什么是Ngrok
有时候我们需要临时将本地运行的web项目发布到公网，但没有公网ip，或者需要在家访问公司内网上的某台电脑的某个端口。这个时候就需要借助Ngrok来实现上述目的，Ngrok是一个内网穿透工具。
如何使用Ngrok
一套完整的Ngrok包含两个部分：Ngrok Server和Ngrok Client
Ngrok Server 需要部署在有公网ip的服务器上，Ngrok Client则可以部署在任意能够访问外网的电脑上。
当客户端启动且与服务端连接交换信息后，服务端会分配一个端口给客户端（例如52228），与客户端建立一条新的tcp连接，此后，通过访问服务端的52228端口，就相当于访问客户端中配置的需要被发布到公网的端口。
有人可能会问，“我本来就没有公网ip，如何部署Ngrok Server？”，对此，可以去Ngrok官网注册用户，使用Ngrok官网提供的Ngrok Server。
由于本片主要讲解Ngrok Client的Netty实现，具体部署过程不做详解。
Ngrok网络协议
Ngrok官方客户端采用C编写，也有网友提供了Python的实现，以下网络协议通过分析Python版的源码得到。
Ngrok网络协议的数据交换过程如下图所示：
image
上图不包含client和server之间的心跳包数据（client端口1和server端口1之间通过心跳维持连接）
各个端口含义：
server端口1 : server启动时配置的监听端口，默认是4443
client端口1 : client与server端口1建立连接时的端口，由操作系统分配。
server端口2 : client 发送ReqTunnel请求中携带的要求server暴露的端口，若client不指定端口，则是server随机分配的一个端口。
client端口2: client与server建立的另一个用来转发代理数据的端口，由操作系统分配。
client端口3:client与本地服务建立连接时的端口，由操作系统分配。
协议的具体数据内容：
Auth：
{ "Type": "Auth", "Payload": { "ClientId": "", "OS": "darwin", "Arch": "amd64", "Version": "2", "MmVersion": "1.7", "User": "user", "Password": "" }}
AuthResp:
{"Type":"AuthResp","Payload":{"Version":"2","ClientId":"d720a2bcb084f5669d7ef7af7fd8ad9c","Error":"","MmVersion":"1.7"}}
ReqTunnel:
{"Type": "ReqTunnel", "Payload": {"ReqId": "jhnl8GF3", "Protocol": "tcp", "Hostname": "", "Subdomain": "www", "HttpAuth": "", "RemotePort": 55499}}
ReqProxy:
{"Type":"ReqProxy","Payload":{}}
RegProxy:
{"Type": "RegProxy", "Payload": {"ClientId": "d720a2bcb084f5669d7ef7af7fd8ad9c"}}
NewTunnel:
{"Type":"NewTunnel","Payload":{"Error":"","ReqId":"jhnl8GF3","Protocol":"tcp","Url":"tcp://codewjy.top:55499"}}
Ping:
{"Type":"Ping","Payload":{}}
Pong:
{"Type":"Pong","Payload":{}}
通过Netty实现
了解了ngrok的网络协议，下面通过netty实现这一协议
按照协议的先后顺序，一步一步实现，
首先是client与server的控制连接的建立（上图中client端口1和server端口1的连接），同时也是客户端的启动入口NgrokClient：
/**
* HOST: ngrok服务端域名
* PORT: ngrok服务端控制端口
* REMORTE_PORT: ngrok服务端代理端口
* LOCAL_PORT: 本地需要被暴露出来的端口
*/
static final String HOST = "codewjy.top";
static final int PORT = 4454;
static final int REMORTE_PORT = 55499;
static final int LOCAL_PORT = 8080;
public static void main(String[] args) {
new NgrokClient().start();
}
private void start() {
NioEventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup(1);
Bootstrap b = new Bootstrap();
try {
b.group(group)
.channel(NioSocketChannel.class)
.option(ChannelOption.TCP_NODELAY, true)
.handler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
protected void initChannel(SocketChannel ch) throws SSLException {
SSLEngine engine = SslContextBuilder.forClient().trustManager(InsecureTrustManagerFactory.INSTANCE).build().newEngine(ch.alloc());
ChannelPipeline p = ch.pipeline();
//ssl处理器
p.addFirst(new SslHandler(engine,false));
//以下两个处理器组成心跳处理器
p.addLast(new IdleStateHandler(5, 20, 0, TimeUnit.SECONDS));
p.addLast(new HeartBeatHandler());
//主控制处理器
p.addLast(new ControlHandler());
}
});
ChannelFuture f = b.connect(NgrokClient.HOST, NgrokClient.PORT).sync();
f.channel().closeFuture().sync();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
ControlHandler部分代码
@Override
public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) {
//channel激活的时候发送Auth
ctx.channel().writeAndFlush(GenericUtil.getByteBuf(AUTH));
}
@Override
protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, ByteBuf byteBuf) throws Exception {
if (byteBuf.isReadable()) {
int rb = byteBuf.readableBytes();
if (rb > 8) {
CharSequence charSequence = byteBuf.readCharSequence(rb, Charset.defaultCharset());
JSONObject jsonObject = JSON.parseObject(charSequence.toString());
if ("AuthResp".equals(jsonObject.get("Type"))) {
//收到AuthResp响应
clientId = jsonObject.getJSONObject("Payload").getString("ClientId");
ctx.channel().writeAndFlush(GenericUtil.getByteBuf(PING));
//发送ReqTunnel
ctx.channel().writeAndFlush(GenericUtil.getByteBuf(REQ_TUNNEL));
}else if ("ReqProxy".equals(jsonObject.get("Type"))) {
//收到ReqProxy响应
Bootstrap b = new Bootstrap();
try {
b.group(group)
.channel(NioSocketChannel.class)
.option(ChannelOption.TCP_NODELAY, true)
.handler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
protected void initChannel(SocketChannel ch) throws SSLException {
SSLEngine engine = SslContextBuilder.forClient()
.trustManager(InsecureTrustManagerFactory.INSTANCE)
.build()
.newEngine(ch.alloc());
ChannelPipeline p = ch.pipeline();
//ssl处理器
p.addFirst(new SslHandler(engine,false));
//代理处理器
p.addLast(new ProxyHandler(clientId));
}
});
ChannelFuture f = b.connect(NgrokClient.HOST, NgrokClient.PORT).sync();
logger.info("connect to remote address "+f.channel().remoteAddress());
f.channel().closeFuture().addListener((ChannelFutureListener) channelFuture -> logger.info("disconnect to remote address "+f.channel().remoteAddress()));
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}else if ("NewTunnel".equals(jsonObject.get("Type"))) {
logger.info(jsonObject.toJSONString());
}
}
}
}
以上代码完成了client和server的握手
下面处理server发起开始代理部分的协议，也就是ProxyHandler的内容
ProxyHandler部分代码
//持有连接到本地服务的channel，用于将数据转发给本地服务
private ChannelFuture f;
@Override
public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) {
//channel激活后，发送RegProxy
ctx.channel().writeAndFlush(GenericUtil.getByteBuf(REG_PROXY));
}
@Override
public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws InterruptedException {
ByteBuf byteBuf = (ByteBuf) msg;
if (byteBuf.isReadable()) {
int rb = byteBuf.readableBytes();
if (rb > 8) {
if (!init){
CharSequence charSequence = byteBuf.readCharSequence(rb, Charset.defaultCharset());
JSONObject jsonObject = JSON.parseObject(charSequence.toString());
if ("StartProxy".equals(jsonObject.get("Type"))) {
logger.info("=====StartProxy=====");
Bootstrap b = new Bootstrap();
b.group(group)
.channel(NioSocketChannel.class)
.option(ChannelOption.TCP_NODELAY, true)
.handler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
protected void initChannel(SocketChannel ch) {
ChannelPipeline p = ch.pipeline();
//传入当前channel，用于将数据写回给ngrok server
p.addLast(new FetchDataHandler(ctx.channel()));
}
});
//连接本地服务
f = b.connect("127.0.0.1", NgrokClient.LOCAL_PORT).sync();
logger.info("connect local port："+f.channel().localAddress());
f.channel().closeFuture().addListener((ChannelFutureListener) t -> {
logger.info("disconnect local port："+f.channel().localAddress());
init = false;
});
init = true;
}
}else {
//将用户请求数据转发给本地服务
logger.info("ProxyHandler write message to local port "+f.channel().localAddress()+":"+byteBuf.toString((CharsetUtil.UTF_8)));
f.channel().writeAndFlush(byteBuf.copy());
}
}
}
}
最后一步是ngrok连接本地服务后，完成的工作：
private Channel channel;
//传入连接到 ngrok server的channel
FetchDataHandler(Channel channel) {
this.channel=channel;
}
@Override
protected void channelRead0(ChannelHandlerContext channelHandlerContext, ByteBuf byteBuf) throws Exception {
//将本地服务的数据写回给ngrok server的channel
logger.info("FatchDataHandler write message to remote address " +channel.remoteAddress()+":"+ byteBuf.toString(CharsetUtil.UTF_8));
channel.writeAndFlush(byteBuf.copy());
}
以上便是ngrok client 的netty实现过程。
源码可前往我的github查看:Ngrok Client Java.
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