Nodejs實現內網穿透服務
也許你很難從網上找到一篇從代碼層面講解內網穿透的文章，我曾搜過，未果，遂成此文。
1. 局域網內代理
我們先來回顧上篇，如何實現一個局域網內的服務代理？因為這個非常簡單，所以，直接上代碼。
const net = require('net')
const proxy = net.createServer(socket => {
const localServe = new net.Socket()
localServe.connect(5502, '192.168.31.130') // 局域網內的服務端口及ip。
socket.pipe(localServe).pipe(socket)
})
proxy.listen(80)
這就是一個非常簡單的服務端代理，代碼簡單清晰明瞭，如果有疑問的話，估計就是管道（pipe）這裡，簡單說下。socket是一個全雙工流，也就是既可讀又可寫的數據流。代碼中，當socket接收到客戶端數據的時候，它會把數據寫入localSever，當localSever有數據的時候，它會把數據寫入socket，socket再把數據發送給客戶端。
2. 內網穿透
局域網代理簡單，內網穿透就沒這麼簡單瞭，但是，它卻是核心的代碼，需要在其上做相當的邏輯處理。具體實現之前，我們先梳理一下內網穿透。
什麼是內網穿透？
簡單來說，就是公網客戶端，可以訪問局域網內的服務。比如，本地啟動的服務。公網客戶端怎麼會知道本地啟的serve呢？這裡必然要借助公網服務端。那麼公網服務端又怎麼知道本地服務呢？這就需要本地和服務端建立socket鏈接瞭。
四個角色
通過上面的描述，我們引出四個角色。
- 公網客戶端，我們取名叫client。
- 公網服務端，因為有代理的作用，我們取名叫proxyServe。
- 本地服務，取名localServe。
- 本地與服務端的socket長連接，它是proxyServe與localServe之前的橋梁，負責數據的中轉，我們取名叫bridge。
其中，client和localServe不需要我們關心，因為client可以是瀏覽器或者其它，localServe就是一個普通的本地服務。我們隻需要關心proxyServe和bridge就可以瞭。我們這裡介紹的依然是最簡單的實現方式，提供一種思路與思考，那我們先從最簡單的開始。
bridge
我們從四個角色一節知道， bridge是一個與proxyServe之間socket連接，且是數據的中轉，上代碼捋捋思路。
const net = require('net')
const proxyServe = '10.253.107.245'
const bridge = new net.Socket()
bridge.connect(80, proxyServe, _ => {
bridge.write('GET /regester?key=sq HTTP/1.1\r\n\r\n')
})
bridge.on('data', data => {
const localServer = new net.Socket()
localServer.connect(8088, 'localhost', _ => {
localServer.write(data)
localServer.on('data', res => bridge.write(res))
})
})
代碼清晰可讀，甚至朗朗上口。引入net庫，聲明公網地址，創建bridge，使bridge連接proxyServe，成功之後，向proxyServe註冊本地服務，接著，bridge監聽數據，有請求到達時，創建與本地服務的連接，成功之後，把請求數據發送給localServe，同時監聽響應數據，把響應流寫入到bridge。
其餘沒什麼好解釋的瞭，畢竟這隻是示例代碼。不過示例代碼中有段/regester?key=sq，這個key可是有大作用的，在這裡key=sq。那麼角色client通過代理服務訪問本地服務的是，需要在路徑上加上這個key，proxyServe才能對應的上bridge，從而對應上localServe。
例如：lcoalServe是：http://localhost:8088 ，rpoxyServe是example.com ,註冊的key是sq。那麼要想通過prxoyServe訪問到localServe，需要如下寫法：example.com/sq 。為什麼要這樣寫？當然隻是一個定義而已，你讀懂這篇文章的代碼之後，可以修改這樣的約定。
那麼，且看以下關鍵代碼：
proxyServe
這裡的proxyServe雖然是一個簡化後的示例代碼，講起來依然有些復雜，要想徹底弄懂，並結合自己的業務做成可用代碼，是要下一番功夫的。這裡我把代碼拆分成一塊一塊，試著把它講明白，我們給代碼塊取個名字，方便講解。
代碼塊一：createServe
該塊的主要功能是創建代理服務，與client和bridge建立socket鏈接，socket監聽數據請求，在回調函數裡做邏輯處理，具體代碼如下：
const net = require('net')
const bridges = {} // 當有bridge建立socket連接時，緩存在這裡
const clients = {} // 當有client建立socket連接時，緩存在這裡，具體數據結構看源代碼
net.createServer(socket => {
socket.on('data', data => {
const request = data.toString()
const url = request.match(/.+ (?<url>.+) /)?.groups?.url
if (!url) return
if (isBridge(url)) {
regesterBridge(socket, url)
return
}
const { bridge, key } = findBridge(request, url)
if (!bridge) return
cacheClientRequest(bridge, key, socket, request, url)
sendRequestToBridgeByKey(key)
})
}).listen(80)
看一下數據監聽裡的代碼邏輯：
- 把請求數據轉換成字符串。
- 從請求裡查找URL，找不到URL直接結束本次請求。
- 通過URL判斷是不是bridge，如果是，註冊這個bridge，否者，認為是一個client請求。
- 查看client請求有沒有已經註冊過的bridge — 記住，這是一個代理服務，沒有已經註冊的bridge，就認為請求無效。
- 緩存這次請求。
- 接著再把請求發送給bridge。
結合代碼及邏輯梳理，應該能看得懂，但是，對5或許有疑問，接下來一一梳理。
代碼塊二：isBridge
判斷是不是一個bridge的註冊請求，這裡寫的很簡單，不過，真實業務，或許可以定義更加確切的數據。
function isBridge (url) {
return url.startsWith('/regester?')
}
代碼塊三：regesterBridge
簡單，看代碼再說明：
function regesterBridge (socket, url) {
const key = url.match(/(^|&|\?)key=(?<key>[^&]*)(&|$)/)?.groups?.key
bridges[key] = socket
socket.removeAllListeners('data')
}
- 通過URL查找要註冊的bridge的key。
- 把改socket連接緩存起來。
- 移除bridge的數據監聽 — 代碼塊一裡每個socket都有默認的數據監聽回調函說，如果不移除，會導致後續數據混亂。
代碼塊四：findBridge
邏輯走到代碼塊4的時候，說明這已經是一個client請求瞭，那麼，需要先找到它對應的bridge，沒有bridge，就需要先註冊bridge，然後需要用戶稍後再發起client請求。代碼如下：
function findBridge (request, url) {
let key = url.match(/\/(?<key>[^\/\?]*)(\/|\?|$)/)?.groups?.key
let bridge = bridges[key]
if (bridge) return { bridge, key }
const referer = request.match(/\r\nReferer: (?<referer>.+)\r\n/)?.groups?.referer
if (!referer) return {}
key = referer.split('//')[1].split('/')[1]
bridge = bridges[key]
if (bridge) return { bridge, key }
return {}
}
- 從URL中匹配出要代理的bridge的key，找到就返回對應的bridge及key。
- 找不到再從請求頭裡的referer裡找，找到就返回bridge及key。
- 都找不到，我們知道在代碼塊一裡會結束掉本次請求。
代碼塊五：cacheClientRequest
代碼執行到這裡，說明已經是一個client請求瞭，我們先把這個請求緩存起來，緩存的時候，我們一並把請求對應的bridge、key綁定一起緩存，方便後續操作。
為什麼要緩存client請求？
在目前的方案裡，我們希望請求和響應都是成對有序的。我們知道網絡傳輸都是分片傳輸的，目前來看，如果我們不在應用層控制請求和響應成對且有序，會導致數據包之間的混亂現象。暫且這樣，後續如果有更好方案，可以不在應用層強制控制數據的請求響應有序，可以信賴tcp/ip層。
講完原因，我們先來看緩存代碼，這裡比較簡單，復雜的在於逐個取出請求並有序返回整個響應。
function cacheClientRequest (bridge, key, socket, request, url) {
if (clients[key]) {
clients[key].requests.push({bridge, key, socket, request, url})
} else {
clients[key] = {}
clients[key].requests = [{bridge, key, socket, request, url}]
}
}
我們先判斷該bridge對應的key下是不是已經有client的請求緩存瞭，如果有，就push進去。
如果沒有，我們就創建一個對象，把本次請求初始化進去。
接下來就是最復雜的，取出請求緩存，發送給bridge，監聽bridge的響應，直到本次響應結束，在刪除bridge的數據監聽，再試著取出下一個請求，重復上面的動作，直到處理完client的所有請求。
代碼塊六：sendRequestToBridgeByKey
在代碼塊五的最後，對該塊做瞭概括性的說明。可以先稍作理解，在看下面代碼，因為代碼裡會有一些響應完整性的判斷，去除這一些，代碼就好理解一些。整個方案，我們沒有對請求完整性進行處理，原因是，一個請求的基本都在一份數據包大小內，除非是文件上傳接口，我們暫不處理，不然，代碼又會復雜一些。
function sendRequestToBridgeByKey (key) {
const client = clients[key]
if (client.isSending) return
const requests = client.requests
if (requests.length <= 0) return
client.isSending = true
client.contentLength = 0
client.received = 0
const {bridge, socket, request, url} = requests.shift()
const newUrl = url.replace(key, '')
const newRequest = request.replace(url, newUrl)
bridge.write(newRequest)
bridge.on('data', data => {
const response = data.toString()
let code = response.match(/^HTTP[S]*\/[1-9].[0-9] (?<code>[0-9]{3}).*\r\n/)?.groups?.code
if (code) {
code = parseInt(code)
if (code === 200) {
let contentLength = response.match(/\r\nContent-Length: (?<contentLength>.+)\r\n/)?.groups?.contentLength
if (contentLength) {
contentLength = parseInt(contentLength)
client.contentLength = contentLength
client.received = Buffer.from(response.split('\r\n\r\n')[1]).length
}
} else {
socket.write(data)
client.isSending = false
bridge.removeAllListeners('data')
sendRequestToBridgeByKey(key)
return
}
} else {
client.received += data.length
}
socket.write(data)
if (client.contentLength <= client.received) {
client.isSending = false
bridge.removeAllListeners('data')
sendRequestToBridgeByKey(key)
}
})
}
從clients裡取出bridge key對應的client。
判斷該client是不是有請求正在發送，如果有，結束執行。如果沒有，繼續。
判斷該client下是否有請求，如果有，繼續，沒有，結束執行。
從隊列中取出第一個，它包含請求的socket及緩存的bridge。
替換掉約定的數據，把最終的請求數據發送給bridge。
監聽bridge的數據響應。
- 獲取響應code
- 如果響應是200，我們從中獲取content length，如果有，我們對本次請求做一些初始化的操作。設置請求長度，設置已經發送的請求長度。
- 如果不是200，我們把數據發送給client，並且結束本次請求，移除本次數據監聽，遞歸調用sendRequestToBridgeByKey
- 如果沒有獲取的code，我們認為本次響應非第一次，於是，把其長度累加到已發送字段上。
- 我們接著發送該數據到client。
- 再判斷響應的長度是否和已經發送的過的數據長度一致，如果一致，設置client的數據發送狀態為false，移除數據監聽，遞歸調用遞歸調用sendRequestToBridgeByKey。
至此，核心代碼邏輯已經全部結束。
總結
理解這套代碼之後，就可以在其上做擴展，豐富代碼，為你所用。理解完這套代碼，你能想到，它還有哪些使用場景嗎？是不是這個思路也可以用在遠程控制上，如果你要控制客戶端時，從這段代碼找找，是不是會有靈感。
這套代碼或許會有難點，可能要對tcp/ip所有瞭解，也需要對http有所瞭解，並且知道一些關鍵的請求頭，知道一些關鍵的響應信息，當然，對於http瞭解的越多越好。
如果有什麼需要交流，歡迎留言。
proxyServe源碼
const net = require('net')
const bridges = {}
const clients = {}
net.createServer(socket => {
socket.on('data', data => {
const request = data.toString()
const url = request.match(/.+ (?<url>.+) /)?.groups?.url
if (!url) return
if (isBridge(url)) {
regesterBridge(socket, url)
return
}
const { bridge, key } = findBridge(request, url)
if (!bridge) return
cacheClientRequest(bridge, key, socket, request, url)
sendRequestToBridgeByKey(key)
})
}).listen(80)
function isBridge (url) {
return url.startsWith('/regester?')
}
function regesterBridge (socket, url) {
const key = url.match(/(^|&|\?)key=(?<key>[^&]*)(&|$)/)?.groups?.key
bridges[key] = socket
socket.removeAllListeners('data')
}
function findBridge (request, url) {
let key = url.match(/\/(?<key>[^\/\?]*)(\/|\?|$)/)?.groups?.key
let bridge = bridges[key]
if (bridge) return { bridge, key }
const referer = request.match(/\r\nReferer: (?<referer>.+)\r\n/)?.groups?.referer
if (!referer) return {}
key = referer.split('//')[1].split('/')[1]
bridge = bridges[key]
if (bridge) return { bridge, key }
return {}
}
function cacheClientRequest (bridge, key, socket, request, url) {
if (clients[key]) {
clients[key].requests.push({bridge, key, socket, request, url})
} else {
clients[key] = {}
clients[key].requests = [{bridge, key, socket, request, url}]
}
}
function sendRequestToBridgeByKey (key) {
const client = clients[key]
if (client.isSending) return
const requests = client.requests
if (requests.length <= 0) return
client.isSending = true
client.contentLength = 0
client.received = 0
const {bridge, socket, request, url} = requests.shift()
const newUrl = url.replace(key, '')
const newRequest = request.replace(url, newUrl)
bridge.write(newRequest)
bridge.on('data', data => {
const response = data.toString()
let code = response.match(/^HTTP[S]*\/[1-9].[0-9] (?<code>[0-9]{3}).*\r\n/)?.groups?.code
if (code) {
code = parseInt(code)
if (code === 200) {
let contentLength = response.match(/\r\nContent-Length: (?<contentLength>.+)\r\n/)?.groups?.contentLength
if (contentLength) {
contentLength = parseInt(contentLength)
client.contentLength = contentLength
client.received = Buffer.from(response.split('\r\n\r\n')[1]).length
}
} else {
socket.write(data)
client.isSending = false
bridge.removeAllListeners('data')
sendRequestToBridgeByKey(key)
return
}
} else {
client.received += data.length
}
socket.write(data)
if (client.contentLength <= client.received) {
client.isSending = false
bridge.removeAllListeners('data')
sendRequestToBridgeByKey(key)
}
})
}
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