前言

Boost.Asio 是一個功能強大的 C++ 庫，用于異步編程和網(wǎng)絡(luò)編程，它提供了跨平臺的異步 I/O 操作。在這篇文章中，我們將深入分析一個使用 Boost.Asio 實現(xiàn)的簡單端口映射服務(wù)器，該服務(wù)器能夠?qū)⒈镜囟丝诘臄?shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到指定的遠(yuǎn)程服務(wù)器上。

端口映射通常用于將一個網(wǎng)絡(luò)端口上的流量轉(zhuǎn)發(fā)到另一個網(wǎng)絡(luò)端口。這對于實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中間人攻擊、內(nèi)網(wǎng)穿透等場景非常有用。我們將使用 Boost.Asio 提供的異步操作來實現(xiàn)這個簡單而功能強大的端口映射服務(wù)器。

#include <list>
#include <boost/asio.hpp>
#include <boost/bind.hpp>
#include <boost/shared_ptr.hpp>
#include <boost/function.hpp>
#include <boost/enable_shared_from_this.hpp>

using boost::asio::ip::tcp;

首先，讓我們簡要概述代碼的主要類：

• socket_client 類：繼承了 boost::enable_shared_from_this 和 tcp::socket，用于表示客戶端的套接字。
• socket_pipe 類：表示端口映射的管道，負(fù)責(zé)在兩個客戶端之間傳遞數(shù)據(jù)。
• async_listener 類：用于異步監(jiān)聽指定端口的連接請求，通過回調(diào)函數(shù)處理連接。
• port_map_server 類：管理多個監(jiān)聽器，支持添加端口映射規(guī)則，并處理連接請求。

1.1 socket_client

socket_client 類繼承自 boost::enable_shared_from_this 和 tcp::socket。通過 create 靜態(tài)方法創(chuàng)建一個 socket_client 實例，提供了共享指針的方式管理對象的生命周期。

如下代碼是一個使用 Boost.Asio 庫創(chuàng)建的異步 TCP 客戶端類。

class socket_client
    : public boost::enable_shared_from_this<socket_client>
    , public tcp::socket
{
public:
    typedef boost::shared_ptr<socket_client> pointer;

    static pointer create(boost::asio::io_service& io_service)
    {
        return pointer(new socket_client(io_service));
    }

public:
    socket_client(boost::asio::io_service& io_service)
        :tcp::socket(io_service)
    {
    }
};

以下是對該類的概括：

• 類名：socket_client
• 繼承關(guān)系：
  • 繼承自 boost::enable_shared_from_this<socket_client>，這允許在異步操作中安全地使用 shared_from_this，以避免懸掛指針的問題。
  • 繼承自 tcp::socket，表示該類是一個 TCP 套接字。
• 公共成員類型：
  • pointer：boost::shared_ptr<socket_client> 類型的別名，用于管理該類的實例。
• 公共靜態(tài)函數(shù)：
  • create：工廠方法，用于創(chuàng)建 socket_client 的實例。通過此方法獲取了一個智能指針指向新創(chuàng)建的實例。
• 公共構(gòu)造函數(shù)：
  • socket_client(boost::asio::io_service& io_service)：構(gòu)造函數(shù)，接受一個 boost::asio::io_service 引用，用于初始化基類 tcp::socket。

該類的目的是提供一個異步 TCP 客戶端的基本結(jié)構(gòu)，使其能夠與 Boost.Asio 庫中的異步 I/O 操作協(xié)同工作。實際使用時，可以根據(jù)具體需求擴展該類，添加成員函數(shù)和操作，以實現(xiàn)特定的異步操作邏輯。

1.2 socket_pipe

socket_pipe 類用于處理兩個客戶端之間的數(shù)據(jù)傳遞。通過異步操作實現(xiàn)了從一個客戶端讀取數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)寫入另一個客戶端。出現(xiàn)錯誤時，會關(guān)閉兩個客戶端的連接。這里使用了遞歸的方式，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的循環(huán)傳遞。

如下代碼是一個使用是一個 socket_pipe 類的定義，用于在兩個 socket_client 實例之間建立數(shù)據(jù)傳輸管道。

class socket_pipe
{
public:
    socket_pipe(socket_client::pointer read, socket_client::pointer write)
        :read_socket_(*read), write_socket_(*write)
    {
        read_ = read;
        write_ = write;
        begin_read();
    }

private:
    void begin_read()
    {
        read_socket_.async_read_some(boost::asio::buffer(data_, max_length),
            boost::bind(&socket_pipe::end_read, this,
                boost::asio::placeholders::error,
                boost::asio::placeholders::bytes_transferred));
    }

    void end_read(const boost::system::error_code& error, size_t bytes_transferred)
    {
        if (error)
            handle_error(error);
        else
            begin_write(bytes_transferred);
    }

    void begin_write(int bytes_transferred)
    {
        boost::asio::async_write(write_socket_,
            boost::asio::buffer(data_, bytes_transferred),
            boost::bind(&socket_pipe::end_write, this,
                boost::asio::placeholders::error));
    }

    void end_write(const boost::system::error_code& error)
    {
        if (error)
            handle_error(error);
        else
            begin_read();
    }

    void handle_error(const boost::system::error_code& error)
    {
        read_socket_.close();
        write_socket_.close();

        delete this;
    }

private:
    socket_client& read_socket_;
    socket_client& write_socket_;

    socket_client::pointer read_;
    socket_client::pointer write_;

    enum { max_length = 1024 };
    char data_[max_length];
};

以下是對該類的概括：

• 類名：socket_pipe
• 公共構(gòu)造函數(shù)：
  • socket_pipe(socket_client::pointer read, socket_client::pointer write)：構(gòu)造函數(shù)，接受兩個 socket_client::pointer 實例，一個用于讀取數(shù)據(jù) (read_socket_)，另一個用于寫入數(shù)據(jù) (write_socket_)。在構(gòu)造函數(shù)中，調(diào)用了 begin_read 函數(shù)，啟動了異步讀取操作。
• 私有成員函數(shù)：
  • begin_read()：啟動異步讀取操作，使用 read_socket_.async_read_some 異步讀取數(shù)據(jù)。
  • end_read(const boost::system::error_code& error, size_t bytes_transferred)：讀取操作完成時的回調(diào)函數(shù)，處理可能的錯誤，如果沒有錯誤則調(diào)用 begin_write 啟動異步寫入操作。
  • begin_write(int bytes_transferred)：啟動異步寫入操作，使用 boost::asio::async_write 異步寫入數(shù)據(jù)。
  • end_write(const boost::system::error_code& error)：寫入操作完成時的回調(diào)函數(shù)，處理可能的錯誤，如果沒有錯誤則調(diào)用 begin_read 啟動下一輪異步讀取操作。
  • handle_error(const boost::system::error_code& error)：處理錯誤的函數(shù)，關(guān)閉讀取和寫入套接字，并釋放當(dāng)前 socket_pipe 實例。
• 私有成員變量：
  • socket_client& read_socket_：引用傳遞的讀取套接字。
  • socket_client& write_socket_：引用傳遞的寫入套接字。
  • socket_client::pointer read_：指向讀取套接字的智能指針。
  • socket_client::pointer write_：指向?qū)懭胩捉幼值闹悄苤羔槨?/li>
  • enum { max_length = 1024 };：定義了最大數(shù)據(jù)長度。
  • char data_[max_length];：存儲數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)。

該類的主要目的是在兩個 socket_client 之間實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸，通過異步操作實現(xiàn)了循環(huán)的讀取和寫入過程。在錯誤處理中，如果出現(xiàn)錯誤，會關(guān)閉套接字并釋放當(dāng)前的 socket_pipe 實例。

1.3 async_listener

async_listener 類負(fù)責(zé)異步監(jiān)聽指定端口，并通過回調(diào)函數(shù)處理連接。在連接建立時，會調(diào)用用戶提供的回調(diào)函數(shù)進(jìn)行處理。通過 begin_accept 方法開始異步監(jiān)聽。

如下代碼是一個使用 async_listener 類的定義，用于異步監(jiān)聽指定端口的連接。

class async_listener
{
public:
    typedef boost::function<void(socket_client::pointer client)> accept_handler;
    typedef boost::shared_ptr<async_listener> pointer;

public:
    async_listener(short port, boost::asio::io_service& io_service)
        :io_service_(io_service),
        acceptor_(io_service, tcp::endpoint(tcp::v4(), port))
    {
        begin_accept();
    }

    void begin_accept()
    {
        socket_client::pointer client = socket_client::create(io_service_);
        acceptor_.async_accept(*client,
            boost::bind(&async_listener::end_accept, this, client,
                boost::asio::placeholders::error));
    }

    void end_accept(socket_client::pointer client, const boost::system::error_code& error)
    {
        if (error)
            handle_error(error);

        begin_accept();

        if (!handle_accept.empty())
            handle_accept(client);
    }

    void handle_error(const boost::system::error_code& error)
    {
    }

public:
    accept_handler handle_accept;

private:
    tcp::acceptor acceptor_;
    boost::asio::io_service& io_service_;
};

以下是對該類的概括：

• 類名：async_listener
• 公共成員類型：
  • accept_handler：boost::function<void(socket_client::pointer client)> 類型的別名，用于定義連接建立時的回調(diào)函數(shù)。
  • pointer：boost::shared_ptr<async_listener> 類型的別名，用于管理該類的實例。
• 公共構(gòu)造函數(shù)：
  • async_listener(short port, boost::asio::io_service& io_service)：構(gòu)造函數(shù)，接受一個短整型端口號和一個 boost::asio::io_service 引用。在構(gòu)造函數(shù)中，創(chuàng)建了一個 TCP 接受器 (acceptor_) 并調(diào)用 begin_accept 啟動異步接受操作。
• 公共函數(shù)：
  • begin_accept()：啟動異步接受操作，創(chuàng)建一個新的 socket_client 實例，并調(diào)用 acceptor_.async_accept 異步等待連接的建立。
  • end_accept(socket_client::pointer client, const boost::system::error_code& error)：異步接受操作完成時的回調(diào)函數(shù)，處理可能的錯誤，如果沒有錯誤則調(diào)用 begin_accept 啟動下一輪異步接受操作。如果定義了 handle_accept 回調(diào)函數(shù)，則調(diào)用它并傳遞新連接的 socket_client 實例。
• 私有成員函數(shù)：
  • handle_error(const boost::system::error_code& error)：處理錯誤的函數(shù)，目前僅為空實現(xiàn)。
• 公共成員變量：
  • accept_handler handle_accept：用于存儲用戶定義的連接建立時的回調(diào)函數(shù)。
• 私有成員變量：
  • tcp::acceptor acceptor_：TCP 接受器，用于監(jiān)聽連接。
  • boost::asio::io_service& io_service_：引用傳遞的 io_service，用于執(zhí)行異步操作。

該類的主要目的是實現(xiàn)異步監(jiān)聽，一旦有連接建立，就通過回調(diào)函數(shù)通知用戶，并通過 handle_error 處理可能的錯誤。在連接建立后，會繼續(xù)監(jiān)聽新的連接。

1.4 port_map_server

port_map_server 類管理多個監(jiān)聽器，支持動態(tài)添加端口映射規(guī)則。在連接建立時，會調(diào)用 handle_accept 處理連接請求。通過 begin_connect 方法開始異步連接遠(yuǎn)程服務(wù)器。

如下代碼是一個 port_map_server 類的定義，它通過異步監(jiān)聽多個本地端口，并將連接映射到遠(yuǎn)程服務(wù)器的不同端口。

class port_map_server
{
public:
    port_map_server(boost::asio::io_service& io_service) :io_service_(io_service)
    {
    }

    void add_portmap(short port, tcp::endpoint& remote_endpoint)
    {
        async_listener::pointer listener(new async_listener(port, io_service_));
        listeners.push_back(listener);

        listener->handle_accept = boost::bind(&port_map_server::handle_accept
            , this, remote_endpoint, _1);
    }

    void handle_accept(tcp::endpoint remote_endpoint, socket_client::pointer client)
    {
        begin_connect(remote_endpoint, client);
    }

    void begin_connect(tcp::endpoint& remote_endpoint, socket_client::pointer socket_local)
    {
        socket_client::pointer socket_remote = socket_client::create(io_service_);
        socket_remote->async_connect(remote_endpoint,
            boost::bind(&port_map_server::end_connect, this,
                boost::asio::placeholders::error, socket_local, socket_remote));
    }

    void end_connect(const boost::system::error_code& error, socket_client::pointer socket_local, socket_client::pointer socket_remote)
    {
        if (error)
        {
            handle_error(error);
        }
        else
        {
            new socket_pipe(socket_local, socket_remote);
            new socket_pipe(socket_remote, socket_local);
        }
    }

    void handle_error(const boost::system::error_code& error)
    {
    }

private:
    boost::asio::io_service& io_service_;
    std::list<async_listener::pointer> listeners;
};

以下是對該類的概括：

• 類名：port_map_server
• 公共構(gòu)造函數(shù)：
  • port_map_server(boost::asio::io_service& io_service)：構(gòu)造函數(shù)，接受一個 boost::asio::io_service 引用。
• 公共函數(shù)：
  • add_portmap(short port, tcp::endpoint& remote_endpoint)：添加端口映射規(guī)則的函數(shù)。為指定端口創(chuàng)建一個新的 async_listener 實例，并將其添加到 listeners 列表中。同時，設(shè)置 handle_accept 回調(diào)函數(shù)，以便在新連接建立時調(diào)用 handle_accept 函數(shù)。
• 私有成員函數(shù)：
  • handle_accept(tcp::endpoint remote_endpoint, socket_client::pointer client)：處理新連接建立時的回調(diào)函數(shù)。在此函數(shù)中，調(diào)用 begin_connect 啟動異步連接到遠(yuǎn)程服務(wù)器的操作。
  • begin_connect(tcp::endpoint& remote_endpoint, socket_client::pointer socket_local)：啟動異步連接到遠(yuǎn)程服務(wù)器的操作，創(chuàng)建一個新的遠(yuǎn)程套接字。
  • end_connect(const boost::system::error_code& error, socket_client::pointer socket_local, socket_client::pointer socket_remote)：處理異步連接操作完成時的回調(diào)函數(shù)。如果連接成功，創(chuàng)建兩個 socket_pipe 實例，分別用于將數(shù)據(jù)從本地傳輸?shù)竭h(yuǎn)程和從遠(yuǎn)程傳輸回本地。
  • handle_error(const boost::system::error_code& error)：處理錯誤的函數(shù)，目前僅為空實現(xiàn)。
• 私有成員變量：
  • boost::asio::io_service& io_service_：引用傳遞的 io_service，用于執(zhí)行異步操作。
  • std::list<async_listener::pointer> listeners：存儲多個 async_listener 實例的列表。

該類的主要目的是通過創(chuàng)建多個 async_listener 實例，監(jiān)聽多個本地端口，并在新連接建立時將其映射到遠(yuǎn)程服務(wù)器的不同端口。在連接建立后，會啟動異步連接到遠(yuǎn)程服務(wù)器的操作，并創(chuàng)建數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓艿馈?/p>

1.5 port_map_server

這是程序的 main 函數(shù)，負(fù)責(zé)創(chuàng)建一個 boost::asio::io_service 實例，設(shè)置兩個遠(yuǎn)程服務(wù)器的端點，然后創(chuàng)建一個 port_map_server 實例并添加兩個端口映射規(guī)則。最后，通過調(diào)用 io_service.run() 開始事件循環(huán)。

以下是對 main 函數(shù)的概括：

• 函數(shù)功能：
  • 創(chuàng)建一個 boost::asio::io_service 實例，用于管理異步操作的事件循環(huán)。
  • 定義兩個遠(yuǎn)程服務(wù)器的端點 (ep1 和 ep2)，分別是 192.168.1.100:80 和 192.168.1.200:80。
  • 創(chuàng)建一個 port_map_server 實例，該實例使用上述 io_service。
  • 通過 add_portmap 函數(shù)向 port_map_server 添加兩個端口映射規(guī)則，將本地端口 5000 映射到遠(yuǎn)程服務(wù)器 192.168.1.100:80，將本地端口 6000 映射到遠(yuǎn)程服務(wù)器 192.168.1.200:80。
  • 調(diào)用 io_service.run() 開始事件循環(huán)，等待異步操作的完成。
• 異常處理：
  • 使用了 try 和 catch 塊，捕獲任何可能拋出的異常，并在 catch 塊中忽略異常。
• 返回值：
  • 返回整數(shù) 0 表示程序正常結(jié)束。

這個 main 函數(shù)的作用是啟動異步事件循環(huán)，使得 port_map_server 開始監(jiān)聽指定端口，接受連接，并將連接映射到遠(yuǎn)程服務(wù)器上。

int main(int argc, char* argv[])
{
    try
    {
        boost::asio::io_service io_service;

        tcp::endpoint ep1(boost::asio::ip::address_v4::from_string("192.168.1.100"), 80);
        tcp::endpoint ep2(boost::asio::ip::address_v4::from_string("192.168.1.200"), 80);

        port_map_server server(io_service);

        // 訪問本機5000端口,將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到 8.141.58.64:80
        server.add_portmap(5000, ep1);
        // 訪問本機6000端口,將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到 8.141.58.64:80
        server.add_portmap(6000, ep2);

        io_service.run();
    }
    catch (...) {}
    return 0;
}

以上就是C++基于Boost.Asio實現(xiàn)端口映射器的過程詳解的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于C++ Boost.Asio端口映射器的資料請關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！

最新評論