个价格低选哪个）
    • 非额外成本
      • 主域名
      • 云服务器（ICP 备案时用的那个服务器即可）（我使用的是阿里云一年 99 元的服务器）
      • 国内 CDN（ICP 备案后可以直接免费用，小站免费额度够用）

  2. 访问速度快

    • 最佳状态：国内 CDN + 回源到自建 frp 服务
    • 部分故障：国内 CDN + 回源到 Cloudflare（自建 frp 服务/云服务器出现故障：导致回源速度减慢）
    • 严重故障：Cloudflare 直接代理（境内 CDN 被攻击到流量上限/境内 CDN 无法使用：切换 DNS 全走 Cloudflare 路径）

  3. 隐藏源 IP 防范 DDoS 攻击

    • 云服务器源站 IPv4 仅有国内 CDN 知道
    • 家里云源 IPv6 仅有 Cloudflare 知道

  4. 智能分流抗攻击

    • 国内流量走国内 CDN
    • 国外流量走 Cloudflare：利用 Cloudflare 提供应用防火墙能力

  5. 稳定性好

    • 多路径

      • DNS 国内外分流解析

        1. 针对性加速国内外流量，加快访问速度。
        2. 借助免费的 Cloudflare 服务做防火墙抵御境外 DDOS 攻击。
        3. 配合脚本可保证在国内 CDN 失效情况下自动容灾切换，保证站点可访问性。相关文章：脚本分享：CDN 流量触顶后自动切换至 Cloudflare

      • CDN 主备双回源机制实现在 frp 服务不可用的情况下自动容灾切换。

    • 即使家里云源头出现故障，也能让站点保持可访问状态
      • 可启用 Cloudflare Always Online 功能
      • 如果全站缓存进了 CDN（包括页面文档），那即使源出现故障，也可以访问页面

  6. 家里云实现零成本服务器托管，不受限于云服务器羸弱的性能以及较低的带宽

  7. 安全合规架构

    • 全链路 HTTPS 加密

  8. 可满足国内备案合规性要求

  9. 其他优势

    • 自动申请/续期 SSL 证书。本地部署到位后，唯一需要同步的地方是国内 CDN。减少运维复杂度，降低泄露风险。（同步到国内 CDN 可以手动/使用工具自动同步）（可自动申请/同步到 CDN 的工具举例：Certimate，CertD）
    • 本地新增服务操作简易，仅需要在本地 Nginx 新增反向代理即可。（Nginx 根据主机头（Host 头）区分不同流量，进行反向代理）

建设前需要了解的一些知识

此部分属于知识点同步，并不是部署资源要求。

  1. 我的目的地为家里的电脑，没有公网 IPv4，但有公网动态 IPv6
  2. ICP 备案后有免费境内 CDN 可用
  3. 免费 CDN 支持 IPv4 地址回源，IPv6 地址回源，域名回源（不支持解析到 IPv6 地址的域名）
  4. 一般来说为了 ICP 备案，会买一台性能羸弱，带宽极小的云服务器
  5. Cloudflare 启用代理可将 IPv6 only 转换为 IPv4+IPv6 双栈
  6. 很多人没有 IPv6 只有 IPv4，所以 IPv6 Only 会让很多人无法访问
  7. 自建免费的 ddnsgo 服务可以自动将家里的公网动态 IPv6 绑定到域名上
  8. 四层转发（TCP）可以直接转发 HTTPS 流量，无需部署 SSL 证书在用于转发的服务器上
  9. 阿里云会检测 HTTP 明文流量：host 头域名没 ICP 备案，被阿里云检测到会拦掉然后出现一个页面提醒你备案。
  10. frps 的状态面板，本地 Nginx 网关的日志，都是用来观察是否成功配置转发的好工具。
  11. 我没找到好用的直接修改 Host 头的浏览器插件，于是巧用本地 hosts 文件修改测试转发是否正常工作。（hosts 文件填云服务器地址用于测试 frp 转发是否可用。hosts 文件填网关 Nginx 地址测本地转发是否可用）
  12. 本站文章有目录功能

路线 A

最简单的路线，就是用 ICP 备案时的云服务器自建一个 frp 服务器。
云服务器部署 frps 软件，本地部署 frpc 软件。
通过 ICP 备案后可免费使用的国内 CDN 或者直接 DNS 解析到云服务器即可访问站点。

具体如何建设不多阐述，网上相关教程很多，这并不是本文的重点。

要逐步建设上面“完全体”，请看路线 B。

路线 B 第一步 - 最基础的建设方案

这一步需要的资源：主域名、能访问上 Cloudflare 后台、本地部署 DDNS-GO 服务

  1. 主域名 CDN 托管到 Cloudflare
  2. 本地部署 DDNS-GO 绑定域名甲，指向本地动态公网 IPv6（这个 IPv6 可以直接是你部署网站的服务器，也可以是你的网关关 Nginx）
  3. 启用 Cloudflare 代理，将 IPv6 Only 转换为 IPv4+IPv6 双栈

必要步骤：本地部署 SSL 证书
注：你可以自己部署能免费自动申请 SSL 证书的服务，来避免 SSL 证书过期，如：宝塔面板自动申请、1Panel 面板自动申请、acme.sh、CertD、Certimate 等

  1. 本地动态公网 IPv6 指向的服务器要保证已部署 SSL
  2. Cloudflare 面板中，SSL/TLS 设置要设置为“完全（严格）”或“完全”。
    • 如果你设置为“灵活”，要保证本地动态公网 IPv6 指向的服务器能通过 HTTP 回源（比如相关设置要设定为“HTTP 可直接访问”而不是“HTTP 自动跳转为 HTTPS”，后者会导致“重定向次数过多”错误）

看起来很美好，可惜国内访问速度及其慢（3s+反应速度，传输速率低）

路线 B 第二步 - ICP 备案后用免费国内 CDN 加速

这一步需要的资源：完成域名 ICP 备案

注：域名甲、域名乙均为主域名的子域名（当然也可以是 @）

  1. 打开多吉云\又拍云（或其他能免费使用的国内 CDN），准备加速域名甲，回源设置为域名乙（上面的 DDNS-GO 绑定也要改成域名乙
  2. 原本域名甲的 cname 解析设置为 CDN 提供的域名

配置注意点：域名乙一定要启用 Cloudflare 代理，将 IPv6 only 转换为 IPv4+IPv6 双栈。这些 CDN 明确说明设置域名回源时，不支持解析到 IPv6 Only 的域名。

在国内 CDN 加速的效果下：除了第一次访问需要回源，速度较慢，后续访问可以用秒开来形容。

注意：如果你 CDN 配置的合适，全部的资源，包括页面的文档（Chrome DevTools 的 network 中显示为 document）也能被 CDN 缓存分发。那么到这一步你的站点网络访问情况就非常好了。再通过精妙的设置定期回源刷新，或者手动去 CDN 后台管理进行刷新和预热，那体验可以非常棒了。

路线 B 第三步 - 使用闲置的服务器自建 Frp 加速回源

这一步需要的资源：一台有公网 IPv4 的云服务器（能部署 frps 即可）、本地部署 frpc 服务

  1. 云服务器上部署 frps 服务，本地部署好 frpc 服务
  2. 云服务器 443 和 80 端口让出来给 frps 用。frpc配置直接选择tcp 转发，本地 x.x.x.x:80 连接到远程端口 80 ，本地 x.x.x.x:443 连接到远程端口 443 。这样访问云服务器的 80 端口的流量就会转到本地 x.x.x.x:80 ，访问云服务器的 443 端口的流量就会转到本地网关 x.x.x.x:443
    • 实测 Nginx stream 模块四层转发没成功转发443，实测只成功转发 80，如果你能配置成功，用 Nginx 做转发到 frps 服务也可以，就不需要 frps 服务占用 443 和 80 端口了
    • 这个 x.x.x.x 可以直接是你部署网站的服务器，也可以是你的网关关 Nginx（如果 frpc 和网关 Nginx 部署在同一台机子上，直接换成 0.0.0.0 即可）
  3. CDN 设置 IPv4 回源，填服务器提供的公网 IPv4
  4. CDN 可以设置备用路线，设置为域名乙
    • 本地配置 SSL 中间使用四层转发的好处就体现出来了。因为 CDN 要求主备回源协议一致。除非你是 Cloudflare 企业用户，否则 SSL/TLS 设置无法选择“严格（仅 SSL 源服务器拉取）”，这就要求你必须使用 HTTPS 协议回源

此时你 CDN 回源主要走自建的 frp 服务，反应速度已经相当快了。
同时 CDN 备用源走 Cloudflare 路线，保证在 frp 服务无法正常工作的情况下，站点也能正常回源。

现在唯一的问题是国外流量也会走国内 CDN，抗攻击能力和访问速度上还有待提高。

路线 B 第四步 - 通过自定义主机名（Cloudflare for SaaS）和国内 CDN 实现国内外分流

这一步需要的资源：第二个域名（可以选择非常便宜的域名后缀）、能访问上 Cloudflare 后台、能使用国内 CDN（比如阿里云 DNS、腾讯 DNSPod）

Cloudflare for SaaS 是怎么一回事

简单的说明：自定义主机名（Cloudflare for SaaS）保证你可以让 DNS 不托管在 Cloudflare 的域名能使用 Cloudflare 泛播，代理功能的服务。

情景模拟加深理解：假设这个 DNS 不托管在 Cloudflare 的域名叫域名 A。同时域名 B 的 DNS 托管在 Cloudflare 上。

域名 B 设置为 Cloudflare for SaaS 的回源域名（回退源），通过 a/aaaa 记录解析到实际的家庭服务器，然后启用 Cloudflare 代理功能（这是 Cloudflare 要求，回退源必须是一个在 Cloudflare 的 DNS 管理区域中创建的，并且启用了 Cloudflare 的代理功能的域名）。
域名 A 的 DNS 解析设置 cname 记录为 Cloudflare 泛播域名或 a 记录设置为 Cloudflare 泛播 IP（这就是所谓 Cloudflare 优选 IP 发挥作用的地方）。

当访客访问域名 A，DNS 解析后，实际访问 Cloudflare 泛播 IP/域名。Cloudflare 手动请求后，根据你的 Host 头（此处是域名 A），Cloudflare 就会把访客的流量导到实际的 SaaS 回源域名。再通过 SaaS 回源域名的 DNS 记录解析到实际的家庭服务器。

部署流程

  1. 购买的第二个域名托管 DNS 到 Cloudflare 上（建议用一个子域名用于回退，方便管理），DDNS-GO 将这个子域名（后用域名 C 指代这个子域名）的 AAAA 解析设定为实际的家庭服务器，并且开启 Cloudflare 代理（Cloudflare 要求）。
  2. 主域名托管到国内 DNS 上（国内 DNS 基本标配国内外分流功能）。
  3. 进入 Cloudflare 的管理面板，中你的第二个域名，找到 SSL/TLS（记得调整“概述”中“SSL/TLS 加密”情况，路线B第三步第四小步里已说过要点，不在此处重复叙述），下面的“自定义主机名”，“回退源”输入框下输入域名 C，“回退源状态：有效”就没问题。然后点击“添加自定义主机名”按钮，“自定义主机名”填写你的主域名，后面按需求填写，之后按照 Cloudflare 的要求在主域名 DNS 添加 TXT 记录验证即可。
  4. 主域名 DNS 设置境内 cname 解析到国内 CDN 提供的 cname 地址，境外解析到设置自定义主机名时 Cloudflare 提供的 cname 地址。
  5. CDN 设置备用路线设置为域名 C

恭喜你！如果做到这一步就已经完全部署完毕了，享受部署好的网络吧。

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