应用场景是这样的:

客户端和服务器在不同的网段内,它们之间不能直接通过TCP连接,但是有一台机器(暂时称为转发器)有双网卡,两块网卡分别在客户端和服务器端的网段内,这样转发器就能分别和客户端即服务器建立连接,并来回传输数据。

设计思路是这样的:

当客户端连接到转发器后,转发器马上建立一条到服务器之间的连接,与服务器端的连接建立后,就同时异步地从客户端和服务器端接收数据到两个缓冲区 中,一旦任何一方有数据接收,就通过另外一条连接将数据发送到另一方,发送完毕后又开始新一轮的数据接收。如果在接收数据的过程中有任何一方出现错误,就 将取消另外一条连接的异步调用,这样整个连接就会关闭。

其中用到了Boost库的以下特性:

1.Asio的异步IO调用

2.多线程

3.share_ptr的自动指针管理

遗留的一些问题:

由于采用了多线程,为了保险起见,我将每个回调函数都用strand包裹起来,在各回调函数没有使用共享资源的情况下并不必要,因此在这方面可以优化下
 1 /*
 2  * =====================================================================================
 3  *
 4  * Filename: xproxy_main.cpp
 5  *
 6  * Description:
 7  *
 8  * Version: 1.0
 9  * Created: 2009年11月26 日 15时10分29秒
10  * Revision: none
11  * Compiler: gcc
12  *
13  * Author: David Fang (A free programmer), qi_fd@163.com
14  * Company: nocompany
15  *
16  * =====================================================================================
17  */
18 
19 #include <iostream>
20 #include <string>
21 #include <boost/asio.hpp>
22 #include "xproxy_server.hpp"
23 
24 int main(int argc, char* argv[])
25 {
26     try
27     {
28         if(5 != argc)
29         {
30             std::cerr<<"Usage: xproxy <local port> <server ip> <server_port> <[thread size>\n";
31             std::cerr<<"local port: local port used to accept login client\n";
32             std::cerr<<"server ip: analysing server address, ip string in decimal dot format\n";
33             std::cerr<<"server port: analysing server port, an unsigned short value\n";
34             std::cerr<<"thread size: number of threads to running xproxy server\n";
35             return 1;
36         }
37         xproxy_server srv(atoi(argv[1]), argv[2], atoi(argv[3]), atoi(argv[4]));
38 
39         srv.run();
40     }
41     catch(std::exception& e)
42     {
43         std::cerr<<"exception: "<<e.what()<<"\n";
44     }
45 
46     return 0;
47 }
 1 /*
 2  * =====================================================================================
 3  *
 4  * Filename: xproxy_server.hpp
 5  *
 6  * Description:
 7  *
 8  * Version: 1.0
 9  * Created: 2009年11月26 日 15时12分01秒
10  * Revision: none
11  * Compiler: gcc
12  *
13  * Author: David Fang (A free programmer), qi_fd@163.com
14  * Company: nocompany
15  *
16  * =====================================================================================
17  */
18 #ifndef XPROXY_SERVER_HPP
19 #define XPROXY_SERVER_HPP
20 
21 #include <string>
22 
23 #include <boost/asio.hpp>
24 #include <boost/noncopyable.hpp>
25 #include <boost/shared_ptr.hpp>
26 #include "xproxy_connection.hpp"
27 
28 using boost::asio::ip::tcp;
29 
30 class xproxy_server:private boost::noncopyable
31 {
32 public:
33 
34     //construction of xproxy_server, which takes the destination machine(analysing server)'s
35 
36     //address and port(ipv4) as arguments
37 
38     explicit xproxy_server(unsigned short local_port, const std::string& ana_address, unsigned short ana_port,
39             std::size_t thread_pool_size = 1);
40     
41     //Run the server's io_service loop
42 
43     void run();
44 
45     //Stop the server
46 
47     void stop();
48 private:
49     //Handle the completion of an asynchronous accept from the login client
50 
51     void handle_accept(const boost::system::error_code& e);
52 
53     //The number of threads that will call io_service::run()
54 
55     std::size_t thread_pool_size_;
56 
57     //The io_service used to perform asynchronous operations.
58 
59     boost::asio::io_service io_service_;
60 
61     //Acceptor used to listen for incoming proxy connectins
62 
63     boost::asio::ip::tcp::acceptor acceptor_;
64 
65     //Local endpoint corresponding to the login client
66 
67     tcp::endpoint local_endpoint_;
68 
69     //The endpoint to analysing server
70 
71     tcp::endpoint analysing_server_endpoint_;
72 
73     //The next connectin to be accepted.
74 
75     xproxy_connection_ptr new_connection_;
76 };
77 
78 #endif
 1 /*
 2  * =====================================================================================
 3  *
 4  * Filename: xproxy_server.cpp
 5  *
 6  * Description:
 7  *
 8  * Version: 1.0
 9  * Created: 2009年11月26 日 15时12分07秒
10  * Revision: none
11  * Compiler: gcc
12  *
13  * Author: David Fang (A free programmer), qi_fd@163.com
14  * Company: nocompany
15  *
16  * =====================================================================================
17  */
18 
19 #include "xproxy_server.hpp"
20 #include <boost/thread.hpp>
21 #include <boost/bind.hpp>
22 #include <boost/shared_ptr.hpp>
23 #include <vector>
24 
25 xproxy_server::xproxy_server(unsigned short local_port,
26         const std::string& ana_address,
27         unsigned short ana_port,
28         std::size_t thread_pool_size)
29     :thread_pool_size_(thread_pool_size),
30     acceptor_(io_service_),
31     local_endpoint_(tcp::v4(), local_port),
32     analysing_server_endpoint_(boost::asio::ip::address::from_string(ana_address), ana_port),
33     new_connection_(new xproxy_connection(io_service_, analysing_server_endpoint_))
34 {
35     acceptor_.open(local_endpoint_.protocol());
36     acceptor_.set_option(tcp::acceptor::reuse_address(true));
37     acceptor_.bind(local_endpoint_);
38     acceptor_.listen();
39     acceptor_.async_accept(new_connection_->login_clt_sock(),
40             boost::bind(&xproxy_server::handle_accept, this,
41                 boost::asio::placeholders::error));
42 }
43 
44 void xproxy_server::run()
45 {
46     std::vector<boost::shared_ptr<boost::thread> > threads;
47     for(std::size_t i = 0; i < thread_pool_size_; ++i)
48     {
49         boost::shared_ptr<boost::thread> thread(new boost::thread(
50             boost::bind(&boost::asio::io_service::run, &io_service_)));
51         threads.push_back(thread);
52     }
53 
54     for(std::size_t i = 0; i < threads.size(); ++i)
55     {
56         threads[i]->join();
57     }
58 }
59 
60 void xproxy_server::stop()
61 {
62     io_service_.stop();
63 }
64 
65 void xproxy_server::handle_accept(const boost::system::error_code& e)
66 {
67     if(!e)
68     {
69         new_connection_->start();
70         new_connection_.reset(new xproxy_connection(io_service_,
71             analysing_server_endpoint_));
72 
73         acceptor_.async_accept(new_connection_->login_clt_sock(),
74             boost::bind(&xproxy_server::handle_accept, this,
75                 boost::asio::placeholders::error));
76     }
77 }
 1 /*
 2  * =====================================================================================
 3  *
 4  * Filename: xproxy_connection.hpp
 5  *
 6  * Description:
 7  *
 8  * Version: 1.0
 9  * Created: 2009年11月26 日 15时11分04秒
10  * Revision: none
11  * Compiler: gcc
12  *
13  * Author: David Fang (A free programmer), qi_fd@163.com
14  * Company: nocompany
15  *
16  * =====================================================================================
17  */
18 #ifndef XPROXY_CONNECTION_HPP
19 #define XPROXY_CONNECTION_HPP
20 
21 #include <boost/asio.hpp>
22 #include <boost/array.hpp>
23 #include <boost/noncopyable.hpp>
24 #include <boost/shared_ptr.hpp>
25 #include <boost/enable_shared_from_this.hpp>
26 
27 using boost::asio::ip::tcp;
28 
29 class xproxy_connection:public boost::enable_shared_from_this<xproxy_connection>,
30     private boost::noncopyable
31 {
32 public:
33     //Contruct a connection with the given io_service, the analysing server address and port
34 
35     explicit xproxy_connection(boost::asio::io_service& io_service,
36             tcp::endpoint& ana_endpoint);
37 
38     ~xproxy_connection();
39 
40     //Start the asyncronous connection to analysing server
41 
42     void start();
43 
44     tcp::socket& login_clt_sock();
45 
46 private:
47     //Handle completion of connection to analysing server
48 
49     void handle_connect_to_ana_server(const boost::system::error_code& e);
50 
51     //Handle completion of login client socket read
52 
53     void handle_login_clt_sock_read(const boost::system::error_code& e,
54             std::size_t bytes_transferred);
55 
56     //Handle completion of analysing server socket write
57 
58     void handle_ana_srv_sock_write(const boost::system::error_code& e);
59 
60     //Handle completion of analysing server socket read
61 
62     void handle_ana_srv_sock_read(const boost::system::error_code& e,
63             std::size_t bytes_transferred);
64 
65     //Handle completion of login client socket write
66 
67     void handle_login_clt_sock_write(const boost::system::error_code& e);
68 
69     //Strand to ensure the connection's handles are not called concurrently
70 
71     boost::asio::io_service::strand strand_;
72 
73     //analysing server endpoint
74 
75     tcp::endpoint ana_endpoint_;
76 
77     //socket to the flex login client
78 
79     tcp::socket login_clt_sock_;
80 
81     //socket to analysing server
82 
83     tcp::socket ana_srv_sock_;
84 
85     //buffer used to recieve data from the login client
86 
87     boost::array<char1024> clt_buffer_;
88     
89     //buffer used to recieve data from the analysing server
90 
91     boost::array<char1024> srv_buffer_;
92 };
93 
94 typedef boost::shared_ptr<xproxy_connection> xproxy_connection_ptr;
95 
96 #endif
  1 /*
  2  * =====================================================================================
  3  *
  4  * Filename: xproxy_connection.cpp
  5  *
  6  * Description:
  7  *
  8  * Version: 1.0
  9  * Created: 2009年11月26 日 15时12分33秒
 10  * Revision: none
 11  * Compiler: gcc
 12  *
 13  * Author: David Fang (A free programmer), qi_fd@163.com
 14  * Company: nocompany
 15  *
 16  * =====================================================================================
 17  */
 18 
 19 #include "xproxy_connection.hpp"
 20 #include <vector>
 21 #include <iostream>
 22 #include <boost/bind.hpp>
 23 
 24 xproxy_connection::xproxy_connection(boost::asio::io_service& io_service,
 25     tcp::endpoint& ana_endpoint)
 26     :strand_(io_service),
 27     ana_endpoint_(ana_endpoint),
 28     login_clt_sock_(io_service),
 29     ana_srv_sock_(io_service)
 30 {
 31     std::cout<<"new connection construct\n";
 32 }
 33 
 34 xproxy_connection::~xproxy_connection()
 35 {
 36     std::cout<<"connection destruct\n";
 37 }
 38 
 39 tcp::socket& xproxy_connection::login_clt_sock()
 40 {
 41     return login_clt_sock_;
 42 }
 43         
 44 void xproxy_connection::start()
 45 {
 46     std::cout<<"connection start to connect to analysing server\n";
 47     ana_srv_sock_.async_connect(ana_endpoint_,
 48         strand_.wrap(boost::bind(&xproxy_connection::handle_connect_to_ana_server,
 49             shared_from_this(), boost::asio::placeholders::error)));
 50 }
 51 
 52 void xproxy_connection::handle_connect_to_ana_server(const boost::system::error_code& e)
 53 {
 54     if(!e)
 55     {
 56         std::cout<<"connect to analysing server succeed,"
 57             <<"now start to receive data from both sides\n";
 58 
 59         login_clt_sock_.async_read_some(boost::asio::buffer(clt_buffer_),
 60                 strand_.wrap(
 61                     boost::bind(&xproxy_connection::handle_login_clt_sock_read,
 62                         shared_from_this(), boost::asio::placeholders::error,
 63                         boost::asio::placeholders::bytes_transferred)));
 64 
 65         ana_srv_sock_.async_read_some(boost::asio::buffer(srv_buffer_),
 66                 strand_.wrap(
 67                     boost::bind(&xproxy_connection::handle_ana_srv_sock_read,
 68                         shared_from_this(), boost::asio::placeholders::error,
 69                         boost::asio::placeholders::bytes_transferred)));
 70 
 71     }
 72 }
 73 
 74 void xproxy_connection::handle_login_clt_sock_read
 75     (const boost::system::error_code& e, std::size_t bytes_transferred)
 76 {
 77     if(!e)
 78     {
 79         std::cout<<"data read from login client:\n";
 80         std::cout.write(clt_buffer_.data(), bytes_transferred);
 81         std::cout<<"\nnow send it to analysing server\n";
 82         boost::asio::async_write(ana_srv_sock_,
 83                 boost::asio::buffer(clt_buffer_.data(), bytes_transferred),
 84                 strand_.wrap(boost::bind(
 85                         &xproxy_connection::handle_ana_srv_sock_write,
 86                         shared_from_this(), boost::asio::placeholders::error)));
 87     }
 88     else
 89     {
 90         std::cout<<"read data from login client error, "
 91             <<"now need to shutdown this connection\n";
 92         ana_srv_sock_.cancel();
 93     }
 94 }
 95 
 96 void xproxy_connection::handle_ana_srv_sock_write(const boost::system::error_code& e)
 97 {
 98     if(!e)
 99     {
100         std::cout<<"data send to analysing server complete, "
101             <<"now start to receive data from login client again\n";
102         login_clt_sock_.async_read_some(boost::asio::buffer(clt_buffer_),
103                 strand_.wrap(
104                     boost::bind(&xproxy_connection::handle_login_clt_sock_read,
105                         shared_from_this(), boost::asio::placeholders::error,
106                         boost::asio::placeholders::bytes_transferred)));
107     }
108 }
109 
110 void xproxy_connection::handle_ana_srv_sock_read(
111         const boost::system::error_code& e,
112         std::size_t bytes_transferred)
113 {
114     if(!e)
115     {
116         std::cout<<"data read from analysing server:\n";
117         std::cout.write(srv_buffer_.data(), bytes_transferred);
118         std::cout<<"\nnow send it to login client\n";
119         boost::asio::async_write(login_clt_sock_,
120                 boost::asio::buffer(srv_buffer_.data(), bytes_transferred),
121                 strand_.wrap(
122                     boost::bind(&xproxy_connection::handle_login_clt_sock_write,
123                         shared_from_this(), boost::asio::placeholders::error)));
124     }
125     else
126     {
127         std::cout<<"read data from analysing server error, "
128             <<"now need to shutdown this connection\n";
129         login_clt_sock_.cancel();
130     }
131 }
132 
133 void xproxy_connection::handle_login_clt_sock_write(const boost::system::error_code& e)
134 {
135     if(!e)
136     {
137         std::cout<<"data send to login client complete, "
138             <<"now start to receive data from analysing server again\n";
139         ana_srv_sock_.async_read_some(boost::asio::buffer(srv_buffer_),
140                 strand_.wrap(
141                     boost::bind(&xproxy_connection::handle_ana_srv_sock_read,
142                         shared_from_this(), boost::asio::placeholders::error,
143                         boost::asio::placeholders::bytes_transferred)));
144     }
145 }
 1 BOOST_INC=/home/done/dev_lib/boost_1_38_0/
 2 BOOST_LIB=/home/done/dev_lib/boostlibs/
 3 LIB_THREAD=$(BOOST_LIB)libboost_thread-gcc42-mt-s-1_38.a
 4 LIB_SYSTEM=$(BOOST_LIB)libboost_system-gcc42-mt-s-1_38.a
 5 SYS_INC=/usr/include/
 6 CPP_INC=/usr/include/c++/4.2/
 7 default:xproxy_main.o xproxy_server.o xproxy_connection.o
 8     g++ -o xproxy xproxy_main.o xproxy_server.o xproxy_connection.o $(LIB_THREAD) $(LIB_SYSTEM) -lpthread
 9 xproxy_main.o:xproxy_main.cpp xproxy_server.hpp
10     g++ --I$(SYS_INC) -I$(BOOST_INC) -I$(CPP_INC) xproxy_main.cpp
11 xproxy_server.o:xproxy_server.cpp xproxy_connection.hpp
12     g++ --I$(SYS_INC) -I$(BOOST_INC) -I$(CPP_INC) xproxy_server.cpp
13 xproxy_connection.o:xproxy_connection.cpp xproxy_connection.hpp
14     g++ --I$(SYS_INC) -I$(BOOST_INC) -I$(CPP_INC) xproxy_connection.cpp
15 clean:
16     rm *.o xproxy 2>/dev/null

Feedback

# re: 使用Boost.Asio写的多线程TCP转发代理服务器  回复  更多评论   

2010-03-06 10:12 by zuhd
奇怪为什么有这样的需求?为什么不用udp,udp可以穿越NAT

# re: 使用Boost.Asio写的多线程TCP转发代理服务器  回复  更多评论   

2010-03-06 12:24 by David Fang
嘿嘿,这个是安全项目的内幕,为了保护背后的网络。

# re: 使用Boost.Asio写的多线程TCP转发代理服务器  回复  更多评论   

2010-03-07 11:22 by ziding
若A发送一段数据到proxy之后,连接断掉了,proxy是不是否会把之前收到的内容发给后面的服务器b?要是不发,是不是不太合适?

# re: 使用Boost.Asio写的多线程TCP转发代理服务器  回复  更多评论   

2010-03-07 22:09 by David Fang
A(我理解是客户端)发送的数据被xproxy_connection收到后,会调用handle_login_clt_sock_read,它将客户端发来的数据到服务器,这时如果A和代理间的连接掉了不影响数据发到服务器。当之前从客户端收到的数据从代理发到服务器完毕后,handle_ana_srv_sock_write被调用,代理又开始从客户端接收数据,这才发现客户端关闭连接了,异步调用的处理函数handle_login_clt_sock_read会得到一个错误,然后就撤销与服务器连接的socket的所有请求,而本身和客户端连接的socket有没有新的调用,因此整个连接会被释放,应该还算比较合理吧。

# re: 使用Boost.Asio写的多线程TCP转发代理服务器  回复  更多评论   

2011-09-30 21:52 by AQ
貌似我也做了个类似的东西,BOOST的效率还是非常OK的,不过还是直接做个代理比较高效点

# re: 使用Boost.Asio写的多线程TCP转发代理服务器[未登录]  回复  更多评论   

2013-09-23 17:52 by a
理论上只能最大代理65535路TCP,因为你在与被代理服务器通讯时是需要用端口的。我说的大家怎么看?

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