基于 Golang 实现的 Shadowsocks 源码解析

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本教程是基于 项目，我将通过分析该项目的源码来帮助大家学习如何通过Golang来实现一个隧道代理转发工具。

我会把重点代码罗列出来，方便大家在阅读源码的时候能够找到代码的主线。

本教程主要会从以下四个问题入手：

  1. 什么是隧道代理？
  2. 本教程的实验环境是什么样的？实现本教程中的示例都需要提前准备哪些条件？
  3. Shadowsocks是如何实现隧道代理的？
  4. 我们可以学习到哪些技术点？

1. 什么是隧道代理？

隧道代理是两个技术的结合，本别是隧道+代理两个技术的结合，分别来解释一下这个词语。

1.1 代理 （Proxy）

代理（英语：Proxy）也称网络代理，是一种特殊的网络服务，允许一个网络终端（一般为客户端）通过这个服务与另一个网络终端（一般为服务器）进行非直接的连接。一些网关、路由器等网络设备具备网络代理功能。一般认为代理服务有利于保障网络终端的隐私或安全，防止攻击。


上图中，代理服务器既是服务器又是客户端。客户端向代理发送请求报文，代理服务器必须向服务器一样，正确的处理请求和连接，然后返回响应。同时，代理自身要向服务器发送请求，这样，其行为必须像正确的客户端一样，要发送请求并接收响应。

代理服务器的特点：

  • 客户端不知道真正的服务器是谁，服务器也不知道客户端是什么样的
  • 客户端同代理服务器，代理服务器同服务器，这两者之间使用的通讯协议是一样的
  • 代理服务器会对接收的请求进行解析，重新封装后再发送给服务器；在服务器响应后，对响应进行解析，重新封装后再发送给客户端。

1.2 隧道 （Tunnel）

隧道（英语：Tunneling ）是一种网络通讯协议，在其中，使用一种网络协议（发送协议），将另一个不同的网络协议，封装在负载部分。使用隧道的原因是在不兼容的网络上传输数据，或在不安全网络上提供一个安全路径。


隧道的特点：

  • 该协议是为承载协议自身以外的流量而编写的协议
  • 允许数据从一个网络移动到另一个网络
  • 只关心流量的传输，不对承载的流量进行解析

2. 本教程的实验环境是什么样的？实现本教程中的示例都需要提前准备哪些条件？


上图就是本实验的网络架构图，下面说明一下架构图的含义：

  • 其中有两个192.168.0.0和192.168.1.0网段的IP 的虚拟机，用它作为中转机；
  • 192.168.1.105、192.168.1.106以及192.168.1.107这三台机器作用目的端；
  • 192.168.0.103 这台机器作为客户端；

本实验中所需要的基本开发环境：

  • 三台Ubuntu 18.04 的虚拟机
  • Golang 的编译环境 （1.15以上）
  • IDE 可自选

实验的目的是： 搭建从192.168.0.103 到 192.168.0.104 之间的隧道代理，使 客户端（192.168.0.103）可以访问到 目的端 的内容。

3. Shadowsocks是如何实现隧道代理的？

我们以实现TCP隧道代理为例，分别针对客户端和服务端源码中的关键代码来和大家进行分析以下问题：

  1. 客户端如何处理数据流
  2. 服务端如何处理数据流
  3. 目的端IP的读写
  4. 数据流的转发是如何实现的

3.1 客户端如何处理数据流

我截取了tcp.go中tcpLocal函数的源码：

在客户端中一共涉及到了三个IP，它们分别是本地IP、服务端IP、目的端IP。

我来解释一下上述代码的含义。

当客户端程序启动的时候，客户端监听本地的代理地址——127.0.0.1:8803，然后我们再把系统中的代理地址设置为127.0.0.1:8803，这个时候通过浏览器访问的数据流就都会从代理地址出去，从而数据流就会进入到客户端程序中。

当客户端程序接收到数据流之后，先从配置文件中找到该数据流要去的目的端IP，并将目的端IP写进数据流中。这样当服务端接收到数据流的时候就可以知道目的端IP。

3.2 服务端如何处理数据流

这段是我截取自tcp.go中tcpRemote函数的代码。

服务端处理数据流的方式与客户端类似，都是先监听本地端口，当接收到请求之后像目的地址进行流量发送。

3.3 目的端IP的读写

3.3.1 客户端如何写入目的端IP？

为了让大家可以更清晰地理解代码，我们先回答另一个问题目的端IP是怎么来的？

我们看main.go文件中的代码，

从代码中我们可以看到两点：

  1. 我们可以同时建设多条隧道；
  2. 目的端的IP来自等号的左侧；

接着我们看tcp.go中的tcpTun函数：

shadow func(net.Conn) net.Connfunc(net.Conn) (socks.Addr, error) { return tgt, nil }

在golang中可以把函数作为一种类型，并且可以把函数作为参数进行传递。

net.Conntgt
tgt := socks.ParseAddr(target)

我们梳理清楚了客户端如何得到目的端IP，接下来让我们看一下客户端是如何将IP写入数据流中。

rc.Write(tgt)conn.Write()conn.Write()

3.3.2 服务端如何解析出目的端IP呢？

tgt, err := socks.ReadAddr(sc)
ReadAddr()readAddr()
readAdder()
io.ReadFull()

我们可以通过这段代码看出，我们可以通过buf中的第一位判断IP地址的类型，然后根据不同类型的IP来截取buf中对应长度的内容就可以获得IP地址了。

3.4 数据流的转发是如何实现的

repaly()
io.Copy()io.Copy(）
io.Copy()

4. 我们可以学习到哪些技术点？

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