由于之前借鉴 Kestrel 了非常多抽象和优化实现,对于后续的扩展非常便利,

实现 简单udp和sni 代理 两个功能比预期快了超多(当然也有偷懒因素)

(PS 大家有空的话,能否在 GitHub https://github.com/fs7744/NZOrz 点个 star 呢?毕竟借鉴代码也不易呀 哈哈哈哈哈)

简单udp代理

这里的udp 代理功能比较简单:代理程序收到任何 udp 包都会通过路由匹配找 upstream ,然后转发给upstream

udp proxy 使用配置

基本格式和之前 tcp proxy 一致,

只是Protocols得选择UDP, 然后多了UdpResponses 允许 upstream 返回多少个 udp 包给请求者, 默认为0,即不返回任何包

{
"Logging": {
"LogLevel": {
"Default": "Information"
}
},
"ReverseProxy": {
"Routes": {
"udpTest": {
"Protocols": [ "UDP" ],
"Match": {
"Hosts": [ "*:5000" ]
},
"ClusterId": "udpTest",
"RetryCount": 1,
"UdpResponses": 1,
"Timeout": "00:00:11"
}
},
"Clusters": {
"udpTest": {
"LoadBalancingPolicy": "RoundRobin",
"HealthCheck": {
"Passive": {
"Enable": true
}
},
"Destinations": [
{
"Address": "127.0.0.1:11000"
}
]
}
}
}
}

实现

这里列举一下,表明有多简单

ps: 由于要实现的是非常简单udp代理,所以不基于IMultiplexedConnectionListener ,而基于 IConnectionListener 方式 (对,就是俺偷懒了)

1. 实现 UdpConnectionContext

偷懒就直接把udp 包数据放 context 上了,不放 Parameters 上,减少字典实例和内存使用

public sealed class UdpConnectionContext : TransportConnection
{
private readonly IMemoryOwner<byte> memory;
public Socket Socket { get; }
public int ReceivedBytesCount { get; } public Memory<byte> ReceivedBytes => memory.Memory.Slice(0, ReceivedBytesCount); public UdpConnectionContext(Socket socket, UdpReceiveFromResult result)
{
Socket = socket;
ReceivedBytesCount = result.ReceivedBytesCount;
this.memory = result.Buffer;
LocalEndPoint = socket.LocalEndPoint;
RemoteEndPoint = result.RemoteEndPoint;
} public UdpConnectionContext(Socket socket, EndPoint remoteEndPoint, int receivedBytes, IMemoryOwner<byte> memory)
{
Socket = socket;
ReceivedBytesCount = receivedBytes;
this.memory = memory;
LocalEndPoint = socket.LocalEndPoint;
RemoteEndPoint = remoteEndPoint;
} public override ValueTask DisposeAsync()
{
memory.Dispose();
return default;
}
}
2. 实现 IConnectionListener
internal sealed class UdpConnectionListener : IConnectionListener
{
private EndPoint? udpEndPoint;
private readonly GatewayProtocols protocols;
private OrzLogger _logger;
private readonly IUdpConnectionFactory connectionFactory;
private readonly Func<EndPoint, GatewayProtocols, Socket> createBoundListenSocket;
private Socket? _listenSocket; public UdpConnectionListener(EndPoint? udpEndPoint, GatewayProtocols protocols, IRouteContractor contractor, OrzLogger logger, IUdpConnectionFactory connectionFactory)
{
this.udpEndPoint = udpEndPoint;
this.protocols = protocols;
_logger = logger;
this.connectionFactory = connectionFactory;
createBoundListenSocket = contractor.GetSocketTransportOptions().CreateBoundListenSocket;
} public EndPoint EndPoint => udpEndPoint; internal void Bind()
{
if (_listenSocket != null)
{
throw new InvalidOperationException("Transport is already bound.");
} Socket listenSocket;
try
{
listenSocket = createBoundListenSocket(EndPoint, protocols);
}
catch (SocketException e) when (e.SocketErrorCode == SocketError.AddressAlreadyInUse)
{
throw new AddressInUseException(e.Message, e);
} Debug.Assert(listenSocket.LocalEndPoint != null); _listenSocket = listenSocket;
} public async ValueTask<ConnectionContext?> AcceptAsync(CancellationToken cancellationToken = default)
{
while (true)
{
try
{
Debug.Assert(_listenSocket != null, "Bind must be called first.");
var r = await connectionFactory.ReceiveAsync(_listenSocket, cancellationToken);
return new UdpConnectionContext(_listenSocket, r);
}
catch (ObjectDisposedException)
{
// A call was made to UnbindAsync/DisposeAsync just return null which signals we're done
return null;
}
catch (SocketException e) when (e.SocketErrorCode == SocketError.OperationAborted)
{
// A call was made to UnbindAsync/DisposeAsync just return null which signals we're done
return null;
}
catch (SocketException)
{
// The connection got reset while it was in the backlog, so we try again.
_logger.ConnectionReset("(null)");
}
}
} public ValueTask DisposeAsync()
{
_listenSocket?.Dispose(); return default;
} public ValueTask UnbindAsync(CancellationToken cancellationToken = default)
{
_listenSocket?.Dispose();
return default;
}
}
3. 实现 IConnectionListenerFactory
public sealed class UdpTransportFactory : IConnectionListenerFactory, IConnectionListenerFactorySelector
{
private readonly IRouteContractor contractor;
private readonly OrzLogger logger;
private readonly IUdpConnectionFactory connectionFactory; public UdpTransportFactory(
IRouteContractor contractor,
OrzLogger logger,
IUdpConnectionFactory connectionFactory)
{
ArgumentNullException.ThrowIfNull(contractor);
ArgumentNullException.ThrowIfNull(logger); this.contractor = contractor;
this.logger = logger;
this.connectionFactory = connectionFactory;
} public ValueTask<IConnectionListener> BindAsync(EndPoint endpoint, GatewayProtocols protocols, CancellationToken cancellationToken = default)
{
var transport = new UdpConnectionListener(endpoint, GatewayProtocols.UDP, contractor, logger, connectionFactory);
transport.Bind();
return new ValueTask<IConnectionListener>(transport);
} public bool CanBind(EndPoint endpoint, GatewayProtocols protocols)
{
if (!protocols.HasFlag(GatewayProtocols.UDP)) return false;
return endpoint switch
{
IPEndPoint _ => true,
_ => false
};
}
}
4. 在 L4ProxyMiddleware 实现udp proxy 具体逻辑

路由和之前tcp的公用,这里就不列举了

public class L4ProxyMiddleware : IOrderMiddleware
{
public async Task Invoke(ConnectionContext context, ConnectionDelegate next)
{
try
{
if (context.Protocols == GatewayProtocols.SNI)
{
await SNIProxyAsync(context);
}
else
{
var route = await router.MatchAsync(context);
if (route is null)
{
logger.NotFoundRouteL4(context.LocalEndPoint);
}
else
{
context.Route = route;
logger.ProxyBegin(route.RouteId);
if (context.Protocols == GatewayProtocols.TCP)
{
await TcpProxyAsync(context, route);
}
else
{
await UdpProxyAsync((UdpConnectionContext)context, route);
}
logger.ProxyEnd(route.RouteId);
}
}
}
catch (Exception ex)
{
logger.UnexpectedException(ex.Message, ex);
}
finally
{
await next(context);
}
} private async Task UdpProxyAsync(UdpConnectionContext context, RouteConfig route)
{
try
{
var socket = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Dgram, ProtocolType.Udp);
var cts = route.CreateTimeoutTokenSource(cancellationTokenSourcePool);
var token = cts.Token;
if (await DoUdpSendToAsync(socket, context, route, route.RetryCount, await reqUdp(context, context.ReceivedBytes, token), token))
{
var c = route.UdpResponses;
while (c > 0)
{
var r = await udp.ReceiveAsync(socket, token);
c--;
await udp.SendToAsync(context.Socket, context.RemoteEndPoint, await respUdp(context, r.GetReceivedBytes(), token), token);
}
}
else
{
logger.NotFoundAvailableUpstream(route.ClusterId);
}
}
catch (OperationCanceledException)
{
logger.ConnectUpstreamTimeout(route.RouteId);
}
catch (Exception ex)
{
logger.UnexpectedException(nameof(UdpProxyAsync), ex);
}
finally
{
context.SelectedDestination?.ConcurrencyCounter.Decrement();
}
}

所以是不是真的简单, 理论上基于 Kestrel 也是一个样子哦

优化

当然参考于 Kestrel 的 tcp socket 处理,也是有些简单优化的, 比如

  • 不使用 UdpClient (ps 不是因为实现烂哈,而是其比较公用,没有机会让我们改变里面的内容)
  • 基于 SocketAsyncEventArgs, IValueTaskSource<SocketReceiveFromResult>SocketAsyncEventArgs, IValueTaskSource<int> 实现 将异步读写交予 PipeScheduler 的逻辑
  • 基于 ConcurrentQueue<UdpSender> 实现简单的 udp发送对象池,加强对象复用,稍稍稍微减少内存占用
  • 基于 ConcurrentQueue<PooledCancellationTokenSource> 实现简单的 CancellationTokenSource对象池,加强对象复用,稍稍稍微减少内存占用

sni代理

除了 tcp 和 udp 的基本代理, 也尝试实现了一个 对tcp的 sni 代理,(比如 http1 和 http2 的 https)

不过目前只实现了代理不做ssl加密解密,upstream自己处理的pass 模式,如果代理要实现ssl加密解密,理论上基于现成的 sslstream

sni proxy 使用配置

只需配置Listen 中 公用的 sni 监听端口

然后不同 sni 配置自己的路由和upstream就好

同时每个route 可以通过SupportSslProtocols限制 tls 版本

举个栗子

{
"Logging": {
"LogLevel": {
"Default": "Information"
}
},
"ReverseProxy": {
"Listen": {
"snitest": {
"Protocols": "SNI",
"Address": [ "*:444" ]
}
},
"Routes": {
"snitestroute": {
"Protocols": "SNI",
"SupportSslProtocols": [ "Tls13", "Tls12" ],
"Match": {
"Hosts": [ "*google.com" ]
},
"ClusterId": "apidemo"
},
"snitestroute2": {
"Protocols": "Tcp",
"Match": {
"Hosts": [ "*:448" ]
},
"ClusterId": "apidemo"
}
},
"Clusters": {
"apidemo": {
"LoadBalancingPolicy": "RoundRobin",
"HealthCheck": {
"Active": {
"Enable": true,
"Policy": "Connect"
}
},
"Destinations": [
{
"Address": "https://www.google.com"
}
]
}
}
}
}

实现

核心实现其实只有 路由 处理 ,proxy 代理和 tcp 代理一模一样(在请求 和 upstream 间搬运 tcp数据而已)

路由处理

通过 ClientHello 找到要访问的 域名, 然后通过域名匹配路由找到 upstream, 最后搬运 tcp数据

ClientHello 解析就直接搬运自TlsFrameHelper

    /// 路由匹配
public async ValueTask<(RouteConfig, ReadResult)> MatchSNIAsync(ConnectionContext context, CancellationToken token)
{
if (sniRoute is null) return (null, default);
var (hello, rr) = await TryGetClientHelloAsync(context, token);
if (hello.HasValue)
{
var h = hello.Value;
var r = await sniRoute.MatchAsync(h.TargetName.Reverse(), h, MatchSNI);
if (r is null)
{
logger.NotFoundRouteSni(h.TargetName);
}
return (r, rr);
}
else
{
logger.NotFoundRouteSni("client hello failed");
return (null, rr);
}
} /// 匹配 tls 版本
private bool MatchSNI(RouteConfig config, TlsFrameInfo info)
{
if (!config.SupportSslProtocols.HasValue) return true;
var v = config.SupportSslProtocols.Value;
if (v == SslProtocols.None) return true;
var t = info.SupportedVersions;
if (v.HasFlag(SslProtocols.Tls13) && t.HasFlag(SslProtocols.Tls13)) return true;
else if (v.HasFlag(SslProtocols.Tls12) && t.HasFlag(SslProtocols.Tls12)) return true;
else if (v.HasFlag(SslProtocols.Tls11) && t.HasFlag(SslProtocols.Tls11)) return true;
else if (v.HasFlag(SslProtocols.Tls) && t.HasFlag(SslProtocols.Tls)) return true;
else if (v.HasFlag(SslProtocols.Ssl3) && t.HasFlag(SslProtocols.Ssl3)) return true;
else if (v.HasFlag(SslProtocols.Ssl2) && t.HasFlag(SslProtocols.Ssl2)) return true;
else if (v.HasFlag(SslProtocols.Default) && t.HasFlag(SslProtocols.Default)) return true;
else return false;
} /// 解析 ClientHello
private static async ValueTask<(TlsFrameInfo?, ReadResult)> TryGetClientHelloAsync(ConnectionContext context, CancellationToken token)
{
var input = context.Transport.Input;
TlsFrameInfo info = default;
while (true)
{
var f = await input.ReadAsync(token).ConfigureAwait(false);
if (f.IsCompleted)
{
return (null, f);
}
var buffer = f.Buffer;
if (buffer.Length == 0)
{
continue;
} var data = buffer.IsSingleSegment ? buffer.First.Span : buffer.ToArray();
if (TlsFrameHelper.TryGetFrameInfo(data, ref info))
{
return (info, f);
}
else
{
input.AdvanceTo(buffer.Start, buffer.End);
continue;
}
}
}
搬运 tcp数据
private async Task SNIProxyAsync(ConnectionContext context)
{
var c = cancellationTokenSourcePool.Rent();
c.CancelAfter(options.ConnectionTimeout);
var (route, r) = await router.MatchSNIAsync(context, c.Token);
if (route is not null)
{
context.Route = route;
logger.ProxyBegin(route.RouteId);
ConnectionContext upstream = null;
try
{
upstream = await DoConnectionAsync(context, route, route.RetryCount);
if (upstream is null)
{
logger.NotFoundAvailableUpstream(route.ClusterId);
}
else
{
context.SelectedDestination?.ConcurrencyCounter.Increment();
var cts = route.CreateTimeoutTokenSource(cancellationTokenSourcePool);
var t = cts.Token;
await r.CopyToAsync(upstream.Transport.Output, t); // 和tcp 代理搬运数据唯一不同, 要先发送 ClientHello 数据,因为已经被我们读取了
context.Transport.Input.AdvanceTo(r.Buffer.End);
var task = hasMiddlewareTcp ?
await Task.WhenAny(
context.Transport.Input.CopyToAsync(new MiddlewarePipeWriter(upstream.Transport.Output, context, reqTcp), t)
, upstream.Transport.Input.CopyToAsync(new MiddlewarePipeWriter(context.Transport.Output, context, respTcp), t))
: await Task.WhenAny(
context.Transport.Input.CopyToAsync(upstream.Transport.Output, t)
, upstream.Transport.Input.CopyToAsync(context.Transport.Output, t));
if (task.IsCanceled)
{
logger.ProxyTimeout(route.RouteId, route.Timeout);
}
}
}
catch (OperationCanceledException)
{
logger.ConnectUpstreamTimeout(route.RouteId);
}
catch (Exception ex)
{
logger.UnexpectedException(nameof(TcpProxyAsync), ex);
}
finally
{
context.SelectedDestination?.ConcurrencyCounter.Decrement();
upstream?.Abort();
}
logger.ProxyEnd(route.RouteId);
}
}

组件各部分都是可替换或者可增加的

因为整体都是基于ioc的,所以组件各部分都是可替换或者可增加的, 客制化扩展还是很高的哦

目前暴露的列表可在 代码这里面查看

internal static HostApplicationBuilder UseOrzDefaults(this HostApplicationBuilder builder)
{
var services = builder.Services;
services.AddSingleton<IHostedService, HostedService>();
services.AddSingleton(TimeProvider.System);
services.AddSingleton<IMeterFactory, DummyMeterFactory>();
services.AddSingleton<IServer, OrzServer>();
services.AddSingleton<OrzLogger>();
services.AddSingleton<OrzMetrics>();
services.AddSingleton<IConnectionListenerFactory, SocketTransportFactory>();
services.AddSingleton<IConnectionListenerFactory, UdpTransportFactory>();
services.AddSingleton<IUdpConnectionFactory, UdpConnectionFactory>();
services.AddSingleton<IConnectionFactory, SocketConnectionFactory>();
services.AddSingleton<IRouteContractorValidator, RouteContractorValidator>();
services.AddSingleton<IEndPointConvertor, CommonEndPointConvertor>();
services.AddSingleton<IL4Router, L4Router>();
services.AddSingleton<IOrderMiddleware, L4ProxyMiddleware>();
services.AddSingleton<ILoadBalancingPolicyFactory, LoadBalancingPolicy>();
services.AddSingleton<IClusterConfigValidator, ClusterConfigValidator>();
services.AddSingleton<IDestinationResolver, DnsDestinationResolver>(); services.AddSingleton<ILoadBalancingPolicy, RandomLoadBalancingPolicy>();
services.AddSingleton<ILoadBalancingPolicy, RoundRobinLoadBalancingPolicy>();
services.AddSingleton<ILoadBalancingPolicy, LeastRequestsLoadBalancingPolicy>();
services.AddSingleton<ILoadBalancingPolicy, PowerOfTwoChoicesLoadBalancingPolicy>(); services.AddSingleton<IHealthReporter, PassiveHealthReporter>();
services.AddSingleton<IHealthUpdater, HealthyAndUnknownDestinationsUpdater>();
services.AddSingleton<IActiveHealthCheckMonitor, ActiveHealthCheckMonitor>();
services.AddSingleton<IActiveHealthChecker, ConnectionActiveHealthChecker>(); return builder;
}

比如要添加 负载均衡策略,就可以实现

public interface ILoadBalancingPolicy
{
string Name { get; } DestinationState? PickDestination(ConnectionContext context, IReadOnlyList<DestinationState> availableDestinations);
}

如果对全部已有负载均衡策略都不满意,那就可以直接替换 ILoadBalancingPolicyFactory

public interface ILoadBalancingPolicyFactory
{
DestinationState? PickDestination(ConnectionContext context, RouteConfig route);
}

比如你就可以通过sni将开发环境(或者其他环境)无法访问的请求在一台有其他访问权限的机器进行转发

差不多就做了这些,造轮子还是挺好玩的,当然大家如果在 GitHub https://github.com/fs7744/NZOrz 点个 star, 就更好玩了

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