C++ 基于Boost.Asio实现端口映射器
Boost.Asio 是一个功能强大的 C++ 库,用于异步编程和网络编程,它提供了跨平台的异步 I/O
操作。在这篇文章中,我们将深入分析一个使用 Boost.Asio
实现的简单端口映射服务器,该服务器能够将本地端口的数据包转发到指定的远程服务器上。
端口映射通常用于将一个网络端口上的流量转发到另一个网络端口。这对于实现网络中间人攻击、内网穿透等场景非常有用。我们将使用 Boost.Asio
提供的异步操作来实现这个简单而功能强大的端口映射服务器。
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首先,让我们简要概述代码的主要类:
socket_client
类:继承了boost::enable_shared_from_this
和tcp::socket
,用于表示客户端的套接字。socket_pipe
类:表示端口映射的管道,负责在两个客户端之间传递数据。async_listener
类:用于异步监听指定端口的连接请求,通过回调函数处理连接。port_map_server
类:管理多个监听器,支持添加端口映射规则,并处理连接请求。
1.1 socket_client
socket_client
类继承自 boost::enable_shared_from_this
和 tcp::socket
。通过 create
静态方法创建一个 socket_client
实例,提供了共享指针的方式管理对象的生命周期。
如下代码是一个使用 Boost.Asio 库创建的异步 TCP 客户端类。
class socket_client |
以下是对该类的概括:
- 类名:
socket_client
- 继承关系:
- 继承自
boost::enable_shared_from_this<socket_client>
,这允许在异步操作中安全地使用shared_from_this
,以避免悬挂指针的问题。 - 继承自
tcp::socket
,表示该类是一个 TCP 套接字。
- 继承自
- 公共成员类型:
pointer
:boost::shared_ptr<socket_client>
类型的别名,用于管理该类的实例。
- 公共静态函数:
create
:工厂方法,用于创建socket_client
的实例。通过此方法获取了一个智能指针指向新创建的实例。
- 公共构造函数:
socket_client(boost::asio::io_service& io_service)
:构造函数,接受一个boost::asio::io_service
引用,用于初始化基类tcp::socket
。
该类的目的是提供一个异步 TCP 客户端的基本结构,使其能够与 Boost.Asio 库中的异步 I/O 操作协同工作。实际使用时,可以根据具体需求扩展该类,添加成员函数和操作,以实现特定的异步操作逻辑。
1.2 socket_pipe
socket_pipe
类用于处理两个客户端之间的数据传递。通过异步操作实现了从一个客户端读取数据,并将数据写入另一个客户端。出现错误时,会关闭两个客户端的连接。这里使用了递归的方式,实现了数据的循环传递。
如下代码是一个使用是一个 socket_pipe
类的定义,用于在两个 socket_client
实例之间建立数据传输管道。
class socket_pipe |
以下是对该类的概括:
- 类名:
socket_pipe
- 公共构造函数:
socket_pipe(socket_client::pointer read, socket_client::pointer write)
:构造函数,接受两个socket_client::pointer
实例,一个用于读取数据 (read_socket_
),另一个用于写入数据 (write_socket_
)。在构造函数中,调用了begin_read
函数,启动了异步读取操作。
- 私有成员函数:
begin_read()
:启动异步读取操作,使用read_socket_.async_read_some
异步读取数据。end_read(const boost::system::error_code& error, size_t bytes_transferred)
:读取操作完成时的回调函数,处理可能的错误,如果没有错误则调用begin_write
启动异步写入操作。begin_write(int bytes_transferred)
:启动异步写入操作,使用boost::asio::async_write
异步写入数据。end_write(const boost::system::error_code& error)
:写入操作完成时的回调函数,处理可能的错误,如果没有错误则调用begin_read
启动下一轮异步读取操作。handle_error(const boost::system::error_code& error)
:处理错误的函数,关闭读取和写入套接字,并释放当前socket_pipe
实例。
- 私有成员变量:
socket_client& read_socket_
:引用传递的读取套接字。socket_client& write_socket_
:引用传递的写入套接字。socket_client::pointer read_
:指向读取套接字的智能指针。socket_client::pointer write_
:指向写入套接字的智能指针。enum { max_length = 1024 };
:定义了最大数据长度。char data_[max_length];
:存储数据的缓冲区。
该类的主要目的是在两个 socket_client
之间实现数据的双向传输,通过异步操作实现了循环的读取和写入过程。在错误处理中,如果出现错误,会关闭套接字并释放当前的 socket_pipe
实例。
1.3 async_listener
async_listener
类负责异步监听指定端口,并通过回调函数处理连接。在连接建立时,会调用用户提供的回调函数进行处理。通过 begin_accept
方法开始异步监听。
如下代码是一个使用 async_listener
类的定义,用于异步监听指定端口的连接。
class async_listener |
以下是对该类的概括:
- 类名:
async_listener
- 公共成员类型:
accept_handler
:boost::function<void(socket_client::pointer client)>
类型的别名,用于定义连接建立时的回调函数。pointer
:boost::shared_ptr<async_listener>
类型的别名,用于管理该类的实例。
- 公共构造函数:
async_listener(short port, boost::asio::io_service& io_service)
:构造函数,接受一个短整型端口号和一个boost::asio::io_service
引用。在构造函数中,创建了一个 TCP 接受器 (acceptor_
) 并调用begin_accept
启动异步接受操作。
- 公共函数:
begin_accept()
:启动异步接受操作,创建一个新的socket_client
实例,并调用acceptor_.async_accept
异步等待连接的建立。end_accept(socket_client::pointer client, const boost::system::error_code& error)
:异步接受操作完成时的回调函数,处理可能的错误,如果没有错误则调用begin_accept
启动下一轮异步接受操作。如果定义了handle_accept
回调函数,则调用它并传递新连接的socket_client
实例。
- 私有成员函数:
handle_error(const boost::system::error_code& error)
:处理错误的函数,目前仅为空实现。
- 公共成员变量:
accept_handler handle_accept
:用于存储用户定义的连接建立时的回调函数。
- 私有成员变量:
tcp::acceptor acceptor_
:TCP 接受器,用于监听连接。boost::asio::io_service& io_service_
:引用传递的io_service
,用于执行异步操作。
该类的主要目的是实现异步监听,一旦有连接建立,就通过回调函数通知用户,并通过 handle_error
处理可能的错误。在连接建立后,会继续监听新的连接。
1.4 port_map_server
port_map_server
类管理多个监听器,支持动态添加端口映射规则。在连接建立时,会调用 handle_accept
处理连接请求。通过 begin_connect
方法开始异步连接远程服务器。
如下代码是一个 port_map_server
类的定义,它通过异步监听多个本地端口,并将连接映射到远程服务器的不同端口。
class port_map_server |
以下是对该类的概括:
- 类名:
port_map_server
- 公共构造函数:
port_map_server(boost::asio::io_service& io_service)
:构造函数,接受一个boost::asio::io_service
引用。
- 公共函数:
add_portmap(short port, tcp::endpoint& remote_endpoint)
:添加端口映射规则的函数。为指定端口创建一个新的async_listener
实例,并将其添加到listeners
列表中。同时,设置handle_accept
回调函数,以便在新连接建立时调用handle_accept
函数。
- 私有成员函数:
handle_accept(tcp::endpoint remote_endpoint, socket_client::pointer client)
:处理新连接建立时的回调函数。在此函数中,调用begin_connect
启动异步连接到远程服务器的操作。begin_connect(tcp::endpoint& remote_endpoint, socket_client::pointer socket_local)
:启动异步连接到远程服务器的操作,创建一个新的远程套接字。end_connect(const boost::system::error_code& error, socket_client::pointer socket_local, socket_client::pointer socket_remote)
:处理异步连接操作完成时的回调函数。如果连接成功,创建两个socket_pipe
实例,分别用于将数据从本地传输到远程和从远程传输回本地。handle_error(const boost::system::error_code& error)
:处理错误的函数,目前仅为空实现。
- 私有成员变量:
boost::asio::io_service& io_service_
:引用传递的io_service
,用于执行异步操作。std::list<async_listener::pointer> listeners
:存储多个async_listener
实例的列表。
该类的主要目的是通过创建多个 async_listener
实例,监听多个本地端口,并在新连接建立时将其映射到远程服务器的不同端口。在连接建立后,会启动异步连接到远程服务器的操作,并创建数据传输的管道。
1.5 port_map_server
这是程序的 main
函数,负责创建一个 boost::asio::io_service
实例,设置两个远程服务器的端点,然后创建一个 port_map_server
实例并添加两个端口映射规则。最后,通过调用 io_service.run()
开始事件循环。
以下是对 main
函数的概括:
- 函数功能:
- 创建一个
boost::asio::io_service
实例,用于管理异步操作的事件循环。 - 定义两个远程服务器的端点 (
ep1
和ep2
),分别是192.168.1.100:80
和192.168.1.200:80
。 - 创建一个
port_map_server
实例,该实例使用上述io_service
。 - 通过
add_portmap
函数向port_map_server
添加两个端口映射规则,将本地端口5000
映射到远程服务器192.168.1.100:80
,将本地端口6000
映射到远程服务器192.168.1.200:80
。 - 调用
io_service.run()
开始事件循环,等待异步操作的完成。
- 创建一个
- 异常处理:
- 使用了
try
和catch
块,捕获任何可能抛出的异常,并在catch
块中忽略异常。
- 使用了
- 返回值:
- 返回整数
0
表示程序正常结束。
- 返回整数
这个 main
函数的作用是启动异步事件循环,使得 port_map_server
开始监听指定端口,接受连接,并将连接映射到远程服务器上。
int main(int argc, char* argv[]) |