.NET Tips | محدود سازی نرخ دسترسی به منابع در برنامه‌های ASP.NET Core - قسمت دوم

اندازه‌ی قلم متن

تخمین مدت زمان مطالعه‌ی مطلب: یازده دقیقه

در قسمت قبل با مفاهیم، اصطلاحات و الگوریتم‌های مرتبط با میان‌افزار جدید Rate limiting مخصوص ASP.NET Core 7 آشنا شدیم که در پشت صحنه از امکانات موجود در فضای نام System.Threading.RateLimiting استفاده می‌کند. در این قسمت نحوه‌ی استفاده‌ی از آن‌را مرور خواهیم کرد.

روش افزودن میان‌افزار RateLimiter به برنامه‌های ASP.NET Core

شبیه به سایر میان‌افزارها، جهت فعالسازی میان‌افزار RateLimiter، ابتدا باید سرویس‌های متناظر با آن‌را به برنامه معرفی کرد و پس از فعالسازی میان‌افزار مسیریابی، آن‌‌را به زنجیره‌ی مدیریت یک درخواست معرفی نمود. برای نمونه در مثال زیر، امکان دسترسی به تمام درخواست‌ها، به 10 درخواست در دقیقه، محدود می‌شود که پارتیشن بندی آن (در مورد پارتیشن بندی در قسمت قبل بیشتر بحث شد)، بر اساس username کاربر اعتبارسنجی شده و یا hostname یک کاربر غیراعتبارسنجی شده‌است:

var builder = WebApplication.CreateBuilder(args);

builder.Services.AddRateLimiter(options =>
{
    options.GlobalLimiter = PartitionedRateLimiter.Create<HttpContext, string>(httpContext =>
        RateLimitPartition.GetFixedWindowLimiter(
            partitionKey: httpContext.User.Identity?.Name ?? httpContext.Request.Headers.Host.ToString(),
            factory: partition => new FixedWindowRateLimiterOptions
            {
                AutoReplenishment = true,
                PermitLimit = 10,
                QueueLimit = 0,
                Window = TimeSpan.FromMinutes(1)
            }));
});

// ...

var app = builder.Build();

// ...

app.UseRouting();
app.UseRateLimiter();

app.MapGet("/", () => "Hello World!");

app.Run();

توضیحات:
- فراخوانی builder.Services.AddRateLimiter، سبب معرفی سرویس‌های میان‌افزار rate limiter به سیستم تزریق وابستگی‌های ASP.NET Core می‌شود.
- در اینجا می‌توان برای مثال خاصیت options.GlobalLimiter تنظیمات آن‌را نیز مقدار دهی کرد. GlobalLimiter، سبب تنظیم یک محدود کننده‌ی سراسری نرخ، برای تمام درخواست‌های رسیده‌ی به برنامه می‌شود.
- GlobalLimiter را می‌توان با هر نوع PartitionedRateLimiter مقدار دهی کرد که در اینجا از نوع FixedWindowLimiter انتخاب شده‌است تا بتوان «الگوریتم‌های بازه‌ی زمانی مشخص» را به برنامه اعمال نمود تا برای مثال فقط امکان پردازش 10 درخواست در هر دقیقه برای هر کاربر، وجود داشته باشد.
- در پایان کار، فراخوانی app.UseRateLimiter را نیز مشاهده می‌‌کنید که سبب فعالسازی میان‌افزار، بر اساس تنظیمات صورت گرفته می‌شود.

برای آزمایش برنامه، آن‌را اجرا کرده و سپس به سرعت شروع به refresh کردن صفحه‌ی اصلی آن کنید. پس از 10 بار ریفرش، پیام 503 Service Unavailable را مشاهده خواهید کرد که به معنای مسدود شدن دسترسی به برنامه توسط میان‌افزار rate limiter است.

بررسی تنظیمات رد درخواست‌ها توسط میان‌افزار rate limiter

اگر پس از محدود شدن دسترسی به برنامه توسط میان افزار rate limiter از status code = 503 دریافتی راضی نیستید، می‌توان آن‌را هم تغییر داد:

builder.Services.AddRateLimiter(options =>
{
    options.RejectionStatusCode = 429;

    // ...
});

برای مثال بسیاری از سرویس‌ها بجای 503، از status code دیگری مانند 429 Too Many Requests استفاده می‌کنند که نحوه‌ی تنظیم آن‌را در مثال فوق مشاهده می‌کنید.
علاوه بر آن در اینجا گزینه‌ی OnRejected نیز پیش بینی شده‌است تا بتوان response ارائه شده را در حالت رد درخواست، سفارشی سازی کرد تا بتوان پیام بهتری را به کاربری که هم اکنون دسترسی او محدود شده‌است، ارائه داد:

builder.Services.AddRateLimiter(options =>
{
    options.OnRejected = async (context, token) =>
    {
        context.HttpContext.Response.StatusCode = 429;
        if (context.Lease.TryGetMetadata(MetadataName.RetryAfter, out var retryAfter))
        {
            await context.HttpContext.Response.WriteAsync(
                $"Too many requests. Please try again after {retryAfter.TotalMinutes} minute(s). " +
                $"Read more about our rate limits at https://example.org/docs/ratelimiting.", cancellationToken: token);
        }
        else
        {
            await context.HttpContext.Response.WriteAsync(
                "Too many requests. Please try again later. " +
                "Read more about our rate limits at https://example.org/docs/ratelimiting.", cancellationToken: token);
        }
    };

    // ...
});

برای نمونه در مثال فوق ابتدا status code، به 429 تنظیم می‌شود و سپس یک response با معنا به سمت کاربر ارسال می‌گردد که دقیقا مشخص می‌کند آن کاربر چه زمانی می‌تواند مجددا سعی کند و همچنین لینکی را به مستندات محدود سازی برنامه جهت توضیحات بیشتر ارائه می‌دهد.

یک نکته: باتوجه به اینکه در اینجا به HttpContext دسترسی داریم، یعنی به context.HttpContext.RequestServices نیز دسترسی خواهیم داشت که توسط آن می‌توان برای مثال سرویس ILogger را از آن درخواست کرد و رخ‌داد واقع شده را برای بررسی بیشتر لاگ نمود؛ برای مثال چه کاربری مشکل پیدا کرده‌است؟

context.HttpContext.RequestServices.GetService<ILoggerFactory>()?
                .CreateLogger("Microsoft.AspNetCore.RateLimitingMiddleware")
                .LogWarning("OnRejected: {RequestPath}", context.HttpContext.Request.Path);

همچنین باید دقت داشت که اگر در اینجا از بانک اطلاعاتی استفاده کرده‌اید، تعداد کوئری‌های آن‌را محدود کنید؛ وگرنه واقعا rate limiter از لحاظ محدود کردن دسترسی به منابع، کمک زیادی را به شما نخواهد کرد.

طراحی فعلی میان‌افزار rate limiter، کمی محدود است. برای مثال «retry after»، تنها metadata مفیدی است که جهت بازگشت ارائه می‌دهد و همچنین مانند GitHub مشخص نمی‌کند که در لحظه‌ی جاری چند درخواست دیگر را می‌توان ارسال کرد و امکان دسترسی به اطلاعات آماری درونی آن وجود ندارد. اگر نیاز به یک چنین اطلاعاتی دارید شاید استفاده از میان‌افزار ثالث دیگری به نام AspNetCoreRateLimit برای شما مفیدتر باشد!

الگوریتم‌های پشتیبانی شده‌ی توسط میان‌افزار rate limiter

در قسمت قبل با چند الگوریتم استاندارد طراحی میان‌افزارهای rate limiter آشنا شدیم که میان‌افزار توکار rate limiter موجود در ASP.NET Core 7x، اکثر آن‌ها را پشتیبانی می‌کند:
- Concurrency limit: ساده‌ترین نوع محدود سازی نرخ درخواست‌ها است و کاری به زمان ندارد و فقط برای آن، تعداد درخواست‌های همزمان مهم است. برای مثال پیاده سازی «مجاز بودن تنها 10 درخواست همزمان».
- Fixed window limit: توسط آن می‌توان محدودیت‌هایی مانند «مجاز بودن تنها 60 درخواست در دقیقه» را اعمال کرد که به معنای امکان ارسال یک درخواست در هر ثانیه در هر دقیقه و یا حتی ارسال یکجای 60 درخواست در یک ثانیه است.
- Sliding window limit: این محدودیت بسیار شبیه به حالت قبل است اما به همراه قطعاتی که کنترل بیشتری را بر روی محدودیت‌ها میسر می‌کند؛ مانند مجاز بودن 60 درخواست در هر دقیقه که فقط در این حالت یک درخواست در هر ثانیه مجاز باشد.
- Token bucket limit: امکان کنترل نرخ سیلان را میسر کرده و همچنین از درخواست‌های انفجاری نیز پشتیبانی می‌کند (این مفاهیم در قسمت قبل بررسی شدند).

علاوه بر این‌ها امکان ترکیب گزینه‌های فوق توسط متد کمکی PartitionedRateLimiter.CreateChained نیز میسر است:

builder.Services.AddRateLimiter(options =>
{
    options.GlobalLimiter = PartitionedRateLimiter.CreateChained(
        PartitionedRateLimiter.Create<HttpContext, string>(httpContext =>
            RateLimitPartition.GetFixedWindowLimiter(httpContext.ResolveClientIpAddress(), partition =>
                new FixedWindowRateLimiterOptions
                {
                    AutoReplenishment = true,
                    PermitLimit = 600,
                    Window = TimeSpan.FromMinutes(1)
                })),
        PartitionedRateLimiter.Create<HttpContext, string>(httpContext =>
            RateLimitPartition.GetFixedWindowLimiter(httpContext.ResolveClientIpAddress(), partition =>
                new FixedWindowRateLimiterOptions
                {
                    AutoReplenishment = true,
                    PermitLimit = 6000,
                    Window = TimeSpan.FromHours(1)
                })));

    // ...
});

برای نمونه در مثال فوق به ازای یک آدرس IP مشخص، تنها می‌توان 600 درخواست را در دقیقه ارسال کرد؛ با این محدودیت که جمع آن‌ها در ساعت، بیشتر از 6000 مورد نباشد.
در این مثال فرضی، متد الحاقی ResolveClientIpAddress اهمیتی ندارد. بهتر است برای برنامه‌ی خود از کلید پارتیشن بندی بهتر و معقول‌تری استفاده کنید.

امکان در صف قرار دادن درخواست‌ها بجای رد کردن آن‌ها

در تنظیمات مثال‌های فوق، در کنار PermitLimit، می‌توان QueueLimit را نیز مشخص کرد. به این ترتیب با رسیدن به PermitLimit، به تعداد QueueLimit، درخواست‌ها در صف قرار می‌گیرند، بجای اینکه کاملا رد شوند:

PartitionedRateLimiter.Create<HttpContext, string>(httpContext =>
    RateLimitPartition.GetFixedWindowLimiter(httpContext.ResolveClientIpAddress(), partition =>
        new FixedWindowRateLimiterOptions
        {
            AutoReplenishment = true,
            PermitLimit = 10,
            QueueLimit = 6,
            QueueProcessingOrder = QueueProcessingOrder.OldestFirst,
            Window = TimeSpan.FromSeconds(1)
        })));

در این مثال هر کلاینت می‌تواند 10 درخواست در ثانیه را ارسال کند. در صورت رسیدن به این محدودیت، تا 6 عدد از درخواست‌های جدید رسیده، بجای رد شدن، در صف قرار می‌گیرند تا در ثانیه‌ی بعدی که این بازه‌ی مشخص به پایان می‌رسد، پردازش شوند.
این تنظیم، تجربه‌ی کاربری بهتری را برای استفاده کنندگان از برنامه‌ی شما به همراه خواهد داشت؛ بجای رد قاطع درخواست‌های ارسالی توسط آن‌ها.

یک نکته: بهتر است QueueLimitهای بزرگی را انتخاب نکنید؛ خصوصا برای بازه‌های زمانی طولانی. چون یک مصرف کننده نیاز دارد تا سریع، پاسخی را دریافت کند و اگر این‌طور نباشد، دوباره سعی خواهد کرد. تنها چند ثانیه‌ی کوتاه در صف بودن برای کاربران معنا دارد.

امکان ایجاد سیاست‌های محدود سازی سفارشی

اگر الگوریتم‌های توکار میان‌افزار rate limiter برای کار شما مناسب نیستند، می‌توانید با پیاده سازی <IRateLimiterPolicy<TPartitionKey، یک نمونه‌ی سفارشی را ایجاد کنید. پیاده سازی این اینترفیس، نیاز به دو متد را دارد:
الف) متد GetPartition که بر اساس HttpContext جاری، یک rate limiter مخصوص را باز می‌گرداند.
ب) متد OnRejected که امکان سفارشی سازی response رد درخواست‌ها را میسر می‌کند.

در مثال زیر پیاده سازی یک rate limiter سفارشی را مشاهده می‌کنید که نحوه‌ی پارتیشن بندی آن بر اساس user-name کاربر اعتبارسنجی شده و یا host-name کاربر وارد نشده‌ی به سیستم است. در اینجا کاربر وارد شده‌ی به سیستم، محدودیت بیشتری دارد:

public class ExampleRateLimiterPolicy : IRateLimiterPolicy<string>
{
    public RateLimitPartition<string> GetPartition(HttpContext httpContext)
    {
        if (httpContext.User.Identity?.IsAuthenticated == true)
        {
            return RateLimitPartition.GetFixedWindowLimiter(httpContext.User.Identity.Name!,
                partition => new FixedWindowRateLimiterOptions
                {
                    AutoReplenishment = true,
                    PermitLimit = 1_000,
                    Window = TimeSpan.FromMinutes(1),
                });
        }

        return RateLimitPartition.GetFixedWindowLimiter(httpContext.Request.Headers.Host.ToString(),
            partition => new FixedWindowRateLimiterOptions
            {
                AutoReplenishment = true,
                PermitLimit = 100,
                Window = TimeSpan.FromMinutes(1),
            });
    }

    public Func<OnRejectedContext, CancellationToken, ValueTask>? OnRejected { get; } =
        (context, _) =>
        {
            context.HttpContext.Response.StatusCode = 418; // I'm a 🫖
            return new ValueTask();
        };
}

و نحوه‌ی معرفی آن به سیستم به صورت زیر است:

options.AddPolicy<string, ExampleRateLimiterPolicy>("myPolicy");

امکان تعریف سیاست‌های محدود سازی نرخ دسترسی به گروهی از endpoints

تا اینجا روش‌های سراسری محدود سازی دسترسی به منابع برنامه را بررسی کردیم؛ اما ممکن است در برنامه‌ای بخواهیم محدودیت‌های متفاوتی را به گروه‌های خاصی از endpoints اعمال کنیم و یا شاید اصلا نخواهیم تعدادی از آن‌ها را محدود کنیم:

builder.Services.AddRateLimiter(options =>
{
    options.AddFixedWindowLimiter("Api", options =>
    {
        options.AutoReplenishment = true;
        options.PermitLimit = 10;
        options.Window = TimeSpan.FromMinutes(1);
    });

    options.AddFixedWindowLimiter("Web", options =>
    {
        options.AutoReplenishment = true;
        options.PermitLimit = 10;
        options.Window = TimeSpan.FromMinutes(1);
    });

    // ...
});

در این مثال روش تعریف دو سیاست مختلف محدودسازی را مشاهده می‌کنید که اینبار «نامدار» هستند؛ نام یکی Api است و نام دیگری Web.
البته باید درنظر داشت که متدهای الحاقی Add داری را که در اینجا ملاحظه می‌کنید، محدود سازی را بر اساس نام درنظر گرفته شده انجام می‌دهند. یعنی درحقیقت یک محدودسازی سراسری بر اساس گروهی از endpoints هستند و امکان تعریف پارتیشنی را به ازای یک کاربر یا آدرس IP خاص، ندارند. اگر نیاز به اعمال این نوع پارتیشن بندی را دارید، باید از متدهای AddPolicy استفاده کنید:

options.AddPolicy("Api", httpContext =>
        RateLimitPartition.GetFixedWindowLimiter(httpContext.ResolveClientIpAddress(),
        partition => new FixedWindowRateLimiterOptions
        {
            AutoReplenishment = true,
            PermitLimit = 10,
            Window = TimeSpan.FromSeconds(1)
        }));

متدهای AddPolicy دار، هم امکان دسترسی به httpContext جاری را میسر می‌کنند و هم نامدار هستند که قابلیت اعمال آن‌ها را به گروهی از endpoints ممکن می‌کند.

محدود سازی نرخ دسترسی به منابع در ASP.NET Core Minimal API

پس از تعریف نامی برای سیاست‌های دسترسی، اکنون می‌توان از آن‌ها به صورت زیر جهت محدود سازی یک endpoint و یا گروهی از آن‌ها استفاده کرد:

// Endpoint
app.MapGet("/api/hello", () => "Hello World!").RequireRateLimiting("Api");

// Group
app.MapGroup("/api/orders").RequireRateLimiting("Api");

و یا حتی می‌توان بطور کامل محدود سازی نرخ دسترسی را برای یک endpoint و یا گروهی از آن‌ها غیرفعال کرد:

// Endpoint
app.MapGet("/api/hello", () => "Hello World!").DisableRateLimiting();

// Group
app.MapGroup("/api/orders").DisableRateLimiting();

محدود سازی نرخ دسترسی به منابع در ASP.NET Core MVC

می‌توان سیاست‌های نرخ دسترسی تعریف شده را بر اساس نام آن‌ها به کنترلرها و یا اکشن متدها اعمال نمود:

[EnableRateLimiting("Api")]
public class Orders : Controller
{
    [DisableRateLimiting]
    public IActionResult Index()
    {
        return View();
    }

    [EnableRateLimiting("ApiListing")]
    public IActionResult List()
    {
        return View();
    }
}

در اینجا سیاست نرخ دسترسی با نام Api، به کل کنترلر و اکشن متدهای آن اعمال شده، اما اکشن متد Index آن با بکارگیری ویژگی DisableRateLimiting، از این محدودیت خارج و اکشن متد List، از سیاست نام دار دیگری استفاده کرده‌است.
و یا حتی می‌توان این سیاست‌های محدود سازی نرخ دسترسی را به تمام کنترلرها و صفحات razor نیز به صورت زیر اعمال کرد:

app.UseConfiguredEndpoints(endpoints =>
{
    endpoints.MapRazorPages()
        .DisableRateLimiting();

    endpoints.MapControllers()
        .RequireRateLimiting("UserBasedRateLimiting");
});

محدود سازی نرخ دسترسی به منابع در برنامه‌های ASP.NET Core - قسمت دوم - پیاده سازی

مطالب مشابه

#

#

#

#