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netcat/socat 基础操作
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netcat 和 socat 是两个很古老的网络工具，两者名字类似，但基本上是两个完全不一样的东西。

netcat

其中 netcat 比较简单，通常使用它的客户端模式来测试传输层的连通性，如：

~$ nc -v 10.123.123.123 80
Connection to 10.123.123.123 80 port [tcp/http] succeeded!

端口扫描：

~$ nc -zv 10.123.123.123 20-81
nc: connect to 10.123.123.123 port 20 (tcp) failed: Connection refused
nc: connect to 10.123.123.123 port 21 (tcp) failed: Connection refused
Connection to 10.123.123.123 22 port [tcp/ssh] succeeded!
nc: connect to 10.123.123.123 port 23 (tcp) failed: Connection refused
nc: connect to 10.123.123.123 port 24 (tcp) failed: Connection refused
nc: connect to 10.123.123.123 port 25 (tcp) failed: Connection refused
...
nc: connect to 10.123.123.123 port 52 (tcp) failed: Connection refused
Connection to 10.123.123.123 53 port [tcp/domain] succeeded!
nc: connect to 10.123.123.123 port 54 (tcp) failed: Connection refused
...
Connection to 10.123.123.123 80 port [tcp/http] succeeded!
nc: connect to 10.123.123.123 port 81 (tcp) failed: Connection refused

在某些情况下，比如测试 iptables 规则之类的，还可以通过 -s 选项指定源 IP 地址，-p 选项指定源端口，-u 选项指定使用 UDP 传输（默认为 TCP），-w 选项指定连接的超时时间。

此外，可以通过 -x 选项指定通过代理服务器连接，-X 选项指定代理服务器类型，-U 选项指定使用本地 unix socket。

netcat 的服务端模式没有太大的用途，同样，可以用来作为服务端监听地址，配置它的客户端模式来测试网络的连通性。

服务端：

~$ nc -lv 192.168.20.41 8181 
Ncat: Version 6.40 ( http://nmap.org/ncat )
Ncat: Listening on 192.168.20.41:8181
Ncat: Connection from 192.168.20.42.
Ncat: Connection from 192.168.20.42:39534.
abc

客户端：

~$ nc -v 192.168.20.41 8181
Ncat: Version 6.40 ( http://nmap.org/ncat )
Ncat: Connected to 192.168.20.41:8181.
abc

可以看到，在 netcat 客户端终端的输入，都会在服务端进行输出，因此可以使用 netcat 来进行文件传输：

服务端：

~$ nc -l 192.168.20.41 8181 > output
~$ cat output 
hello, netcat

客户端：

~$ echo "hello, netcat" > input
~$ nc -v 192.168.20.41 8181 < input 
Ncat: Version 6.40 ( http://nmap.org/ncat )
Ncat: Connected to 192.168.20.41:8181.
Ncat: 14 bytes sent, 0 bytes received in 0.01 seconds.

socat

socat 比 netcat 复杂非常、非常多。

命令行语法如下：

~$ socat [options] <address1> <address2>

address

其中 <address> 并不一定是我们通常意义上的 IP 地址，只是由于 socat 功能太多，为了命令行处理方便而做的统一，如果不这样做，将会导致命令行选项满天飞，导致 socat 的使用文档非常难写。

<address> 有固定的格式：

<type>[:parameter:parameter:...][,option,option,...]

其中类型 <type> 后面的的参数 <parameter> 和选项 <option> 字段根据类型的不同而可能是可选的。

此外，<address> 的指定还支持别名，如我们所熟知的 - 是 STDIO 的别名。

socat 的 man 手册页的 ADDRESS TYPES 一节定义了所有的类型以及类型所支持的参数，ADDRESS OPTIONS 一节定义了所有的选项，不过需要注意的是，选项有明确的所属分组，每个类型可能关联多个选项分组，当然也只能使用这些分组中的选项。

显然，下面的一些类型与参数的组合我们应该非常容易理解：

TCP4:192.168.20.41:8181
TCP4-LISTEN:8181

类型也支持小写，因此，上面的组合也可以写成如下的形式：

tcp4:192.168.20.41:8181
tcp4-listen:8181

在某些情况下，类型字段也可以省略，因为 socat 可以根据后面的参数字段推测出来类型字段，如参数字段是数字表示类型字段为 FD，参数字段是斜杠开始的绝对路径表示类型字段为 GOPEN：

0[,option,option,...]
->
FD:0[,option,option,...]

/tmp/file[,option,option,...]
->
GOPEN:/tmp/file[,option,option,...]

选项的指定根据选项的不同，而有 option 和 option=value 两种指定方式，man 手册页中 ADDRESS OPTIONS 一节有明确的规定。

如果 <address> 中的类型字段没有显式的 IP 类型，则，那么 socat 的选项 -4, -6 可以用于决定选择那种类型的 IP 地址（默认为 -4），也可以通过选项字段 pf 指定 IP 类型，如下面的四种方式是等效的：

~$ socat tcp-listen:8181 STDOUT
~$ socat -4 tcp-listen:8181 STDOUT
~$ socat tcp-listen:8181,pf=ipv4 STDOUT
~$ socat tcp4-listen:8181 STDOUT

数据流

socat 在命令行指定的两个 <address> 之间进行双向数据转发，即两条数据流，也可以通过 -u 选项限定为 <address1> 到 <address2> 的是单向数据转发，或者 -U 选项限定为 <address2> 到 <address1> 的单向数据转发，即单条数据流。

socat 内部通过 select 检测两端的 fd 事件，不断读取一端的数据并写入至另一端。

通过下面这个例子，应该能够理解这两个数据流之间的关系。

节点A

~$  socat -v tcp-listen:8181,fork exec:"/bin/cat"                
> 2019/05/09 21:07:03.389889  length=12 from=0 to=11
hello socat
< 2019/05/09 21:07:03.390788  length=12 from=0 to=11
hello socat

注意 -v 不是 verbose 的意思，而是把两端传输的数据打印到 stderr 标准错误流中，其中 >, < 是传输的方向。

其中 <address1> 为 tcp-listen:8181,fork，<address2> 为 exec:"/bin/cat"。

<address1> 作为 TCP 服务端在 8181 端口上进行监听，当客户端连接 8181 端口建立 TCP 会话后，fork 一个子进程负责后续 <address1> 与 <address2>，即新创建的 Established 状态的 TCP socket 与 <address2> 之间的双向数据传输，而父进程负责继续监听 TCP 连接。fork 子进程完成标示着 <address1> 被打开，接下来将要打开 <address2>，由于这是一个 exec 类型的 address，因此会基于当前 socat 子进程再创建 /bin/cat 子进程，新创建的子进程的 stdin/stdout 标准 IO 流作为 <address2> 的数据收发端。

三个进程之间的关系变化如下：

TCP 会话建立之前

runsisi       96624   95797   96624  0    1 21:06 pts/0    00:00:00 socat -v tcp-listen:8181,fork exec:/bin/cat

TCP 会话建立之后

runsisi       96624   95797   96624  0    1 21:06 pts/0    00:00:00 socat -v tcp-listen:8181,fork exec:/bin/cat
runsisi       96627   96624   96627  0    1 21:06 pts/0    00:00:00 socat -v tcp-listen:8181,fork exec:/bin/cat
runsisi       96628   96627   96628  0    1 21:06 pts/0    00:00:00 /bin/cat

节点B

~$ socat -v - tcp4:192.168.20.41:8181
hello socat
> 2019/05/09 20:35:50.600249  length=12 from=0 to=11
hello socat
< 2019/05/09 20:35:50.602679  length=12 from=0 to=11
hello socat
hello socat

其中 <address1> 为 -，即 STDIO，<address2> 为 tcp4:192.168.20.41:8181。

socat 进程的 stdin/stdout 标准 IO 流作为 <address1> 的数据收发端，<address2> 作为 TCP 客户端连接服务端 192.168.20.41:8181，当 TCP 会话建立后标示着 <address2> 被打开。

因此在节点B 终端输入的 hello socat 字符串会被 socat 写入到 TCP 客户端的 socket，然后由 TCP 会话传输至节点A 的 TCP 服务端 socket，节点A 的 socat 子进程接收到该字符串后，写入 /bin/cat 进程的 stdin 标准输入流，然后 /bin/cat 再将其写入 stdout 标准输出流，此时由于 <address1> 与 <address2> 之间数据传输是双向的，因此该字符串又会写入服务端的 TCP socket，进而被节点B 的客户端 TCP socket 接收，然后写入 socat 进程的 stdout，即当前终端。

看上去有点复杂，但如果理解了 socat 只是在 <address1> 与 <address2> 进行数据传输（或者说数据转发），那么整个流程非常自然。

dual address specification

在某些情况下，可能想指定另外的数据接收端，此时需要使用如下的所谓 dual address specification 形式：

~$ socat <address1>\!\!<address3> <address2>

其中的 \!\! 只是为了屏蔽 shell 的解释而已，实际上就是 !! 分隔的两个 <address>，其含义也比较容易理解，<address1> 的数据写入 <address2>，但 <address2> 的数据写入 <address3> 而不是 <address2>。

生命周期

socat 进程的生命周期分为四个节点：

  1. 初始化

解析命令行选项，并初始化日志处理；

  1. 打开 <address1> 与 <address2>

所谓“打开”，其实概念比较模糊，但如果对应到 Unix/Linux 下一切皆文件的哲学，又显得很自然。对于客户端 socket 自然是建立 socket 连接，对于文件系统上的文件就意味着调用 open 系统调用打开，当然前面提到的 exec 类型就对应着创建对应的进程，listen 类型则需要等到新的 socket 会话创建成功。

打开的顺序为先 <address1> 后 <address2>，且与选项 -u, -U 无关，如果将上面例子中提到的 <address1> 与 <address2> 位置调换一下：

节点A

~$  socat -v exec:"/bin/cat" tcp-listen:8181,fork
< 2019/05/09 21:13:10.035278  length=12 from=0 to=11
hello socat
> 2019/05/09 21:13:10.035702  length=12 from=0 to=11
hello socat

节点B

~$  socat -v - tcp4:192.168.20.41:8181
hello socat
> 2019/05/09 21:13:10.010265  length=12 from=0 to=11
hello socat
< 2019/05/09 21:13:10.012323  length=12 from=0 to=11
hello socat
hello socat

通过节点A 上进程之间的变化可以非常清晰的看出来这个顺序关系：

TCP 会话建立之前

runsisi       96639   95797   96639  0    1 21:12 pts/0    00:00:00 socat -v exec:/bin/cat tcp-listen:8181,fork
runsisi       96640   96639   96640  0    1 21:12 pts/0    00:00:00 /bin/cat

TCP 会话建立之后

runsisi       96639   95797   96639  0    1 21:12 pts/0    00:00:00 socat -v exec:/bin/cat tcp-listen:8181,fork
runsisi       96640   96639   96640  0    1 21:12 pts/0    00:00:00 /bin/cat
runsisi       96643   96639   96643  0    1 21:13 pts/0    00:00:00 socat -v exec:/bin/cat tcp-listen:8181,fork

显然这里的 <address1>，即 exec:"/bin/cat" 首先被打开。

  1. 数据传输

socat 通过 select 持续监听 <address1> 与 <address2> 两端的 fd，当某一端有数据可读，同时另一端可写时，将数据从一端读取并转发到另一端。

  1. 关闭

当 socat 检测到一端数据传输结束时（EOF），会尝试关闭另一端的写 fd，整个过程类似于应用层 TCP socket read 返回 0 时的关闭处理流程。

参考资料

socat

https://medium.com/@copyconstruct/socat-29453e9fc8a6

socat

http://www.dest-unreach.org/socat/doc/socat.html

最后修改于 2019-05-09

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