TCP/IP 瑞士军刀 - netcat (篇一)

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前言

本来打算写 端口转发(篇三) - netcat

但是中途发现 netcat 水很深，原因听我细细说来

netcat 被成为 TCP/IP 的瑞士军刀，得益于它虽体积小（几十KB）却在网络下无比强大，在各种场景下都有它发挥的余地，以至于在各大 Linux 发行版 中都默认安装。

原版的 netcat 第一版在 1995年10月28日 被发布，且最后一个版本 1.10 发布于 1996年3月，被称之为 tranditional netcat。

随后，为了兼容 POSIX，推出了不同实现的版本，最有名的为 OpenBSD netcat 和 GNU netcat：

• OpenBSD 版本的支持 IPv6 和 TLS
• GNU 版本的支持 -e 参数，可以在建立连接后执行命令

很有意思的是：

• 大部分的 Linux 发行版，以及 macOS / FreeBSD，预装的都是 OpenBSD netcat，如果要使用 GNU 版的，得自行从包管理器安装。
• Windows 上只有 GNU netcat

水很深 的原因就在于，如果只用 netcat 进行端口转发，必须用到 GNU 版本的 -e 参数，所以就临时更改一下本文题材，讲解一下 netcat 的使用以及案例，且主要针对 OpenBSD netcat。

使用

• 我们先调用 nc -h 来看一下：

$ nc -h
OpenBSD netcat (Debian patchlevel 1)
usage: nc [-46CDdFhklNnrStUuvZz] [-I length] [-i interval] [-M ttl]
	  [-m minttl] [-O length] [-P proxy_username] [-p source_port]
	  [-q seconds] [-s sourceaddr] [-T keyword] [-V rtable] [-W recvlimit]
	  [-w timeout] [-X proxy_protocol] [-x proxy_address[:port]]
	  [destination] [port]
	Command Summary:
		-4		Use IPv4
		-6		Use IPv6
		-b		Allow broadcast
		-C		Send CRLF as line-ending
		-D		Enable the debug socket option
		-d		Detach from stdin
		-F		Pass socket fd
		-h		This help text
		-I length	TCP receive buffer length
		-i interval	Delay interval for lines sent, ports scanned
		-k		Keep inbound sockets open for multiple connects
		-l		Listen mode, for inbound connects
		-M ttl		Outgoing TTL / Hop Limit
		-m minttl	Minimum incoming TTL / Hop Limit
		-N		Shutdown the network socket after EOF on stdin
		-n		Suppress name/port resolutions
		-O length	TCP send buffer length
		-P proxyuser	Username for proxy authentication
		-p port		Specify local port for remote connects
		-q secs		quit after EOF on stdin and delay of secs
		-r		Randomize remote ports
		-S		Enable the TCP MD5 signature option
		-s sourceaddr	Local source address
		-T keyword	TOS value
		-t		Answer TELNET negotiation
		-U		Use UNIX domain socket
		-u		UDP mode
		-V rtable	Specify alternate routing table
		-v		Verbose
		-W recvlimit	Terminate after receiving a number of packets
		-w timeout	Timeout for connects and final net reads
		-X proto	Proxy protocol: "4", "5" (SOCKS) or "connect"
		-x addr[:port]	Specify proxy address and port
		-Z		DCCP mode
		-z		Zero-I/O mode [used for scanning]
	Port numbers can be individual or ranges: lo-hi [inclusive]

我们挑几个常用的参数解释一下：

• -4 允许 IPv4（默认允许）
• -6 允许 IPv6
• -k keep-alive，上一个socket结束后仍可以重新建立socket再次被连接
• -p 本地端口
• -l 监听模式，在 OpenBSD 版下可省略 -p，即 "-l 8080" 等同于 GNU 版的 "-l -p 8080"
• -q 在接收到 EOF 后等待预设的秒数，然后断开连接
• -U 使用 Unix Socket
• -u 使用 UDP 模式
• -v 输出详细信息（GNU 版有 -vv 模式，可输出更详细的信息）
• -w 预设连接超时时间
• -z 表示不发送数据

案例

大部分的案例，笔者都录制了终端的 GIF 动图：

• tmux 会话左侧为本地 macOS，IP为 192.168.1.100
• tmux 会话右侧为远端 Linux，IP为 192.168.1.39

一次性聊天室

• 远端执行 nc -l 1234 -4 -6
• 开启 -4 和 -6 参数，既监听 IPv4 又监听 IPv6（可省略 -4）
• 连接成功后，两边均可键入字符，然后按下回车键发送给对方
• 本地使用 CTRL-D 关闭连接，因默认为 TCP 模式，远端也会默认退出

伪常驻 聊天室

• 远端执行 while true; do nc -l 1234; done，使得连接一旦结束，远端会再次发起监听

UDP 聊天室

• 远端执行 nc -l 1234 -u，本地也需要加 -u 参数才能连接
• 与 TCP连接 有开始有结束不同，UDP 模式并没有 关闭连接 之说，所以 CTRL-D 无效，只能在两端分别用 CTRL-C 结束进程
• 默认情况下，远端处理完一次连接后，并不会再次监听新的请求，所以加上 -k 参数，可以维活处理多次连接

发起 HTTP 请求（交互式）

• 远端执行 python3 -m simple.http 9876，在 9876 端口开启一个文件 Web 服务器
• 本地执行 nc 192.168.1.39 9876，连接上远端的 Web 服务器
• 交互式的输入 GET / 或者 GET / HTTP/1.0 后，连按两下 回车键，即可发送 HTTP 请求，并收到远端的请求响应

发起 HTTP 请求（命令式）

• 本地执行 echo -n "GET / HTTP/1.0\r\n\r\n" | nc 192.168.1.39 9876（注：GET / HTTP/1.0\r\n\r\n 可缩写为 GET /\r\n\r\n）
• 上则案例中的 "连按两下 回车键"，就是模拟的 "连续两个 \r\n"

文件传输（简单）

• 远端先执行 nc -l 1234 > received_file，开启监听，如果建立连接且有字节流入，就会输出到文件 received_file
• 本地再执行 nc 192.168.1.39 1234 < iTerm2.zip，将文件 iTerm2.zip 传输过去
• 用 file 和 ls -al 命令查看一下两边文件是否一致

文件传输（使用 tar 归档传输多文件）

• 远端先执行 tar cvf - text1.txt text2.txt | nc -l 1234 -q 1，先使用 tar 归档多个文件，并使用管道流向 netcat 并开启监听
• 本地再执行 nc 192.168.1.39 1234 | tar xvf -，建立连接后读入字节流，由管道流向 tar 后解压出原多文件
• -q 1 表示传输完毕后，等待1s后退出，如果是 -q 0 则可用 -N 来代替

socket通信

• 本地先执行 nc -lU /tmp/socket，使用 -U 参数使用并创建套接字文件
• 本地新终端 echo "hhh" | nc -U /tmp/socket，将字符串 "hhh" 写入套接字文件，则在原终端会从套接字文件中读出 "hhh" 字符串

网络测速（配合 dd 使用）

• 远端先执行 nc -vl 1234 > /dev/null，表示读入的字节流直接写入 /dev/null 文件，这么做的目的是排除真正文件读写的磁盘速度上限干扰
• 本地再执行 dd if=/dev/zero bs=1024 count=102400 | nc -vn 192.168.1.39 1234，从 /dev/zero 中不断生成字节流，每个区块1024个字节，以供102400个区块，总计 100MB，最后 dd 报告得出，网络速率为 7630165 KB/s，即 7.6 MB/s（测试速度慢是因为远端 Linux 是树莓派，通过 2.4GHz Wi-Fi 接入局域网）

服务端口诊断

案例背景：公司的 Elastic Search 服务器集群部署在阿里云，其 9200/9300 端口的防火墙直接采用阿里云的安全组配置，内网IP和公司所在的公网IP才可以访问。

本地开发环境如果发现 Elastic Search 连接报错，我们会采用 telnet es.example.com 9200 来作第一步诊断：

• 如果 telnet 能连接成功，则表示本地开发环境出了问题

Trying 120.27.216.xxx...
Connected to es.example.com.
Escape character is '^]'.

• 如果 telnet 无法连接，则表示可能因为公司IP变化后无法命中阿里云安全组白名单所致

Trying 120.27.216.xxx...
telnet: Unable to connect to remote host: Connection refused

其实可以不用 telnet，而且 telnet 在 macOS 环境中并没有预装，我们可以改用 nc -vz es.example.com 9200 来替代

• 端口能访问

Connection to es0.example.com (120.27.216.xxx) 9200 port [tcp/wap-wsp] succeeded!

• 端口无法访问

nc: connect to es0.example.com (120.27.216.xxx) port 9200 (tcp) failed: Connection refused

写在最后

本文演示了一些 OpenBSD netcat 的案例，其实用管道配合其他工具，还能出很多很多的案例，但是吸收了上面的几个案例之后，通过举一反三，相信读者也能深谙 netcat 的强大。

后面笔者会以 GNU netcat 为重点写个 篇二，因其存在 -e 参数，所以其部分内容单独拎出来也可以作为 端口转发(篇三) - GNU netcat