# IP/UA 解析

:::tip 说明
提供客户端 IP 获取、IP 地理位置查询和 User-Agent 解析三大能力。IP 获取位于 `src/utils/ip.py`，地理位置查询基于 ip2region 离线数据库（`src/utils/ip2region.py`），UA 解析位于 `src/utils/ua.py`。三者组合使用，为登录日志、操作日志、限流、登录锁定等场景提供客户端身份信息。
:::

## 架构总览

```
请求进入
   │
   ▼
┌──────────────────────────────────────────────────────┐
│  get_client_ip(request)                              │
│  ├─ X-Forwarded-For 存在？                            │
│  │   ├─ 是 → 取最左侧 IP（真实客户端 IP）              │
│  │   └─ 否 → request.client.host                     │
│  └─ client 为 None → 回退 127.0.0.1                  │
└──────────┬───────────────────────────────────────────┘
           │
     ┌─────┴─────┐
     ▼           ▼
┌─────────┐  ┌──────────────────────────────────┐
│ 限流     │  │ get_ip_region(ip)                │
│ 登录锁定 │  │ ├─ 内网/保留 IP → "内网IP"        │
│ 验证码防刷│  │ ├─ ip2region.xdb 离线查询         │
└─────────┘  │ └─ 异常降级 → "未知"               │
             └──────────┬───────────────────────┘
                        │
                        ▼
             ┌──────────────────────┐
             │ parse_user_agent(ua) │
             │ ├─ 操作系统（正则）   │
             │ └─ 浏览器（正则）     │
             └──────────┬───────────┘
                        │
                        ▼
             ┌──────────────────────┐
             │ 写入日志表            │
             │ ip / location /      │
             │ os / browser         │
             └──────────────────────┘
```

## 一、IP 获取

位于 `src/utils/ip.py`，从 FastAPI Request 获取客户端真实 IP。

### get_client_ip(request)

```python
def get_client_ip(request) -> str:
    """
    获取客户端真实IP地址

    优先从 X-Forwarded-For 头取最左侧IP（即真实客户端IP），
    无代理头时回退到 request.client.host。
    """
```

**返回值**：客户端 IP 地址字符串（如 `"1.2.3.4"`）。

### 代理链解析原理

当应用部署在 Nginx/CDN 等反向代理之后，`request.client.host` 拿到的是代理 IP 而非真实客户端 IP。此时从 `X-Forwarded-For`（XFF）头取最左侧 IP 即为真实客户端 IP。

```
客户端 (1.2.3.4)
    │
    ▼
CDN (10.0.0.1)             ← 追加 XFF: 1.2.3.4
    │
    ▼
Nginx                       ← 透传 XFF: 1.2.3.4（不追加）
    │
    ▼
FastAPI 应用
    X-Forwarded-For = "1.2.3.4, 10.0.0.1"
    get_client_ip → 取最左侧 → "1.2.3.4"
```

**取值逻辑**：XFF 最左侧由 CDN/反代追加的真实客户端 IP，右侧为代理节点 IP。直接取最左侧即可。

:::warning Nginx 配置注意
Nginx 代理配置应使用 `$http_x_forwarded_for`（透传上游值）而非 `$proxy_add_x_forwarded_for`（会追加本机 IP），避免 XFF 条目数不可控：

```nginx
proxy_set_header X-Forwarded-For $http_x_forwarded_for;
```
:::

### 降级策略

| 场景 | 行为 |
|------|------|
| X-Forwarded-For 存在 | 取最左侧 IP |
| X-Forwarded-For 为空 | 返回 `request.client.host` |
| `request.client` 为 None | 回退到 `127.0.0.1` |

## 二、IP 地理位置查询

位于 `src/utils/ip2region.py`，基于 [ip2region](https://github.com/lionsoul2014/ip2region) 离线数据库，无需网络请求。

### 核心接口

#### get_ip_region(ip) → dict

获取完整区域信息字典，是最底层的查询接口。

```python
def get_ip_region(ip) -> dict:
    """
    根据IP获取完整区域信息字典

    Returns:
        dict: {
            "country": "中国",       # 国家
            "province": "浙江省",    # 省份（无数据时为空字符串）
            "city": "杭州市",        # 城市（无数据时为空字符串）
            "isp": "阿里",           # 运营商（无数据时为空字符串）
            "country_code": "CN"     # 国家代码（无数据时为空字符串）
        }
    """
```

**返回值示例**：

| IP | 返回值 |
|:----|:----|
| `8.8.8.8` | `{"country": "United States", "province": "California", "city": "", "isp": "Google LLC", "country_code": "US"}` |
| `114.114.114.114` | `{"country": "中国", "province": "江苏省", "city": "南京市", "isp": "南京信风网络科技", "country_code": "CN"}` |
| `10.0.0.1` | `{"country": "内网IP", "province": "", "city": "", "isp": "", "country_code": ""}` |
| `172.abc` | `{"country": "未知", "province": "", "city": "", "isp": "", "country_code": ""}` |

#### get_ip_location(ip) → str

获取地理位置文本描述，与原 `utils/ip.py` 的返回格式兼容。

```python
def get_ip_location(ip) -> str:
    """
    格式: "国家 省份 城市"
    内网IP返回 "内网IP"，查询失败返回 "未知"

    示例:
    >>> get_ip_location('114.114.114.114')
    '中国 江苏省 南京市'
    >>> get_ip_location('8.8.8.8')
    'United States California'
    >>> get_ip_location('10.0.0.1')
    '内网IP'
    """
```

:::tip 去重逻辑
当城市与省份相同时，城市不会重复拼接。例如 `province="北京", city="北京"` 时返回 `"中国 北京"` 而非 `"中国 北京 北京"`。
:::

#### 便捷函数

| 函数 | 返回值 | 示例 |
|:-----|:-------|:-----|
| `get_ip_country(ip)` | 国家 | `"中国"` |
| `get_ip_province(ip)` | 省份 | `"浙江省"` |
| `get_ip_city(ip)` | 城市 | `"杭州市"` |
| `get_ip_isp(ip)` | 运营商 | `"阿里"` |

### 离线数据库

ip2region.xdb 文件位于 `src/utils/ip2region.xdb`，采用懒加载单例模式：

```python
_XDB_PATH = os.path.join(os.path.dirname(os.path.abspath(__file__)), "ip2region.xdb")
_searcher = None

def _get_searcher():
    """获取搜索器单例（懒加载，首次调用时初始化）"""
    global _searcher
    if _searcher is not None:
        return _searcher
    c_buff = util.load_content_from_file(_XDB_PATH)
    _searcher = searcher.new_with_buffer(util.IPv4, c_buff)
    return _searcher
```

- **首次查询时**加载 xdb 文件到内存（约 10MB），后续查询零 IO 延迟
- **xdb 文件不存在**时返回 `None`，查询降级为 `"未知"`
- xdb 数据定期更新可从 ip2region 官方仓库获取

### 内网 IP 判断

内网/保留 IP 直接返回 `"内网IP"`，不查询数据库：

| 类型 | 匹配规则 | 示例 |
|:-----|:---------|:-----|
| 回环地址 | `127.0.0.1`、`localhost`、`0.0.0.0` | `127.0.0.1` |
| A 类私有 | `10.x.x.x` | `10.0.0.1` |
| B 类私有 | `172.16.x.x` ~ `172.31.x.x` | `172.16.5.5` |
| C 类私有 | `192.168.x.x` | `192.168.1.1` |

:::warning 畸形 IP 防御
畸形输入（如 `172.abc`）不抛异常，按非内网处理交由查询侧兜底返回 `"未知"`。这避免了 `int(parts[1])` 抛出 `ValueError` 冒泡到 `record_login_log` / `record_operation_log`，导致日志整段丢失。
:::

### 异常降级策略

所有查询接口均采用 **fail-open** 降级策略——查询失败绝不向上抛异常，保证日志落库不受影响：

```python
except Exception as e:
    logger.warning(f"IP地理位置查询失败 [{ip}]: {e}")
    return {"country": "未知", "province": "", "city": "", "isp": "", "country_code": ""}
```

| 异常场景 | 降级行为 |
|:---------|:---------|
| xdb 文件不存在 | `get_ip_region` 返回 `"未知"` |
| xdb 加载失败 | 同上 |
| 畸形 IP 地址 | 同上 |
| 查询运行时异常 | 同上 + warning 日志 |

## 三、UA 解析

位于 `src/utils/ua.py`，通过正则匹配从 User-Agent 字符串提取操作系统和浏览器信息。

### parse_user_agent(ua_string)

```python
def parse_user_agent(ua_string):
    """
    从 User-Agent 字符串提取 OS 和浏览器信息

    Args:
        ua_string: HTTP User-Agent 头部字符串

    Returns:
        tuple: (os_name, browser_name)

    示例:
    >>> parse_user_agent("Mozilla/5.0 (Windows NT 10.0; Win64; x64) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/120.0.0.0 Safari/537.36")
    ('Windows 10.0', 'Chrome 120.0')
    >>> parse_user_agent("Mozilla/5.0 (iPhone; CPU iPhone OS 17_2 like Mac OS X) AppleWebKit/605.1.15 (KHTML, like Gecko) Version/17.2 Mobile/15E148 Safari/604.1")
    ('iOS 17.2', 'Safari 605.1')
    >>> parse_user_agent("")
    ('', '')
    """
```

### 支持的操作系统

| 操作系统 | UA 关键字 | 输出示例 |
|:---------|:---------|:---------|
| Windows | `Windows NT 10.0` | `Windows 10.0` |
| macOS | `Mac OS X 14_2_1` | `Mac OS X 14.2.1` |
| Android | `Android 14` | `Android 14` |
| iPhone | `iPhone OS 17_2` | `iOS 17.2` |
| iPad | `iPad; CPU OS 17_2` | `iOS 17.2` |
| Linux | `Linux` | `Linux` |
| Ubuntu | `Ubuntu` | `Ubuntu` |

### 支持的浏览器

按匹配优先级排列（Edge 优先于 Chrome，避免 Edg/ 被误判为 Chrome）：

| 浏览器 | UA 关键字 | 输出示例 |
|:-------|:---------|:---------|
| Edge | `Edg/120.0.0.0` | `Edge 120.0` |
| Chrome | `Chrome/120.0.0.0` | `Chrome 120.0` |
| Firefox | `Firefox/121.0` | `Firefox 121.0` |
| Safari | `Safari/605.1.15` | `Safari 605.1` |
| IE 11 | `Trident/...rv:11.0` | `IE 11.0` |
| IE 10- | `MSIE 10.0` | `IE 10.0` |

:::warning 注意
Safari 的匹配模式 `Safari/(\d+\.?\d*)` 也会匹配 Chrome UA 中的 Safari 版本号。但由于 Chrome 的匹配在 Safari 之前，实际不会误判。如果需要支持更多浏览器（如 Opera、微信浏览器等），可在 `_BROWSER_PATTERNS` 列表头部追加。
:::

## 四、应用场景

### 1. 登录日志

登录/退出时自动记录 IP、地理位置、操作系统、浏览器：

```python
# src/modules/login_log/service.py
ip = get_client_ip(request)
location = get_ip_location(ip)
ua = request.headers.get('User-Agent', '')
os_name, browser_name = parse_user_agent(ua)

log = LoginLog(
    username=username,
    ip=ip,              # "1.2.3.4"
    location=location,  # "中国 浙江省 杭州市"
    os=os_name,         # "Windows 10.0"
    browser=browser_name,  # "Chrome 120.0"
    ...
)
```

**数据库字段**（`fastapi_login_log` 表）：

| 字段 | 类型 | 说明 | 示例 |
|:-----|:-----|:-----|:-----|
| `ip` | `VARCHAR(50)` | 客户端 IP | `1.2.3.4` |
| `location` | `VARCHAR(100)` | IP 归属地 | `中国 浙江省 杭州市` |
| `os` | `VARCHAR(100)` | 操作系统 | `Windows 10.0` |
| `browser` | `VARCHAR(100)` | 浏览器 | `Chrome 120.0` |

### 2. 操作日志

写操作（add/update/delete/status）自动记录操作者 IP 和设备信息：

```python
# src/modules/operation_log/service.py
ip = get_client_ip(request)
location = get_ip_location(ip)
ua = request.headers.get('User-Agent', '')
os_name, browser_name = parse_user_agent(ua)
```

**数据库字段**（`fastapi_operation_log` 表）：

| 字段 | 类型 | 说明 |
|:-----|:-----|:-----|
| `ip` | `VARCHAR(100)` | 请求 IP |
| `location` | `VARCHAR(255)` | 请求所在区域 |
| `os` | `VARCHAR(100)` | 操作系统 |
| `browser` | `VARCHAR(100)` | 浏览器 |

### 3. 请求限流

基于 IP 的 Redis 滑动窗口限流，防止接口被刷：

```python
# src/middleware/rate_limit.py
client_ip = get_client_ip(request)
current_key = f"rl:{client_ip}:{window_index}"
count = await sliding_window_incr(redis, current_key, ...)
if count > RATE_LIMIT_LIMIT:
    return JSONResponse({"code": 1, "msg": "请求过于频繁，请 N 秒后再试"})
```

**配置项**（`.env`）：

| 变量 | 默认值 | 说明 |
|:-----|:-------|:-----|
| `RATE_LIMIT_ENABLED` | `False` | 是否启用限流 |
| `RATE_LIMIT_LIMIT` | `100` | 单窗口内每 IP 最大请求数 |
| `RATE_LIMIT_WINDOW_SECONDS` | `60` | 窗口时长（秒） |
| `RATE_LIMIT_KEY_PREFIX` | `rl:` | Redis key 前缀 |

### 4. 登录失败锁定

按 IP + 用户名维度统计登录失败次数，超过阈值自动锁定：

```python
# src/modules/auth/service.py
ip = get_client_ip(request)
locked, remaining = await _is_locked(redis, ip, data.username)
if locked:
    return R.failed(f"登录失败次数过多，请{remaining}秒后再试")
```

**Redis Key 设计**：

| Key | 格式 | 说明 |
|:----|:-----|:-----|
| 失败计数 | `login:fail:{ip}:{username}` | 累计失败次数 |
| 锁定状态 | `login:lock:{ip}:{username}` | 锁定时自动设置 TTL |

### 5. 验证码防刷

按 IP 统计验证码请求频率，超过阈值拒绝生成新验证码：

```python
# src/utils/captcha.py
client_ip = get_client_ip(request)
rate_key = f"captcha:rate:{client_ip}"
count = await redis.get(rate_key)
if count and int(count) >= CAPTCHA_RATE_LIMIT:
    raise BusinessException(msg="请求过于频繁，请等待 N 秒后再试")
```

## 五、配置参考

### Nginx 代理配置

```nginx
location /api/ {
    proxy_pass http://127.0.0.1:8031/api/;
    proxy_set_header Host $host;
    proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
    # 透传上游X-Forwarded-For（不追加本机IP）；无上游头时回退到直连IP
    proxy_set_header X-Forwarded-For $http_x_forwarded_for;
}
```

### 请求限流配置（.env）

```bash
# ============================================================
# 请求限流配置
# ============================================================
# 是否启用请求限流（默认关闭）
RATE_LIMIT_ENABLED=False
# 单窗口内每个 IP 允许的最大请求数
RATE_LIMIT_LIMIT=100
# 统计窗口时长（秒）
RATE_LIMIT_WINDOW_SECONDS=60
# Redis 计数 key 前缀
RATE_LIMIT_KEY_PREFIX=rl:
```

## 六、常见问题

### 开发环境日志中 IP 显示为 127.0.0.1

**原因**：本地直连无代理，`request.client.host` 就是 `127.0.0.1`。

**说明**：这是正常行为。生产环境部署在 Nginx/CDN 后会从 `X-Forwarded-For` 获取真实客户端 IP。

### 地理位置显示为"未知"

**可能原因**：

1. ip2region.xdb 文件不存在或加载失败（检查启动日志）
2. 查询的 IP 是 IPv6（当前仅支持 IPv4）
3. 畸形 IP 地址

**解决**：检查 `src/utils/ip2region.xdb` 文件是否存在，启动日志中是否有加载成功提示。

### 地理位置显示为"内网IP"

**原因**：客户端 IP 在内网/保留地址段内（`10.x`、`172.16-31.x`、`192.168.x`、`127.0.0.1`）。

**说明**：常见于开发环境或内网部署。生产环境通过反代获取真实外网 IP 即可。

### 限流不生效

**排查步骤**：

1. 检查 `.env` 中 `RATE_LIMIT_ENABLED=True`
2. 检查 Redis 连接是否正常
3. 检查 Nginx 是否正确透传 `X-Forwarded-For`——如果限流基于代理 IP 而非真实客户端 IP，所有请求会共享同一 IP，导致限流提前触发或形同虚设

### 如何更新 ip2region 数据库

从 [ip2region 官方仓库](https://github.com/lionsoul2014/ip2region) 下载最新的 `ip2region.xdb` 文件，替换 `src/utils/ip2region.xdb`，重启应用即可。首次查询时自动加载新数据。

## 七、总结

| 模块 | 文件 | 核心能力 | 降级策略 |
|:-----|:-----|:---------|:---------|
| IP 获取 | `src/utils/ip.py` | 从 Request 提取真实客户端 IP（优先 X-Forwarded-For 最左侧） | client 为 None 时回退 `127.0.0.1` |
| 地理位置 | `src/utils/ip2region.py` | 基于 ip2region.xdb 离线查询，零网络依赖 | 异常/畸形/内网统一降级返回 `"未知"` 或 `"内网IP"` |
| UA 解析 | `src/utils/ua.py` | 正则匹配提取操作系统和浏览器 | UA 为空时返回 `('', '')` |

三者组合为登录日志、操作日志、限流、登录锁定、验证码防刷等场景提供完整的客户端身份信息链路。所有接口均采用降级策略，保证日志落库等核心流程不受异常影响。