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使用 C# UPnP 进行 NAT 穿透

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2008年7月21日

公共领域

5分钟阅读

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使用 C# UPnP 进行 NAT 穿透，无需任何库。

引言

在编写网络代码时，NAT 可能是一个真正的问题。对于大多数应用程序来说，要求用户向路由器添加端口转发规则不是一个好主意，甚至不可接受，因为用户通常不允许更改路由器的设置，或者不知道如何更改。

幸运的是，有一些方法可以自动化添加端口转发规则的过程。UPnP 是其中一种方法，据我所知，这是最常用的方法。

网络程序的另一个主要问题是，它们似乎没有可靠的方法来查找运行它的计算机的外部 IP 地址。UPnP 部分解决了这个问题，但当然，它并不完全可靠（并非所有路由器都支持它，而支持它的路由器可能出于安全原因关闭了 UPnP）。

如果您曾经尝试使用现有的 UPnP 库，您可能会发现它们大多不起作用，或者没有涵盖 UPnP 的 NAT 方面。这促使我编写了自己的、非常小的 UPnP 库，它只涵盖 NAT 方面，甚至不完全涵盖——只包括 UPnP 设备发现、基本端口转发和检索外部 IP 地址。然而，对于许多网络程序来说，这就足够了。

使用代码

在源代码中，您会找到一个名为 NAT 的公共类，其中包含以下公共方法：

  • static bool Discover()
  • static IPAddress GetExternalIP()
  • static void ForwardPort(int port, ProtocolType protocol, string description)
  • static void DeleteForwardingRule(int port, ProtocolType protocol)

请注意，这些方法只进行有限的错误检查，如果不存在 UPnP 设备，或者第一个 UPnP 设备对命令语法过于挑剔，则会失败。在 GetExternalIP 或 ForwardPort 工作之前，必须调用 Discover。Discover 默认最多需要 3 秒（之后会超时——您可以更改超时值），如果设置的超时值很高，可能需要几分钟，因此对于任何 GUI 应用程序，建议将其放在单独的线程上调用。

要最简单地转发端口，代码如下即可：

UPnP.NAT.Discover();
UPnP.NAT.ForwardPort(12345, ProtocolType.Tcp, "MyApp (TCP)");

实际上，最好检查异常——以及 Discover 返回的值。

UPnP + NAT

对于那些想自己动手的人，或者对此感兴趣的人，以下是我对 UPnP 与 NAT 路由器结合使用的发现。

第一步是找到您感兴趣的 UPnP 设备。显然，最好的方法是使用 SSDP。

使用 SSDP 查找 UPnP 设备归结为通过 UDP 广播一个数据包并检查回复。数据包看起来像这样（或者至少，当它看起来像这样时，它就会起作用）

"M-SEARCH * HTTP/1.1\r\n" +
"HOST: 239.255.255.250:1900\r\n" +
"ST:upnp:rootdevice\r\n" +
"MAN:\"ssdp:discover\"\r\n" +
"MX:3\r\n\r\n";

以 ASCII 格式。虽然 Host 是 239.255.255.250，但数据包仍然必须广播到标准的 IPAddress.Broadcast 地址。

检查回复相当直接。您应该只收到一个，但如果您收到了更多，那么正确的回复是可以识别的。来自 NAT 设备的标准回复如下所示：

HTTP/1.1 200 OK
ST:upnp:rootdevice
USN:uuid:00-0C-F6-12-95-D3-FE7BA8C00::upnp:rootdevice
Location:http://192.168.123.254:80/desc.xml
Cache-Control:max-age=1800
Server:IGD-HTTP/1.1 UPnP/1.0 UPnP-Device-Host/1.0
Ext:

ST 应该是 "upnp:rootdevice"；如果不是，则不是正确的设备，它本不应该回复，但我们永远不知道网络中会发生什么。

无论如何，我们对 location 感兴趣，因为在该位置会有一个 XML 文件，其中包含有关设备的信息——我们需要这个来找出如何向设备发送命令。

通过一种称为 "service" 的方式，可以向 UPnP 设备发送命令。描述设备的 XML 文件很长，因此只需知道我们感兴趣的服务的 XPath 是

"//tns:service[tns:serviceType=\"urn:schemas-upnp-
     org:service:WANIPConnection:1\"]/tns:controlURL/text()"

由于它使用了命名空间，您必须使用 XmlNamespaceManager，但这又是另一个话题了。

此查询的结果应大致为 "/serv3.xml"，再次是一个 XML 文件。请注意，这是一个相对位置，因此您需要将其附加到基本 URL，在本例中为 "http://192.168.123.254:80"。

此文件具有双重目的：首先，其内容告诉您它接受哪些类型的命令以及它将如何回复它们，其次，您将向其发送 SOAP POST 请求。是的，又是 XML。

在此之前，我从未对 XML 文件进行过 HTTP POST 请求，这让我非常惊讶，但显然，它的工作方式应该是这样的。

发送命令就是以正确的方式使用 SOAP。然而，这并不直接——如果您正在使用 WebRequest（就像我一样），那么您不仅要将 Method 设置为 "POST"，还要添加一个 header，并更改 content-type

Headers.Add("SOAPACTION", 
  "\"urn:schemas-upnp-org:service:WANIPConnection:1#" + 
  function + "\"");
ContentType = "text/xml; charset=\"utf-8\"";

这里的 function 变量必须与您在内容中发送的函数相同。

这就是全部。有了这些信息，您应该能够实现自己的 UPnP NAT 穿透方法。

关注点

在编写这个小型库的代码时，我完全被该主题缺乏清晰信息所震惊。大多数网站只处理 UPnP 的媒体等方面，或者解释 UPnP NAT 穿透缺乏安全性，而不深入探讨如何实际执行它。当有此类信息时，通常是以我至少理解一半的方式编写的。

最终，我使用 WireShark 检查了 µTorrent 的 UPnP 流量，并逆向工程了该过程。我希望本文能为一些人改变现状，使他们不必进行任何逆向工程即可实现 UPnP NAT 穿透。

历史

  • 2008 年 7 月 18 日：编写了 UPnP NAT 库的第一个版本。
  • 2008 年 7 月 22 日：编写了本文的第一个版本。
  • 2008 年 7 月 22 日（当天晚些时候）：更新了源代码和文章，使其能与一些更严格的路由器以及端口不是 80 的情况一起工作（感谢 ajiau）。
  • 2008 年 7 月 23 日：更新了源代码，使其能与一些额外的路由器一起工作（感谢 Chris Harper）
  • 2009 年 1 月 14 日：更新了源代码和文章，以（希望）能与更多额外的路由器一起工作，感谢过去半年中所有发布反馈的人。
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