端口转发在有些时候还是比较有用的，它能够在数据传输的过程中增加一个“路由”，提供了某种程度的灵活。本文简单介绍了工作中遇到的一个可能使用端口转发能解决的例子，以及如何使用端口转发，包括介绍了在Windows上的内置的端口转发工具，以及一些开源的端口转发程序，最后再简单介绍了如何使用C#实现一个端口转发工具。
场景
我在工作中遇到的一个场景：一个运行在生产环境的某台机器M1上有一个行情接收程序 S1 会将收到的数据发送到本机的某个端口 P1，然后在另外一台机器 L1 上的程序 L1 会从这台生产环境的机器M1 的端口 P1 读取数据。由于行情接收程序中会有一些计算比如委托列表，这些计算结果会实时保存在内存中，所以要求接收程序S1不能出现异常，否则会导致数据丢失从而使得行情计算出现错误。
然而在进行功能更新或者bug修复的时候，最好能够在生产环境上部署一份修改后的程序来验证修改的内容，没问题后才发布到正式生产环境。但由于条件限制，我们在生产环境只有一台机器M1，但是行情接收程序可以通过使用同一个账号的不同的SessionID运行多个实例。所以可以在原来的程序S1运行并监听端口 P1 的同时，运行一个修改后的程序 S2，并监听本地端口 P2。然后在端口P2上验证修改后的内容。
现在，假设修改后的程序S2没有问题，那怎么才能在S1和S2程序不重启的情况下，将S2的数据发送到端口P1上？另外，如果S2验证时出现异常，如何将正常的S1又切换回来把数据发到P1上？一般来说有两步：
- 让S1不再往端口P1发送数据。
- 运行一个端口转发工具，把S2程序发送到P2端口的数据转发到P1端口上。
这样可以保证程序在不重启的情况下，动态的将数据发送到需要的端口上。
实现
有一些方法可以实现端口转发，包括Windows上自带的端口转发工具，开源的端口转发软件pjs-passport，以及使用Socket编程自己实现一个简单的端口转发工具。举个列子，假设需要将本机192.168.6.200的61619端口的所有流量转发到端口61615上来，同时将61615的流量转发到61619上。下面以这个场景来一一介绍。
Windows内置的端口转发
从 Windows 2000 开始，系统就内置了最基本的端口转发功能，这是基于 Windows 的 IP Helper 提供的服务 ( 确保服务里面名称为“IP Helper”的服务处于运行状态) ，不仅可以提供端口转发功能，还可以通过将 IPv4 和 IPv6 的不同地址的数据进行转发，但是只可以转发 TCP 协议，暂不支持 UDP 协议。可以使用 netsh interface portproxy 系列命令来进行端口转发操作。
▲ IP Helper 服务
以管理员身份运行命令行程序，运行以下命令查看、添加、删除转发。
查看当前所有转发：
netsh interface portproxy show all添加转发，将192.168.6.200端口61619转发到端口61615 ：
netsh interface portproxy add v4tov4 listenport=61619 listenaddress=192.168.6.200 connectport=61615 connectaddress=192.168.6.200 protocol=tcp现在端口转发应该建立起来了，使用下面的各种工具来验证一下：
首先查看一下目前所有的端口转发。
C:\WINDOWS\system32>netsh interface portproxy show all
侦听 ipv4: 连接到 ipv4:
地址 端口 地址 端口
--------------- ---------- --------------- ----------
192.168.6.200 61619 192.168.6.200 61615运行一个连接61619的NewTw程序，和一个监听61615的DateFeedGateway的行情网关程序，然后查看监听61615和61619两个端口的所有应用程序：
C:\WINDOWS\system32>netstat -ano | findstr "61615"
TCP 0.0.0.0:61615 0.0.0.0:0 LISTENING 26604
TCP 192.168.6.200:52028 192.168.1.9:61615 ESTABLISHED 36820
TCP 192.168.6.200:56566 192.168.6.200:61615 ESTABLISHED 3824
TCP 192.168.6.200:61615 192.168.6.200:56566 ESTABLISHED 26604
C:\WINDOWS\system32>netstat -ano | findstr "61619"
TCP 192.168.6.200:56563 192.168.6.200:61619 ESTABLISHED 34156
TCP 192.168.6.200:61619 0.0.0.0:0 LISTENING 3824
TCP 192.168.6.200:61619 192.168.6.200:56563 ESTABLISHED 3824查看监听61615和61619端口的 pid为3824的应用程序：
C:\WINDOWS\system32>tasklist | findstr 3824
svchost.exe 3824 Services 0 9,700 K可以看到是系统服务，该服务在61615和61619之间转发数据。
查看监听61619端口的pid为34156的应用程序：
C:\WINDOWS\system32>tasklist | findstr 34156
NewTW.exe 34156 Console 1 137,976 K可以看到这个是我们的行情查看程序，它监听的是本地的61619端口。
查看监听61615端口的pid为26604的应用程序：
C:\WINDOWS\system32>tasklist | findstr 26604
DataFeedGateWay.exe 26604 Console 1 91,760 K这个程序是一个行情转发程序，它监听本机的61615端口，如果有订阅就往订阅的Socket发送行情服务。
可以看到名为NewTw的行情程序订阅了192.168.6.200端口为61619的数据源服务。而名为DateFeedGateway的行情源网关监听192.168.6.200的61615端口。如果没有61619到61615的端口转发，NewTw是无法连接到61619来获取行情源服务的。
现在端口转发连接了61619和61615。NewTw的请求先从61619发送到端口转接程序，进而将请求转发到了61615。DateFeedGateway的行情数据从61615端口发送到端口转发程序，进而转发到61619，使得NewTw能够接收数据。
重启NewTw和重启DateFeedGateway，可以发现端口转发程序依然能够正常工作。
删除转发：
netsh interface portproxy delete v4tov4 listenport=61619 listenaddress=192.168.6.200可以看到Windows这个内置的端口转发工具还是非常简单可易用的。只是它没有提供一个UI界面，只能通过命令行的形式来操作，并且网上还说这个不太稳定，有人的做法是定时重启IP Helper服务。
开源程序 pjs-passport
pjs-passport是一个开源软件，源代码可以直接下载。它是免费开源的、图形界面的、支持TCP/UDP、配置简单，可配置多组映射规则，可作为 Windows 系统服务运行。安装该软件后，必须以管理员身份运行。首先点击“Define/View forward”，可以配置转发规则和协议。
▲ 转发规则和协议配置
然后回到主界面，点击Start，即可运行。
▲ 主界面
运行之后，再次查看监控端口：
C:\WINDOWS\system32>netstat -ano | findstr 61619
TCP 192.168.6.200:61619 0.0.0.0:0 LISTENING 44560
TCP 192.168.6.200:61619 192.168.6.200:61764 ESTABLISHED 44560
TCP 192.168.6.200:61764 192.168.6.200:61619 ESTABLISHED 14876
C:\WINDOWS\system32>netstat -ano | findstr 61615
TCP 0.0.0.0:61615 0.0.0.0:0 LISTENING 45988
TCP 192.168.6.200:52028 192.168.1.9:61615 ESTABLISHED 36820
TCP 192.168.6.200:61615 192.168.6.200:61772 ESTABLISHED 45988
TCP 192.168.6.200:61772 192.168.6.200:61615 ESTABLISHED 44560查看，同时监听61619和61615的PID为44560的应用：
C:\WINDOWS\system32>tasklist | findstr 44560
PassPort.exe 44560 Services 0 21,048 K可以看到，正是PassPort应用。
同样重启监听两个端口的程序，发现程序也能正常运行。PassPort也可安装作为Windows服务运行。
▲ Psj 服务
它的所有规则是存储在安装目录下的PassPortConfig.xml 文件中的。
<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<PassPort>
<Forward>
<Source address="192.168.6.200" port="61619" />
<Target address="192.168.6.200" port="61615" />
<Protocol type="tcp" />
</Forward>
</PassPort>打开PassPort的源码后发现，它是使用C++ CLR来实现的，需要依赖.NET Framework 2.0，可能是使用起来绘制UI界面更加方便。所有的核心代码都在PortForwarder.cpp类中，该类的接口PortForwarder.h如下：
#pragma once
#include <winsock2.h>
using namespace System;
using namespace System::Collections::Generic;
using namespace System::Threading;
namespace PassPort {
public ref class PortForwarder
{
public:
PortForwarder(String ^srcAddr, String ^srcPort, String ^trgAddr, String ^trgPort,String ^proto);
~PortForwarder(void);
void Run();
static void Init();
static void ShutDown();
static List<int> ^oldThreads = gcnew List<int>;
//typedef ^SortedDictionary<int,SOCKET> malacka;
static SortedDictionary<u_long,SortedDictionary<u_short ,SOCKET>^> ^udp_hosts = gcnew SortedDictionary<u_long, SortedDictionary<u_short ,SOCKET>^ >;
static Mutex^ udp_hosts_mut = gcnew Mutex;
static HANDLE h_Shutdown_Event ;
private:
static List<Thread^> ^forwarders = gcnew List<Thread^>;
//used to signal PortForwarder object to shutdown, ThreadAbortException not working on blocking socket operations
private:
String ^ srcAddr;
String ^ srcPort;
String ^ trgAddr;
String ^ trgPort;
String ^ proto;
};
}在实现上，可以查看PortForwarder.cpp类，它是使用C++ Windows Socket的IO模型中的WSAEventSelect模型来实现的，具体这里不详细介绍了，可以看源代码和相关文档，需要注意的是这种模型在C#中没有。
C#实现端口转发
有了源码就可以进行更多的修改，使用Socket编程，就能实现一个简单的端口转发程序，比如下面这段来自simple-tcp-forwarder-in-csharp的代码，非常简洁：
public class TcpForwarderSlim
{
private class State
{
public Socket SourceSocket { get; private set; }
public Socket DestinationSocket { get; private set; }
public byte[] Buffer { get; private set; }
public State(Socket source, Socket destination)
{
SourceSocket = source;
DestinationSocket = destination;
Buffer = new byte[1024 * 8];
}
}
private readonly Socket _mainSocket = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);
public void Start(IPEndPoint local, IPEndPoint remote)
{
_mainSocket.Bind(local);
_mainSocket.Listen(10);
while (true)
{
Socket source = null;
try
{
source = _mainSocket.Accept();
Console.WriteLine($"[{source.RemoteEndPoint.ToString()}] accept");
TcpForwarderSlim destination = new TcpForwarderSlim();
State state = new State(source, destination._mainSocket);
destination.Connect(remote, source);
source.BeginReceive(state.Buffer, 0, state.Buffer.Length, SocketFlags.None, OnDataReceive, state);
}
catch (Exception ex)
{
source?.Close();
}
}
}
private void Connect(EndPoint remoteEndPoint, Socket destination)
{
State state = new State(_mainSocket, destination);
try
{
_mainSocket.Connect(remoteEndPoint);
_mainSocket.BeginReceive(state.Buffer, 0, state.Buffer.Length, SocketFlags.None, OnDataReceive, state);
}
catch (Exception e)
{
state.DestinationSocket.Close();
state.SourceSocket.Close();
}
}
private void OnDataReceive(IAsyncResult result)
{
State state = (State)result.AsyncState;
try
{
int bytesRead = state.SourceSocket.EndReceive(result);
if (bytesRead > 0)
{
state.DestinationSocket.Send(state.Buffer, bytesRead, SocketFlags.None);
state.SourceSocket.BeginReceive(state.Buffer, 0, state.Buffer.Length, SocketFlags.None, OnDataReceive, state);
}
}
catch (Exception e)
{
state.DestinationSocket.Close();
state.SourceSocket.Close();
}
}
}代码非常简洁，使用起来也很方便，比如：
new TcpForwarderSlim().Start(new IPEndPoint(“192.168.6.200”, 61619), new IPEndPoint(“192.168.6.200”, 61615));在Start中，先使用Accept阻塞的方法连接Source，得到一个SourceSocket，然后再另外启动一个实例，发起另外一个阻塞的Connect方法连接Destination，并将连接Source和Destination的两个Socket放到State中进行保存。同时在异步的BeginReceive中，使用了State的Buffer数组来保存接收的数据，并且使用State对象来保存源和目标Socket的相关信息以便在回调方法中使用。
Source和Destination的BeginReceive方法的回调事件OnDateReceive事件中，首先获取源Socket收到的字节数，然后将收到的数据发送到目标Destination的Socket中，同时继续调用BeginRecieve继续接收数据。在Start方法和Connect方法中，可以看到是初始化了两个State对象的，所以在OnDateRecive事件中Destination和Source的角色是相互的。
上面的每个TcpForwarderSlim代表一个端口转发，在实际过程中我们可以管理多个实例，每个实例运行一个Task，然后再Task里面调用该实例的Start方法，可以在这个基础上，添加UI界面，以实现一个类似psj-passport的应用相信也不难，并且还能很方便的添加一些状态显示，比如Source和Destination的当前连接状态，转发的总流量和速率等等。
上面是一个端口转发的实例，它巧妙的利用了端口转发两端互为源和目标的特点，并且利用了异步的BeginReceive方法简化了代码，代码非常简洁。同样也可以使用同步的方法来实现一个端口转发，比如这个TcpForwardingProxy来自的例子（源代码有bug，下面代码有修复）。
public class TCPForwarder
{
public class ProxyEdge
{
private string label;
private Socket source;
private Socket target;
private SemaphoreSlim sem;
private int bufSize;
private static object locker = new object();
public Action<int, string> LogAction;
private void Log(int level, string m)
{
if (LogAction != null)
{
LogAction(level, m);
}
}
public ProxyEdge(string label, Socket source, Socket target, SemaphoreSlim sem, int bufSize)
{
this.label = label;
this.source = source;
this.target = target;
this.sem = sem;
this.bufSize = bufSize;
}
internal void Start()
{
Log(1, $"{label} waiting for lock.");
sem.Wait();
Log(1, $"{label} begin run.");
new Thread(() => Run()).Start();
}
private void Run()
{
while (source.Connected)
{
byte[] bytes = new byte[bufSize];
int bytesRec = 0;
try
{
bytesRec = source.Receive(bytes);
}
catch (Exception)
{
Log(1, $"{label} source recieved error.");
CloseSocket(source);
}
if (bytesRec > 0)
{
if (target.Connected)
{
Log(1, $"{label} forwarding {bytesRec} bytes");
target.Send(bytes, bytesRec, SocketFlags.None);
Log(1, $"{label} sent {bytesRec} bytes");
}
else
{
Log(1, $"{label} target down. {bytesRec} bytes discarded");
CloseSocket(source);
break;
}
}
else
{
Log(1, $"{label} source recieved 0. {bytesRec} bytes discarded");
CloseSocket(source);
break;
}
}
Log(1, $"{label} source disconnected");
if (target.Connected)
{
Log(1, $"{label} target shutdown");
CloseSocket(target);
}
Log(1, $"{label} release lock");
sem.Release();
}
private void CloseSocket(Socket so)
{
lock (locker)
{
try
{
if (so != null && so.Connected)
{
so.Close();
so = null;
}
}
catch (Exception e)
{
Log(1, $"{label} close socket error:{e.Message}");
}
}
}
}
private ProxyEdge listener;
private ProxyEdge forwarder;
public Action<int, string> LogAction;
private void Log(int level, string m)
{
if (LogAction != null)
{
LogAction(level, m);
}
}
public void Start(IPEndPoint local, IPEndPoint remote)
{
Socket socketListener = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);
socketListener.Bind(local);
Log(1, "Start listening");
socketListener.Listen(10);
while (true)
{
try
{
using (Socket target = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp))
{
Log(1, "Client connect target");
target.Connect(remote);
Log(1, "Waiting for listener connect");
using (Socket source = socketListener.Accept())
{
var sem = new SemaphoreSlim(2);
listener = new ProxyEdge("Listener", source, target, sem, 2048);
forwarder = new ProxyEdge("Forwarder", target, source, sem, 2048);
listener.LogAction = LogAction;
forwarder.LogAction = LogAction;
Log(1, "Starting edges");
listener.Start();
forwarder.Start();
sem.Wait();
}
}
}
catch (Exception ex)
{
Log(1, ex.ToString());
}
Thread.Sleep(1000);
}
}
}使用方法也很简单：
new TCPForwarder().Start(new IPEndPoint(“192.168.6.200”, 61619), new IPEndPoint(“192.168.6.200”, 61615));上面这个代码里面都是调用的Socket的同步方法，在Start方法中，它依次连接Source和Destination两端，连接建立之后，调用ProxyEdge实例，来实现将Souce的数据转发到Destination中。可以看到端口转发的两端互为源和目标，所以实例化了两个ProxyEdge方法。
在ProxyEdge方法中，也是先从source接收数据，然后向target发送数据。需要注意的是，这里当发生异常时，关闭Socket的时候一定要加锁，因为source和target这两个socket在两个ProxyEdge实例中公用的。
上面两个使用C#进行端口转发的示例代码都进行了与之前一样的测试，包括关闭重启监听两个端口的应用程序，重启转发程序，都能恢复正常的转发功能。
总结
端口转发能够在数据传输的过程中增加一个“路由”，提供了某种程度的灵活，在有些场景下能够提高应用程序的灵活性。本文简单介绍了工作中遇到的一个可能使用端口转发能解决的例子，并介绍了一些实施端口转发的方法，比如在Windows上的内置的端口转发工具，一些开源的端口转发程序如psj-passort，最后再简单介绍了如何使用C#实现一个端口转发工具，这其中又包括了使用Socket异步和同步方法来实现端口转发的方法。
参考
- https://www.cnblogs.com/fengyang0824/p/18101767
- https://woshub.com/port-forwarding-in-windows/
- http://www.analogx.com/contents/download/network/pmapper/freeware.htm
- https://sourceforge.net/p/pjs-passport/code/HEAD/tree/
- https://embracethered.com/blog/posts/2020/windows-port-forward/
- https://blog.brunogarcia.com/2012/10/simple-tcp-forwarder-in-c.html
- https://github.com/xuqifzz/TcpForwording
- https://blog.csdn.net/tennysonsky/article/details/45621341
- https://blog.csdn.net/tennysonsky/article/details/45622395
- https://yanbin.blog/windows-linux-port-forwarding/
- https://blog.csdn.net/weixin_45317033/article/details/121527175
- https://www.cnblogs.com/wubolive/p/17306466.html