串口隔离内外网的通信协议设计

在一些安全性要求比较高的敏感行业，如电信运营商，内网不允许和外网有直接或间接的以太网相连。但实际的应用又需要访问内网的某些服务，怎么办呢？比较好的办法是使用串口通信来构造一个代理程序。

市面上有很多USB转RS232串口的转接线，可以买一跟公头、一根母头，分别插在两台电脑的USB或Type-C口上，系统通常会自动安装驱动，映射为一个COM口。最大速率可设置，比如设置为260K左右的波特率，接近2G时代的带宽，也足以顺畅地调用Web API了。

本文不讨论具体写串口通信程序的具体代码，主要讨论下协议的设计。

一、设计目标：

0、通用http代理或反向代理，即web应用不需要做任何修改；

1、程序尽量简单，无状态，TCP收到数据不用缓存，直接发往串口；

2、两头的TCP连接会有多个，需要建立对应关系；

3、串口收到的数据需缓存后处理，识别对应的TCP连接后进行分发；

4、串口通信数据发出后不管，不需要确认；

5、忽略偶发串口通信异常，恢复后不能影响后面的通信。

最后一点意味着，串口通可能偶尔不可靠，不能把它当成类似TCP那样的可靠连接，但也不能把它当成UDP那样的独立数据包进行处理。

二、设计要点：将串口数据当成字节流，发送时插入起始前导识别字符

假设前导识别字符为～，则为了防止原有内容中也包含这个字符，连续3个～才算协议头的开始，协议头分为三部分：

前导标识串

tcp连接句柄号，即socket的整数转换为数字字符串，后续数据都是这个连接的数据，直到新的协议头

协议头结束字符，表示操作：+请求对端创建一个新的连接（连接参数是配置约定的）；-请求对端断开连接；*正常的数据

三、举例说明：

比如客户端在外网，侦听某个tcp端口，服务端在内网，将代理某个web服务（访问某个内网ip并取结果）：

1、客户端收到一个连接，socket句柄为11，此时客户端程序发出串口数据：

~~~11+

2、服务端收到后，创建和目标地址的连接，程序将此连接和对端连接11进行关联；

3、客户端发送web api请求：

~~~11*http头数据

4、服务器收到串口数据后将http头数据转发到目标地址

5、服务器收到目标地址的应答，将应答结果发给客户端：

~~~11*http 200 OK头数据和json应答数据

6、任何一方断开后，均可给对方发送：

~~~11-

收到后断开对应的tcp连接，如果是服务器端程序还需要解除关联。

经过实际应用检验，十分可靠，而且通过了运营商最严格的安全审核。

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