Socks 5 in Java

通过梳理 Socks 5 在 Java 中的实现，去理解 Socks 5 代理的流程。

HTTP

以 OkhttpClient 为例，了解基于 Socket 的 HTTP 通信方式。

当使用 Proxy.NO_PROXY，即 type = Proxy.Type.DIRECT 时

1. DNS 查询：Dns.lookup
2. 创建 Socket：new Socket()
3. 连接 endpoint：Socket.connect(InetSocketAddress)
4. 交换数据：Socket.getInputStream()、Socket.getOutputStream()
5. 关闭 Socket：Socket.close()

1. DNS 查询

这一步其实可以和创建 Socket 合并，如果 new Socket() 时传入服务器地址，则会调用 InetAddress.getAllByName(String host) 进行操作系统 DNS 查询。

将这一步拆分出来可以扩展更多的功能。

2. 创建 Socket

对于 DIRECT 模式，通过 SocketFactory.createSocket() 进行创建。

工厂类同样可以扩展出更多的功能。

3. 连接 endpoint

endpoint 一般指的是目标服务器地址，SocketAddress 类型，但其只有一个实现类 InetSocketAddress。

SocketAddress 表示传输层的地址 IP Socket Address (IP address + port number)。

4. 交换数据

连接成功之后，就可以通过 OutputStream 和 InputStream 写入和读取数据了。

5. 关闭 Socket

Socket 在使用之后，会进行复用，如果一定时间没有再使用，则会进行关闭。

所以不是每次使用 Socket 之后就会立马关闭。

Socket 5

同样以 OkhttpClient 为例，了解基于其使用 Socks 5 代理时的通信过程。

需要使用 Socket 5，则需要创建一个 Proxy 代理类，指定代理服务器的地址。

1. DNS 查询：Dns.lookup
2. 创建 Socket：new Socket(Proxy proxy)
3. 连接 endpoint：Socket.connect(InetSocketAddress)
4. 交换数据：Socket.getInputStream()、Socket.getOutputStream()
5. 关闭 Socket：Socket.close()

和 Proxy.Type.DIRECT 几乎完全相同。但需要注意的两点：

• DNS 查询的目的是查询出 Socks 5 服务器的 IP 地址，而真正需要访问的目标服务器地址，实际上是通过 Socks 5 服务器去处理的。如果 Socks 5服务器用的是 IP 地址，这一步其实可以忽略。
• 在创建 Socket 时，将 Proxy 作为参数传入进去。

Socket 内部有一个 SocketImpl 对象，实际的连接和数据交换都是通它来完成的，Socket 类则提供调用的接口。

当使用 Proxy.Type.DIRECT 时，Socket 内部通过 SocketImpl.createPlatformSocketImpl(false) 创建 SocketImpl。这个 SocketImpl 内部就是和 native 层进行交互了，后续建立连接，交换数据，都是使用它来完成。

而当使用 Proxy.Type.SOCKS 时，Socket 通过 SocketImpl.createPlatformSocketImpl(false) 之后，再封装了一层 SocksSocketImpl，并主要重写了 connect(SocketAddress endpoint, int timeout) 方法，用于负责 Socks 5 协议握手。

这相当于如果是一个 HTTP 的数据交换，实际上是运行在 Socks 5 的 Socket 上，而这个 Socket 使用系统底层的 Socket，先完成了 Socks 5 的连接、认证过程，再进行后续的数据交换。

而如果没有使用 Socks 5，则使用 SocketImpl.createPlatformSocketImpl(false) 创建的 SocketImpl 进行连接，后进行数据交换。

以本机 Socks 5 代理服务器为例

当客户端 A 通过本机 Socks 5 代理服务器访问公共网络时（假设使用默认端口 1080）：

1. 与 Socks 5 代理服务器建立连接，如客户端使用随机端口 40001 与 Socks 5 端口 1080 建立 TCP 连接（进行三次握手）
2. 进行 Socks 5 协议握手，进行认证
3. Socks 5 协议握手，认证完成之后，后续的数据流量，就直接写入即可

DNS

此时，客户端不再解析目标服务器的 IP，即不会再进行 DNS 查询，这个工作是交由 Socks 5 服务器来完成：在 Socks 5 协议握手阶段，客户端会将目标服务器的 IP v4、IP v6 或 Domain，发送给服务器。如果服务器收到的是 IP，则不再需要查询了，但由于 DNS 污染、CDN 等的存在，可能会导致客户端 DNS 查询失败，或查询到的服务器离 Socks 5 服务器比较远。所以这一工作一般会交由 Socks 5 服务器来完成。 DNS 查询完成后，就可以创建与目标服务器连接的 Socket了，然后将客户端的内容，发送给目标服务器，并将从目标服务器收到的响应，发送给客户端。

连接

同时，如果客户端需要访问多个服务器，或同时需要与一个服务器建立多个连接，那实际上会与 Socks 5 建立多个连接，同样的，Socks 5 服务器会与目标服务器一一建立连接。

UDP

Socks 5 有 UDP relay 的功能，UDP relay 的实现，实际上是，客户端仍然通过 TCP 与 Socks 5 建立连接，但会告诉服务器，我需要你帮我发送 UDP 的数据。Socks 5 服务器收到此请求后，会创建 UDP DatagramSocket，并将监听的 UDP 端口，发送给客户端。客户端收到此端口后，就可以与服务器进行 UDP 的数据交换了。服务器收到 UDP 数据包后，会对其进行拆封，获取目标地址、端口和需要发送的数据，构建自己的 UDP 请求，并使用同一个 DatagramSocket 发送给目标服务器，收到目标服务器的响应后，同样需要进行封装，使用同一个 DatagramSocket 发送给客户端。客户端收到 UDP 数据后就应该主动关闭一开始的 TCP 连接了。

Socks 5

Socks 5 的协议握手过程可以查看 socks5协议详解，这里完全不再赘述。

需要添加的一点是，发送的认证信息、域名长度都不是固定的，所以在这些信息之前需要添加一个表示长度的字节，这一点并没有在 rfc1928 中体现。

Socks 5 提供3种可用的命令，用于三种不同的需求：

• CONNECT 客户端通过 Socks 5 服务器，向目标服务器发送 TCP 请求消息，并接收响应
• BIND 用于客户端接收从服务器的请求。FTP 被动模式是一个著名的例子
• UDP ASSOCIATE 客户端通过 Socks 5 服务器，向目标服务器发送 UDP 请求消息，并转发响应

CONNECT

CONNECT 是 Socks 5 使用最广泛的命令。由于 HTTP、HTTPS 协议是基于 TCP 的，所以大部分 HttpClient 都会提供 Socks 5 的功能。

比较重要的是，使用 CONNECT 命令，客户端就不再通过 DNS 解析目标服务器的 IP，当然可能 Socks 5 服务器是在同一台电脑上。

BIND

BIND 很难理解它的用途，目前 HTTP 协议都能完成基本上所有的工作，而且目前有丰富的 HttpClient 实现，那么 BIND 基本上就不会使用到了。

UDP ASSOCIATE

又称 UDP relay，这也是 Socks 5 能够代理 UDP 流量的原因。

UDP relay 的主要流程：

1. 客户端与 Socks 5 服务器建立连接，完成认证
2. 客户端发送 UDP 命令，其中包括目标服务器地址
3. 服务端收到后，建立一个 UDP 接收器，准备接收来自客户端的 UDP 请求，并通过 Socks 5 的 Socket 将 IP + port number 发送给客户端
4. 客户端收到后，使用 DatagramSocket 像服务器发送 UDP 请求，其中包括：
   • RSV 保留字段，2个字节，X’0000’
   • FRAG 当前片段编号，1个字节，通常不支持，则为 X’00’
   • ATYP 以下地址的地址类型，1个字节
     • IP V4 地址: X’01’
     • DOMAINNAME 域名: X’03’
     • IP V6 地址: X’04’
   • DST.ADDR 目标服务器地址，变长，IP V4 地址 4个字节；IP V6 地址 16个字节；如果是域名，第一个字节为域名长度，后面字节是域名
   • DST.PORT 目标服务器端口，2个字节
   • DATA 用户数据，变长，第一个字节为数据长度，后面字节是数据
5. Socks 5 服务器 UDP 服务端收到数据后，解析目标服务器地址，并使用 UDP 将用户数据发送给目标服务器
6. Socks 5 收到从目标服务器的数据后，同样使用第4步，客户端发送给客户端的数据格式，将其转发给客户端
7. 客户端收到数据后，对数据进行解析，并主动关闭 Socket 5 连接
8. 服务器关闭连接

需要注意的是，UDP 数据包的目标地址，只可能是 IP 地址，如果使用 DatagramSocket 的程序员传入的是一个域名，那么实际上先进行系统 DNS 查询。此时，DNS 查询并没有走代理，所以一般情况下，DNS 查询这一步都会拆分出来，同样使用 UDP ASSOCIATE 功能，先进行 DNS 查询，然后再完成之前的请求。

另外，UDP ASSOCIATE 是“一次性”的，在完成一次 UDP 转发之后，都会关闭 Socks 5 连接，如果有新的请求，那么需要重新建立连接。

参考文章

rfc1928

Socks5工作原理与搭建

浅谈在代理环境中的 DNS 解析行为

sockslib - A Java library of SOCKS5 protocol including client and server

java-socks-proxy-server - Java SOCKS 4/5 server implementation for Java

socks5协议详解