一、前言
1、SOCKS名称来源。
该协议设计之初是为了让有权限的用户可以穿过过防火墙的限制，使得高权限用户可以访问一般用户不能访问的外部资源。当时设计者考虑到几乎所有使用TCP/IP通信的应用软件都使用socket（套接字，实际上是一组应用程序接口）完成底层的数据通信。为了方便软件开发者使用该协议，协议设计者就刻意对应了几组socket编程最经典的操作，并且将协议定名为SOCKS。
2、SOCKS版本。
这个协议最初由David Koblas开发，而后由NEC的Ying-Da Lee将其扩展到版本4，最新协议是版本5，与前一版本相比，SOCKS5做了以下增强：
- 增加对UDP协议的支持；
- 支持多种用户身份验证方式和通信加密方式；
- 修改了socks服务器进行域名解析的方法，使其更加优雅；
3、SOCKS网络代理层次。
SOCKS是一种网络传输协议，主要用于客户端与外网服务器之间通讯的中间传递。根据OSI七层模型来划分，SOCKS属于会话层协议，位于表示层与传输层之间。
4、SOCKS软件部署架构。
SOCKS实际分为了客户端和服务端来共同协作完成代理目标。在客户端进行socket网络编程时，SOCKS提供了一套和传统socket接口（socket,listen,bind等）一致的接口SDK供应用层调用，这类软件最著名的莫过于SocksCap32了，它是Permeo公司早期推出的一款产品，后来又提供了Permeo Security Driver（称为PSD）SDK。在服务端通常是提供一个服务器提供SOCKS代理服务，一般监听1080端口。用户将客户端的请求和流量代理到目的服务器，常见的SOCKS服务像shadowsock等。
二、SOCKS代理流程
上图中是socks代理的简单流程。
客户端和SOCKS代理服务器建立TCP三次握手连接。这里需要说明的是不管客户端是希望和target服务器建立TCP连接还是UDP连接，客户端都需要先和SOCKS代理服务器建立TCP连接。
在和SOCKS代理服务器建立连接后，开始进行身份认证，目前比较常用的或者说在SOCKS服务器上实现较多的是无身份验证和用户名/密码这两种方式。
身份验证通过后，客户端开始请求SOCKS服务器相应的代理命令，目前SOCKS5协议规定了三种代理命令（connect，bind，udp）。
SOCKS代理服务器依据客户端请求的命令执行相应的代理模式，并与target服务器建立连接。
接下来客户端开始像正常的网络收发包一样开始进行网络通信。
三、SOCKS协议
阶段一：TCP请求
这里省略tcp三次握手建立连接的过程，因为这部分不属于协议部分。
阶段二：认证过程
在与SOCKS代理服务器建立tcp连接后客户端开始发起认证过程，这个过程中会和服务器协商认证方式。
1、客户端请求认证
| VERSION | METHODS_COUNT | METHODS |
|---|---|---|
| 1字节 | 1字节 | 1到255字节，长度由METHODS_COUNT值决定 |
| 0x05 | 0x03 | 0x00 0x01 0x02 |
- VERSION SOCKS协议版本，目前固定0x05
- METHODS_COUNT 客户端支持的认证方法数量
- METHODS… 客户端支持的认证方法，每个方法占用1个字节
METHOD定义
- 0x00 不需要认证（常用）
- 0x01 GSSAPI认证
- 0x02 账号密码认证（常用）
- 0x03 - 0x7F IANA分配
- 0x80 - 0xFE 私有方法保留
- 0xFF 无支持的认证方法
2、服务器返回选定的认证方法
a、无需认证
| VERSION | METHOD |
|---|---|
| 1字节 | 1字节 |
| 0x05 | 0x00 |
b、账号密码认证
| VERSION | METHOD |
|---|---|
| 1字节 | 1字节 |
| 0x05 | 0x02 |
- VERSION SOCKS协议版本，目前固定0x05
- METHOD 本次连接所用的认证方法，0x00无需认证，0x02账号密码认证
3、如果为账号密码认证客户端再次发送账密密码进行认证
| VERSION | USERNAME_LENGTH | USERNAME | PASSWORD_LENGTH | PASSWORD |
|---|---|---|---|---|
| 1字节 | 1字节 | 1-255字节 | 1字节 | 1-255字节 |
| 0x01 | 0x01 | 0x0a | 0x01 | 0x0a |
- VERSION 认证子协商版本（与SOCKS协议版本的0x05无关系）
- USERNAME_LENGTH 用户名长度
- USERNAME 用户名字节数组，长度为USERNAME_LENGTH
- PASSWORD_LENGTH 密码长度
- PASSWORD 密码字节数组，长度为PASSWORD_LENGTH
4、服务器响应账号密码认证结果
| VERSION | STATUS |
|---|---|
| 1字节 | 1字节 |
- VERSION 认证子协商版本，与客户端VERSION字段一致
- STATUS 认证结果（0x00 认证成功大于0x00 认证失败）
阶段三：命令过程
在客户端和SOCKS代理服务器身份认证阶段结束后，客户端开始向代理服务器发送命令协议，指示代理服务器接下来启用何种代理模式（TCP/UDP）。这里SOCKS5协议中规定了三种命令，分别是CONNECT，BIND，UDP ASSOCIATE。
1、客户端发起命令请求
| VERSION | COMMAND | RSV | ADDRESS_TYPE | DST.ADDR | DST.PORT |
|---|---|---|---|---|---|
| 1字节 | 1字节 | 1字节 | 1字节 | 1-255字节 | 2字节 |
- VERSION SOCKS协议版本，固定0x05
-
COMMAND 命令
- 0x01 CONNECT 连接目标服务器
- 0x02 BIND 绑定，客户端会接收来自代理服务器的链接，也就是说告诉代理服务器创建socket，监听来自目标机器的连接。像FTP服务器这种主动连接客户端的应用场景。
- 0x03 UDP ASSOCIATE UDP中继
- RSV 保留字段
-
ADDRESS_TYPE 目标服务器地址类型
- 0x01 IP V4地址
- 0x03 域名地址(没有打错，就是没有0x02)，域名地址的第1个字节为域名长度，剩下字节为域名名称字节数组
- 0x04 IP V6地址
- DST.ADDR ip地址
- DST.PORT 端口号
说明：这里的DST.ADDR和DST.PORT在COMMAND不同时有不用的表示
- CONNECT 希望连接的target服务器ip地址和端口号
- BIND 希望连接的target服务器ip地址和端口号
- UDP ASSOCIATE 客户端本地使用的ip地址和端口号，代理服务器可以用这个信息对访问进行一些限制。
2、代理服务器响应
| VERSION | RESPONSE | RSV | ADDRESS_TYPE | BND.ADDR | BND.PORT |
|---|---|---|---|---|---|
| 1字节 | 1字节 | 1字节 | 1字节 | 1-255字节 | 2字节 |
- VERSION SOCKS协议版本，固定0x05
-
RESPONSE 响应命令
- 0x00 代理服务器连接目标服务器成功
- 0x01 代理服务器故障
- 0x02 代理服务器规则集不允许连接
- 0x03 网络无法访问
- 0x04 目标服务器无法访问（主机名无效）
- 0x05 连接目标服务器被拒绝
- 0x06 TTL已过期
- 0x07 不支持的命令
- 0x08 不支持的目标服务器地址类型
- 0x09 - 0xFF 未分配
- RSV 保留字段
- BND.ADDR 代理服务器连接目标服务器成功后的代理服务器IP
- BND.PORT 代理服务器连接目标服务器成功后的代理服务器端口
说明：这里的DST.ADDR和DST.PORT在COMMAND不同时有不用的表示
- CONNECT 此时绑定的地址是指代理服务器连接到目标机器时的ip和端口
- BIND 这里有两次响应
- 第一次响应中是指代理服务器创建监听socket时绑定的ip和端口
- 第二次响应中是指代理服务器监听的scoket收来自目标机器连接时的ip和端口
- UDP ASSOCIATE 此时绑定地址指明了客户发送UDP消息至服务器的端口和地址。
阶段四：数据转发
这里如果代理的是tcp连接则直接转发tcp数据。如果代理的是udp数据客户端和代理服务器之间需要对原始UDP数据包进行包装之后再进行转发。
| RSV | FRAG | ATYP | DST.ADDR | DST.PORT | DATA |
|---|---|---|---|---|---|
| 2字节 | 1字节 | 1字节 | 1-255字节 | 2字节 | variable |
- RSV 保留字段
- FRAG 包编号
- ATYP 目标服务器地址类型
- 0x01 IP V4地址
- 0x03 域名地址(没有打错，就是没有0x02)，域名地址的第1个字节为域名长度，剩下字节为域名名称字节数组
- 0x04 IP V6地址
- DST.ADDR 目标服务器地址
- DST.PORT 目标服务器端口
- DATA 用户数据
四、实例分析
在本实例中演示UDP代理过程及其中抓包过程。
UDP服务：127.0.0.1:19999（每收到一个请求包返回一个this is udp server的字符串给客户端）
SOCKS代理服务：127.0.0.1:1080
阶段一：TCP请求。
编号489,490,491。客户端127.0.0.1:26551请求到127.0.0.1:1080的TCP三次握手协议。
阶段二：认证过程。
1、编号492。客户端发起认证请求。版本为0x05，客户端认证方法总数为0x01，认证方式0x00不认证。编号493为TCP的ACK确认包。
2、编号494。代理服务器回复请求版本为0x05，认证方式确认为0x00不认证。编号495为TCP确认包。
阶段三：命令过程
1、编号496.客户端向代理服务器发送命令请求包版本为0x05，命令字为0x03（udp associate）客户端的IP端口号为127.0.0.1:60842。编号497为TCP请求确认包。
2、编号498。代理服务器向客户端回复确认包，版本为0x05，状态为0x00成功，代理服务器的开启的UDP地址为127.0.0.1:60843。编号499为TCP确认包。
阶段四：数据转发
1、编号500为客户端向代理服务器发送UDP数据报文，客户端地址127.0.0.1:60842，服务器地址127.0.0.1:60843。包装过的udp载荷中reserve保留字段0x00，fragment 0x00，address type ipv4，要连接的远端服务器地址端口为127.0.0.1:19999，发送的数据为“some data”。
2、编号501为代理服务器127.0.0.1:60843向远端udp服务器127.0.0.1:19999发送数据包常规UDP数据包。
3、编号502位远端UDP服务器127.0.0.1:19999向代理服务器127.0.0.1：60843返回数据，返回“this is udp server”。
4、编号503为代理服务器127.0.0.1：60843向客户端127.0.0.1:60842转发远端服务器的返回数据，包装过的udp载荷中reserve保留字段0x00，fragment 0x00，address type ipv4，远端服务器地址端口为127.0.0.1:19999，发送的数据为“this is udp server”。
五、引用
https://www.rfc-editor.org/rfc/rfc1928.txt
