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Go语言技术与应用（四）：网络编程之TCP端口扫描器实现

news 2025/10/13 16:00:21

端口扫描器在网络安全和系统管理中扮演着重要角色。通过扫描目标主机的端口状态，我们可以了解系统运行的服务，发现潜在的安全漏洞。

本文将带你用Go语言实现三种不同的TCP端口扫描器：从最基础的串行版本，到高效的并发版本，再到资源可控的goroutine池版本。每种实现都有其适用场景，让我们一步步来看。

1. 基础串行扫描器

1.1 实现原理

最简单的端口扫描器就是逐个尝试连接目标端口。虽然速度慢，但逻辑清晰，适合理解端口扫描的基本原理。

package mainimport ("fmt""net""time"
)func main() {targetHost := "127.0.0.1"  // 目标主机地址startPort := 1             // 起始端口endPort := 1000           // 结束端口（这里只扫描前1000个端口作为示例）fmt.Printf("开始扫描主机 %s 的端口 %d-%d\n", targetHost, startPort, endPort)startTime := time.Now()for port := startPort; port <= endPort; port++ {address := fmt.Sprintf("%s:%d", targetHost, port)// 设置连接超时时间为1秒conn, err := net.DialTimeout("tcp", address, time.Second)if err == nil {fmt.Printf("端口 %d 开放\n", port)conn.Close()  // 记得关闭连接}// 每扫描100个端口显示一次进度if port%100 == 0 {fmt.Printf("已扫描到端口 %d\n", port)}}elapsed := time.Since(startTime)fmt.Printf("扫描完成，耗时: %v\n", elapsed)
}

这个版本的特点是简单直接。我们用net.DialTimeout而不是net.Dial，这样可以避免在某些端口上等待太久。

1.2 优缺点分析

优点：

代码简单，容易理解
资源占用少
不会对目标系统造成太大压力

缺点：

扫描速度慢，特别是端口范围大的时候
无法充分利用现代多核CPU的性能

2. 并发扫描器

2.1 goroutine并发实现

Go语言的goroutine让我们可以轻松实现并发扫描，大幅提升扫描速度。

package mainimport ("fmt""net""sync""time"
)// 扫描单个端口的函数
func scanPort(host string, port int, wg *sync.WaitGroup, results chan<- int) {defer wg.Done()  // 确保在函数结束时通知WaitGroupaddress := fmt.Sprintf("%s:%d", host, port)conn, err := net.DialTimeout("tcp", address, time.Second)if err == nil {results <- port  // 将开放的端口发送到结果通道conn.Close()}
}func main() {targetHost := "127.0.0.1"startPort := 1endPort := 1000fmt.Printf("并发扫描主机 %s 的端口 %d-%d\n", targetHost, startPort, endPort)startTime := time.Now()var wg sync.WaitGroupresults := make(chan int, endPort-startPort+1)  // 创建缓冲通道// 启动所有扫描goroutinefor port := startPort; port <= endPort; port++ {wg.Add(1)go scanPort(targetHost, port, &wg, results)}// 等待所有goroutine完成后关闭结果通道go func() {wg.Wait()close(results)}()// 收集并显示结果var openPorts []intfor port := range results {openPorts = append(openPorts, port)}elapsed := time.Since(startTime)fmt.Printf("发现 %d 个开放端口:\n", len(openPorts))for _, port := range openPorts {fmt.Printf("端口 %d 开放\n", port)}fmt.Printf("扫描完成，耗时: %v\n", elapsed)
}

2.2 性能对比

并发版本的扫描速度通常比串行版本快几十倍。但是要注意，如果同时启动太多goroutine，可能会遇到以下问题：

系统文件描述符耗尽
网络连接数超限
目标主机可能将大量并发连接视为攻击

3. goroutine池扫描器

3.1 资源控制的重要性

当需要扫描大量端口时，无限制的并发可能导致系统资源耗尽。goroutine池可以很好地解决这个问题。

package mainimport ("fmt""net""sync""time"
)// 工作者函数，从端口通道中获取任务
func worker(id int, host string, ports <-chan int, results chan<- int, wg *sync.WaitGroup) {defer wg.Done()for port := range ports {address := fmt.Sprintf("%s:%d", host, port)conn, err := net.DialTimeout("tcp", address, time.Second)if err == nil {results <- portconn.Close()}// 可选：添加小延时避免过于频繁的连接time.Sleep(10 * time.Millisecond)}
}func main() {targetHost := "127.0.0.1"startPort := 1endPort := 65535  // 扫描所有端口numWorkers := 100  // 工作者数量，可以根据系统性能调整fmt.Printf("使用 %d 个工作者扫描主机 %s 的端口 %d-%d\n", numWorkers, targetHost, startPort, endPort)startTime := time.Now()// 创建通道ports := make(chan int, 1000)      // 端口任务通道results := make(chan int, 1000)    // 结果通道var wg sync.WaitGroup// 启动工作者goroutinefor i := 0; i < numWorkers; i++ {wg.Add(1)go worker(i, targetHost, ports, results, &wg)}// 发送端口任务go func() {for port := startPort; port <= endPort; port++ {ports <- port}close(ports)  // 关闭端口通道，通知工作者没有更多任务}()// 等待所有工作者完成后关闭结果通道go func() {wg.Wait()close(results)}()// 收集结果var openPorts []intfor port := range results {openPorts = append(openPorts, port)}elapsed := time.Since(startTime)fmt.Printf("扫描完成！发现 %d 个开放端口:\n", len(openPorts))for _, port := range openPorts {fmt.Printf("端口 %d 开放\n", port)}fmt.Printf("总耗时: %v\n", elapsed)
}

3.2 参数调优建议

工作者数量选择：

本地扫描：50-200个工作者
远程扫描：20-100个工作者
生产环境：建议从小数量开始测试

超时时间设置：

本地网络：500ms-1s
互联网扫描：2-5s
慢速网络：5-10s

4. 实际应用考虑

4.1 扫描策略

在实际使用中，我们通常不会扫描所有65535个端口，而是重点关注常用端口：

// 常用端口列表
var commonPorts = []int{21, 22, 23, 25, 53, 80, 110, 111, 135, 139, 143, 443, 993, 995, 1723, 3306, 3389, 5432, 5900, 8080,
}func scanCommonPorts(host string) {fmt.Printf("扫描主机 %s 的常用端口\n", host)for _, port := range commonPorts {address := fmt.Sprintf("%s:%d", host, port)conn, err := net.DialTimeout("tcp", address, 2*time.Second)if err == nil {fmt.Printf("端口 %d 开放\n", port)conn.Close()}}
}

4.2 错误处理和日志

生产环境中的端口扫描器需要更完善的错误处理：

func scanPortWithLogging(host string, port int) (bool, error) {address := fmt.Sprintf("%s:%d", host, port)conn, err := net.DialTimeout("tcp", address, time.Second)if err != nil {// 区分不同类型的错误if netErr, ok := err.(net.Error); ok && netErr.Timeout() {return false, fmt.Errorf("端口 %d 连接超时", port)}return false, nil  // 端口关闭，这是正常情况}conn.Close()return true, nil  // 端口开放
}