STUN协议解析

和STUN协议相关的文档一共有三个： RFC 3489， RFC 5389和 RFC 5780

引用

1. nat-behavior-discovery-using-stun-rfc-5780
2. stun-rfc-3489-vs-stun-rfc-5389-5780
3. 网络地址转换
4. STUN

Message Header

    0                   1                   2                   3
    0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |      STUN Message Type        |         Message Length        |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
                            Transaction ID
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
                                                                   |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

STUN消息主要分为两种：

• Header说明

类型	说明
STUN Message Type	STUN类型
Message Lenght	去除固定头部(20Byte)的剩余的长度
Transaction ID	一个128位的标识符，客户端随机生成的，然后服务端要回复相同的标识符

• STUN Message Type说明

MessageType值	类型
0x0001	Binding Request
0x0101	Binding Response
0x0111	Binding Error Response

Message Attributes

    0                   1                   2                   3
    0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |         Type                  |            Length             |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |                             Value                             ....
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

一个STUN消息可以包含0个或者多个STUN属性，属性有一个通用的头部，如上。

• Message Attributes说明

类型	说明
Type	一个uint16长度的类型，用不同的值区分不同的属性
Lenght	表示Value的长度，不包括固定头部的大小(4Byte)
Value	不固定长度，表示属性的内容

• Type说明

值	类型
0x0001	MAPPED-ADDRESS
0x0002	RESPONSE-ADDRESS
0x0003	CHANGE-REQUEST
0x0004	SOURCE-ADDRESS
0x0005	CHANGED-ADDRESS
0x0006	USERNAME
0x0007	PASSWORD
0x0008	MESSAGE-INTEGRITY
0x0009	ERROR-CODE
0x000a	UNKNOWN-ATTRIBUTES
0x000b	REFLECTED-FROM
0x802b	RESPONSE-ORIGIN
0x802c	OTHER-ADDRESS

MAPPED-ADDRESS

用于表示客户端外部IP地址，如果没有NAT，那么外部IP地址和内部IP地址是相同的。前8位保留，之后8位用于表示IP类型（IPV4/6）。之后16位表示端口号。这里强制使用IPV4版本，所以Address是32位。

    0                   1                   2                   3
    0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |x x x x x x x x|    Family     |           Port                |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |                             Address                           |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

RESPONSE_ADDRESS

用于标示哪一个服务端的IP和Port发送发送的数据。数据格式参考MAPPED-ADDRESS。

CHANGE-REQUEST

请求服务端使用不同的IP或者Port来给客户端发送消息。A表示“改变IP”标志，B表示“改变端口”标志。

    0                   1                   2                   3
    0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 A B 0|
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

ERROR-CODE

     0                   1                   2                   3
     0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
    |                   0                     |Class|     Number    |
    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
    |      Reason Phrase (variable)                                ..
    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

• ERROR-CODE说明

类型	说明
Class	用于存储100的倍数，这个值只能是1~6
Number	100的余数，值的范围是0~99，Error Code的计算是：Class * 100 + Number
Reason Phrase	ByteString类型，用于描述错误信息

• Error Code说明

Error Code	说明
400	请求格式不正确
401	请求消息不包含MESSAGE-INTEGRITY属性
420	服务器不理解请求中的强制属性
430	请求消息包含MESSAGE-INTEGRITY属性，但是却使用了一个过期的共享密钥
431	请求消息包含MESSAGE-INTEGRITY属性，但是HMAC校验失败。
500	服务器遇到了一个临时错误。客户端应该重试
600	服务器拒绝满足该请求。 客户端不应重试

RESPONSE-ORIGIN

用于标示哪一个服务端的IP和Port发送的数据。数据格式参考MAPPED-ADDRESS。

OTHER-ADDRESS

用于标示服务端另一个IP和Port发送的数据。数据格式参考MAPPED-ADDRESS。

RFC3489 VS RFC5780

RFC3489和RFC5780主要区别在于：NAT类型和探测方式。RFC5780细化NAT类型，采用新的探测方式，为了新类型和新探测方式新增了几种对应的属性。

RFC3489 NAT类型定义

RFC3489 NAT Variations中定义了四种NAT类型：Full cone、Restricted cone、Port-Restricted cone和Symmetric。

完全圆锥形NAT（Full cone NAT）

• 一旦一个内部地址（iAddr:port）映射到外部地址（eAddr:port），所有发自iAddr:port的包都经由eAddr:port向外发送。任意外部主机都能通过给eAddr:port发包到达iAddr:port（注：port不需要一样）
  

受限圆锥形NAT（Address-Restricted cone NAT）

• 内部客户端必须首先发送数据包到对方（IP=X.X.X.X），然后才能接收来自X.X.X.X的数据包。在限制方面，唯一的要求是数据包是来自X.X.X.X。
• 内部地址（iAddr:port1）映射到外部地址（eAddr:port2），所有发自iAddr:port1的包都经由eAddr:port2向外发送。外部主机（hostAddr:any）能通过给eAddr:port2发包到达iAddr:port1。（注：any指外部主机源端口不受限制，但是目的端口必须是port2。只有外部主机数据包的目的IP 为 内部客户端的所映射的外部ip，且目的端口为port2时数据包才被放行。
  

端口受限圆锥形NAT（Port-Restricted cone NAT）

类似受限制锥形NAT（Restricted cone NAT），但是还有端口限制。

• 一旦一个内部地址（iAddr:port1）映射到外部地址（eAddr:port2），所有发自iAddr:port1的包都经由eAddr:port2向外发送。
• 在受限圆锥型NAT基础上增加了外部主机源端口必须是固定的。
  

对称NAT（Symmetric NAT）

• 每一个来自相同内部IP与端口，到一个特定目的地地址和端口的请求，都映射到一个独特的外部IP地址和端口。同一内部IP与端口发到不同的目的地和端口的信息包，都使用不同的映射
• 只有曾经收到过内部主机数据的外部主机，才能够把数据包发回
  

RFC5780 NAT类型

RFC5780 NAT类型主要分为两类：地址和端口隐射，地址和端口过滤。

Full cone

Restricted cone

Port-Restricted cone

Symmetric

下图显示了RFC 5780中定义的九种NAT类型和RFC 3489中定义的四种NAT类型，以及RFC 3489中的NAT类型如何与RFC 5780中的对应类型匹配。

RFC3489 探测算法

RFC3489 Binding Lifetime Discovery

一旦路经通过红色箱子的终点时，UDP的沟通是没有可能性的。一旦通过黄色或是绿色的箱子，就有连线的可能。

RFC5780 探测算法

RFC5780探测分为两种方式：NAT隐射和NAT过滤。

NAT隐射方式探测

没有NAT

端点无关的隐射NAT

地址相关的隐射NAT

地址和端口相关的隐射NAT

NAT过滤方式探测

端点无关的过滤NAT

地址相关的过滤NAT

地址和端口相关的过滤NAT