一个简单的C语言TCP Proxy实现

前几天项目中需要一个抓取并分析TCP包的工具，在网上倒腾了一阵子整理了一个工具，现在发布在这儿提供参考。
这个工具是使用C语言开发的一个TCP Proxy，实现TCP转发的功能并dump出来数据包的内容。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <netdb.h>
#include <signal.h>

#define LOG_ERROR(...)
#define LOG_INFO(...)
#define LOG_DEBUG(...)
#define DEBUG 0

#define BUFFER_SIZE 16384
#define LINE_SIZE 32

/* parameter variable */
int listen_port = 0;
int remote_port = 0;
char * remote_host = NULL;
int foreground = 1;

/*global variable */
int listen_socket;

void help(char * program) {
    printf("Usage syntax: %s -l listen_port -r remote_host -p remote_port [-f (in foreground)]\n", program);
}

void dumpBufferRaw(const unsigned char buffer[], size_t len) {
    int i = 0;
    int j = 0;
    int k = 0;
    char output[LINE_SIZE * 4 + 10] = { ' ' };

    // print header
    for (k = 0; k < LINE_SIZE; k++) {
        printf("%02d ", k);
    }
    printf("\n");
    for (k = 0; k < LINE_SIZE; k++) {
        printf("---");
    }
    printf("\n");

    memset(output, ' ', sizeof(output));
    for (; i < len; i++) {
        sprintf(output + j * 3, "%02X ", buffer[i]);
        sprintf(output + LINE_SIZE * 3 + 4 + j , "%c", isprint(buffer[i]) ? buffer[i] : '.');

        j++;
        if (j >= LINE_SIZE) {
            output[j * 3] = ' ';
            printf("%s\n", output);
            memset(output, ' ', sizeof(output));
            j = 0;
        }
    }
    if (j > 0) {
        output[j * 3] = ' ';
        printf("%s\n", output);
    };

    // print tailer
    for (k = 0; k < LINE_SIZE; k++) {
        printf("---");
    }
    printf("\n");
}

/* create server socket */
int server_listen() {
    int optval = 1;
    struct sockaddr_in listen_addr;
    LOG_DEBUG("Entry of server_listen");
    if ((listen_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) {
        LOG_ERROR("Cannot create listen socket, errno=[%d], errstr=[%s]", errno, strerror(errno));
        return -1;
    }

    if (setsockopt(listen_socket, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &optval, sizeof(optval)) < 0) {
        LOG_ERROR("Cannot set listen socket option, errno=[%d], errstr=[%s]", errno, strerror(errno));
        return -1;
    }

    memset(&listen_addr, 0, sizeof(listen_addr));
    listen_addr.sin_family = AF_INET;
    listen_addr.sin_port = htons(listen_port);
    listen_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;

    if (bind(listen_socket, (struct sockaddr *)&listen_addr, sizeof(listen_addr)) != 0) {
        LOG_ERROR("Cannot bind listen socket, errno=[%d], errstr=[%s]", errno, strerror(errno));
        return -1;
    }

    if (listen(listen_socket, 5) < 0) {
        LOG_ERROR("Cannot listen socket, errno=[%d], errstr=[%s]", errno, strerror(errno));
        return -1;
    }

    LOG_DEBUG("Server listen on port: %d", listen_port);
    return 0;
}

/**
 * return > 0 : success
 *        = 0 : socket close
 *        < 0 : error
 */
ssize_t forward_data(int fromsocket, int tosocket) {
    unsigned char buffer[BUFFER_SIZE];
    ssize_t n = recv(fromsocket, buffer, sizeof(buffer), 0);
    if (n > 0) {
        LOG_DEBUG("data socket: %d -> %d, size: %d", fromsocket, tosocket, n);
        if (!DEBUG) {
            dumpBufferRaw(buffer, n);
        }

        ssize_t m = send(tosocket, buffer, n, 0); // send data to output socket
        if (m < 0) {
            LOG_ERROR("Cannot call send, errno=[%d], errstr=[%s]", errno, strerror(errno));
            return m;
        }
        else if (m != n) {
            LOG_ERROR("Cannot call send, return %ld, expected %ld", m, n);
            return -1;
        }
        else {
            return n;
        }
    }
    else if (n == 0) {
        LOG_INFO("socket closed: %d", fromsocket);
        return 0;
    }
    else {
        LOG_ERROR("Cannot call recv, errno=[%d], errstr=[%s]", errno, strerror(errno));
        return n;
    }
}

void message_loop(int client_socket) {
    fd_set fdsets;
    int remote_socket = connect_remote(client_socket);
    if (remote_socket > 0) {
        LOG_INFO("Remote connection, remote socket=%d", remote_socket);
        while (1) {
            FD_ZERO(&fdsets);
            FD_SET(client_socket, &fdsets);
            FD_SET(remote_socket, &fdsets);

            int ret = select(FD_SETSIZE, &fdsets, NULL, NULL, NULL);
            if (ret < 0) {
                LOG_ERROR("Cannot call select, errno=[%d], errstr=[%s]", errno, strerror(errno));
                break;
            }
            else if (ret == 0) {
                continue;
            }

            if (FD_ISSET(client_socket, &fdsets)) {
                ssize_t n = forward_data(client_socket, remote_socket);
                if (n <= 0) {
                    break;
                }
            }

            if (FD_ISSET(remote_socket, &fdsets)) {
                ssize_t n = forward_data(remote_socket, client_socket);
                if (n <= 0) {
                    break;
                }
            }
        }
        close(remote_socket);
    }

    close(client_socket);
}

void server_loop() {
    while (1) {
        struct sockaddr client_addr;
        socklen_t client_size = sizeof(client_addr);
        int client_socket = accept(listen_socket, (struct sockaddr *)&client_addr, &client_size);
        if (client_socket < 0) {
            LOG_ERROR("Cannot accept client connection, errno=[%d], errstr=[%s]", errno, strerror(errno));
            continue;
        }

        LOG_INFO("Connection accept, client socket=%d", client_socket);
        pid_t pid = fork();
        if (pid > 0) {  // parent process
            LOG_INFO("close client socket in parent process");
            close(client_socket);
        }
        else if (pid == 0) { // child process
            close(listen_socket);
            LOG_INFO("close listen socket in child process");
            message_loop(client_socket);
            exit(0);
        }
        else if (pid < 0) {
            LOG_ERROR("Cannot fork client process, errno=[%d], errstr=[%s]", errno, strerror(errno));
            continue;
        }
    }
}

int connect_remote(int client_socket) {
    struct sockaddr_in remote_addr;
    struct hostent * remote_server;
    int remote_socket;
    if ((remote_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) {
        LOG_ERROR("Cannot create remote socket, errno=[%d], errstr=[%s]", errno, strerror(errno));
        return -1;
    }

    if ((remote_server = gethostbyname(remote_host)) == NULL) {
        LOG_ERROR("Cannot get host by remote host name %s, errno=[%d], errstr=[%s]", remote_host, errno, strerror(errno));
        return -1;
    }

    memset(&remote_addr, 0, sizeof(remote_addr));
    remote_addr.sin_family = AF_INET;
    memcpy(&remote_addr.sin_addr.s_addr, remote_server->h_addr, remote_server->h_length);
    remote_addr.sin_port = htons(remote_port);

    if (connect(remote_socket, (struct sockaddr *) &remote_addr, sizeof(remote_addr)) < 0) {
        LOG_ERROR("Cannot connect to remote host %s:%d, errno=[%d], errstr=[%s]", remote_host, remote_port, errno, strerror(errno));
        return -1;
    }

    return remote_socket;
}

int parse_options(int argc, char *argv[]) {
    int c = 0;
    while ((c = getopt(argc, argv, "l:r:p:f:h")) != -1) {
        switch(c) {
            case 'l':
                listen_port = atoi(optarg);
                break;
            case 'r':
                remote_host = optarg;
                break;
            case 'p':
                remote_port = atoi(optarg);
                break;
            case 'f':
                foreground = 1;
                break;
            case 'h':
                help(argv[0]);
                exit(0);
            default:
                fprintf(stderr, "ERROR: unsupported parameter %c\n", c);
                return -1;
        }
    }

    if (listen_port == 0) {
        return -1;
    }    
    
    LOG_INFO("Server configuration, listen on %d", listen_port);
    return 0;
}

/* handle finished child process */
void sigchld_handler(int signal) {
    while (waitpid(-1, NULL, WNOHANG) > 0);
}

int main(int argc, char *argv[]) {
    if (parse_options(argc, argv) < 0) {
        help(argv[0]);
        return -1;
    }

    if (server_listen() < 0) { // start server
        LOG_ERROR("Cannot start server listen on port %d", listen_port);
        return -1;
    }

    signal(SIGCHLD, sigchld_handler); // prevent ended children from becoming zombies

    if (!foreground) {
        pid_t pid = fork();
        if (pid > 0) {  // parent
            exit(0);
        }
        else if (pid == 0) {    // // deamonized child
        }
        else {  // error
            LOG_ERROR("Cannot create listen socket, errno=[%d], errstr=[%s]", errno, strerror(errno));
            return -1;
        }
    }

    server_loop();
    return 0;
}

Linux环境下编译测试通过

$ gcc main.c 
$ ./a.out 
Usage syntax: ./a.out-l listen_port -r remote_host -p remote_port [-f (in foreground)]

此外，如果需要支持client使用HTTP CONNECT命令指定的proxy则需要在int connect_remote(int client_socket)里把proxy信息取出来即可。

例如：

    // Retrieve proxy information from CONNECT HTTP command if
    // they are not provided through command line.
    if (remote_host == NULL) {
       char buffer[4096];
       int n = read(client_sock, buffer, 4096 - 1);
       buffer[n] = '\0';

       // Extract the target host and port from the CONNECT request
       char method[10], host[256];
       int port;
       sscanf(buffer, "%s %255s", method, host);
       char *port_str = strchr(host, ':');
       if (port_str) {
           *port_str = '\0';
           port = atoi(port_str + 1);
       } else {
           port = 443;  // Default to HTTPS
       }
    }

这里读出的host和port分别存储proxy的主机和端口信息，只要再把他们赋值给remote_host, remote_port即可。

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