引言
在 NPS 系列文章中，我们已经探讨了 NPS 的整体架构、服务端核心以及多种 TCP 相关的代理模式（TCP 隧道、HTTP 代理、SOCKS5 代理）和 P2P 代理。本篇文章将聚焦于 NPS 的 UDP 代理实现。我们将通过分析 nps/server/proxy/udp.go 文件，揭示 NPS 如何处理 UDP 流量，实现内网 UDP 服务的穿透。
UDP 代理的需求与挑战
UDP（User Datagram Protocol）是一种无连接的传输协议，常用于对实时性要求较高、允许少量丢包的应用，如 DNS 查询、在线游戏、音视频通话等。由于 UDP 的无连接特性，其代理实现与 TCP 代理有所不同，主要挑战在于：
- 会话管理：UDP 是无连接的，代理服务器需要维护客户端与目标服务之间的“伪会话”，以确保数据包能够正确地双向转发。
- NAT 穿越：与 P2P 代理类似，UDP 代理也需要处理 NAT 穿越问题，确保数据包能够穿透内网防火墙和 NAT 设备。
- 数据包丢失：UDP 本身不保证数据包的可靠传输，代理层需要尽可能地减少数据包丢失。
udp.go：UDP 代理的实现
udp.go 文件定义了 UdpModeServer 结构体，它是 NPS 实现 UDP 代理的核心。
UdpModeServer 结构体
UdpModeServer 结构体包含了 UDP 代理所需的关键信息：
type UdpModeServer struct {
BaseServer
addrMap sync.Map
listener *net.UDPConn
}
BaseServer：继承了base.go中定义的通用功能。addrMap sync.Map：一个并发安全的 Map，用于存储客户端的 UDP 地址与对应的目标连接。键是客户端的addr.String()，值是io.ReadWriteCloser（通常是conn.Conn实例）。这个 Map 用于维护客户端与目标服务之间的“伪会话”。listener *net.UDPConn：UDP 代理服务监听的 UDP 连接。
NewUdpModeServer() 函数用于创建并初始化一个 UdpModeServer 实例。
Start() 方法：启动 UDP 监听
UdpModeServer 的 Start() 方法负责启动 UDP 监听，并为每个接收到的 UDP 数据包调用 process() 方法进行处理：
func (s *UdpModeServer) Start() error {
var err error
if s.task.ServerIp == "" {
s.task.ServerIp = "0.0.0.0" // 默认监听所有 IP
}
s.listener, err = net.ListenUDP("udp", &net.UDPAddr{net.ParseIP(s.task.ServerIp), s.task.Port, ""})
if err != nil {
return err
}
for {
buf := common.BufPoolUdp.Get().([]byte)
n, addr, err := s.listener.ReadFromUDP(buf)
if err != nil {
if strings.Contains(err.Error(), "use of closed network connection") {
break
}
continue
}
// 黑名单检查
if IsGlobalBlackIp(addr.String()) {
break
}
if common.IsBlackIp(addr.String(), s.task.Client.VerifyKey, s.task.Client.BlackIpList) {
break
}
logs.Trace("New udp connection,client %d,remote address %s", s.task.Client.Id, addr)
go s.process(addr, buf[:n]) // 为每个 UDP 数据包启动一个 goroutine 处理
}
return nil
}
- NPS 会在指定的
ServerIp和Port上监听 UDP 连接。 - 每个接收到的 UDP 数据包都会在一个新的 goroutine 中由
process()函数处理，以实现并发处理。 - 在处理之前，会进行全局和客户端特定的黑名单检查。
process()：UDP 数据包的处理与转发
process() 方法是 UDP 数据包处理的核心逻辑。它根据 addrMap 中是否存在对应的连接来决定是建立新连接还是复用现有连接：
func (s *UdpModeServer) process(addr *net.UDPAddr, data []byte) {
if v, ok := s.addrMap.Load(addr.String()); ok { // 如果已存在连接
clientConn, ok := v.(io.ReadWriteCloser)
if ok {
_, err := clientConn.Write(data) // 直接将数据写入现有连接
if err != nil {
logs.Warn(err)
return
}
s.task.Client.Flow.Add(int64(len(data)), int64(len(data))) // 流量统计
}
} else { // 如果是新的连接
if err := s.CheckFlowAndConnNum(s.task.Client); err != nil { // 流量和连接数检查
logs.Warn("client id %d, task id %d,error %s, when udp connection", s.task.Client.Id, s.task.Id, err.Error())
return
}
defer s.task.Client.AddConn() // 增加连接数
// 构建 conn.Link 并通过 bridge 获取目标连接
link := conn.NewLink(common.CONN_UDP, s.task.Target.TargetStr, s.task.Client.Cnf.Crypt, s.task.Client.Cnf.Compress, addr.String(), s.task.Target.LocalProxy, "")
if clientConn, err := s.bridge.SendLinkInfo(s.task.Client.Id, link, s.task); err != nil {
return
} else {
target := conn.GetConn(clientConn, s.task.Client.Cnf.Crypt, s.task.Client.Cnf.Compress, nil, true)
s.addrMap.Store(addr.String(), target) // 存储新连接到 addrMap
defer target.Close() // 确保连接关闭
_, err := target.Write(data) // 将数据写入目标连接
if err != nil {
logs.Warn(err)
return
}
s.task.Client.Flow.Add(int64(len(data)), int64(len(data))) // 流量统计
// 循环读取目标连接的数据并转发给客户端
buf := common.BufPoolUdp.Get().([]byte)
defer common.BufPoolUdp.Put(buf)
for {
clientConn.SetReadDeadline(time.Now().Add(time.Duration(60) * time.Second)) // 设置读取超时
if n, err := target.Read(buf); err != nil {
s.addrMap.Delete(addr.String()) // 读取失败，从 Map 中删除连接
logs.Warn(err)
return
} else {
_, err := s.listener.WriteTo(buf[:n], addr) // 将数据写回客户端
if err != nil {
logs.Warn(err)
return
}
s.task.Client.Flow.Add(int64(n), int64(n))
}
}
}
}
}
核心逻辑：
- 连接复用：当收到来自某个客户端 IP 的 UDP 数据包时，
process()首先检查addrMap中是否已经存在该客户端对应的目标连接。- 如果存在：直接将数据写入已有的目标连接，实现连接复用。
- 如果不存在：
- 进行流量和连接数检查。
- 通过
s.bridge.SendLinkInfo()建立一个新的 UDP 隧道到客户端。 - 将新建立的目标连接存储到
addrMap中，以便后续复用。 - 将当前数据包写入目标连接。
- 启动一个循环，持续从目标连接读取数据，并将其写回给原始的客户端 IP。为了防止连接长时间不活动，设置了读取超时。
Close() 方法：关闭 UDP 监听
UdpModeServer 的 Close() 方法非常简单，它仅仅关闭了底层的 net.UDPConn，从而停止接收新的 UDP 数据包：
func (s *UdpModeServer) Close() error {
return s.listener.Close()
}
总结
nps/server/proxy/udp.go 文件展示了 NPS 如何实现 UDP 代理。通过 UdpModeServer 结构体和 addrMap 的巧妙运用，NPS 能够有效地管理无连接的 UDP 流量，实现客户端与内网 UDP 服务之间的双向数据转发。这种机制对于需要穿透内网访问 DNS、游戏服务器等 UDP 应用场景至关重要。
在下一篇文章中，我们将继续探索 NPS 的其他代理模式，例如 WebSocket 代理。