Ранее я много раз слышал, что UPnP каким-то образом умеет самостоятельно открывать порты (производить Port Forwarding на роутере) по запросу от хоста из локальной сети. Однако, то, каким именно образом это происходит, и какие протоколы для этого используются, доселе было покрыто для меня пеленой тумана.
В данной статье я хочу кратко рассказать, как работают два механизма для проброса портов, а именно NAT Port Mapping Protocol и Internet Gateway Device (IGD) Protocol, входящий в набор протоколов UPnP. К своему удивлению я обнаружил, что в рунете информация по данному вопросу более чем скудна, что и сподвигло меня на написание данной заметки.
Для начала приведу краткий FAQ:
Q: Для чего нужны данные протоколы?
A: Для формирования на маршрутизаторе правила проброса определенного TCP/UDP порта (Port Forwarding) не вручную, а «автоматически», т.е. по запросу от хоста во внутренней сети.
Q: Как это реализуется?
A: Устройство за NAT отправляет маршрутизатору запрос с указанием внутреннего и внешнего номеров портов и типа протокола (TCP/UDP). Если указанный внешний порт свободен, маршрутизатор формирует у себя правило трансляции и рапортует запросившему компьютеру об успешном выполнении запроса.
Q: Проводится ли на маршрутизаторе аутентификация/авторизация запросов на открытие порта?
A: Нет, не проводится.
Теперь же рассмотрим работу данных протоколов более подробно (под катом).
Port Mapping Protocol
NAT-PMP описан в RFC 6886. Для своей работы он использует UDP-порт сервера 5351.
Рассмотрим работу протокола на конкретном примере — торрент-клиенте Vuze 5.7 для Windows 7.
Примечание: NAT-PMP во Vuze по умолчанию выключен. Его необходимо активировать в настройках плагинов.
1. Запускаем Wireshark. В строке фильтра вводим nat-pmp
2. Запускам Vuze.
3. Останавливаем перехват пакетов, смотрим результаты.
У меня получилось следующее:
Всего видим 6 пакетов (3 запроса и 3 ответа).
Первые 2 это запрос внешнего адреса маршрутизатора и ответ с указанием этого самого адреса. Не будем на них подробно останавливаться и лучше рассмотрим, как происходит маппинг портов на примере пакетов 3-4.
Запрос:
Здесь мы видим, что запрашивается проброс внешнего UDP порта 48166 на такой же внутренний порт. Интересно, что внутри протокола не указывается адрес хоста, на который должна происходить трансляция (Inside Local в терминологии Cisco). Это означает, что маршрутизатор должен взять адрес источника пакета из IP-заголовка и использовать его в качестве Inside Local.
Параметр Requested Port Mapping Lifetime ожидаемо означает время жизни записи в таблице трансляций.
Ответ:
Как мы видим, маршрутизатор предполагаемо создал запрашиваемую трансляцию и ответил кодом Success. Параметр Seconds Since Start of Epoch означает время с момента инициализации таблицы трансляций (т.е. с момента последней перезагрузки роутера).
Маппинг TCP-портов происходит точно также и отличается только значением поля Opcode.
После того, как приложение прекратило использовать данные порты, оно может послать маршрутизатору запрос на удаление трансляции.
Главное отличие запроса на удаление от запроса на создание заключается в том, что параметр Lifetime устанавливается в ноль.
Вот что произойдет, если мы закроем Vuze.
Запрос:
Ответ:
На этом рассмотрение NAT-PMP закончено, предлагаю перейти к несколько более «мудреному» UPnP IGD.
Internet Group Device Protocol
Для обмена своими сообщениями данный протокол использует SOAP.
Однако, в отличие от NAT-PMP, IGD не использует фиксированный номер порта сервера, поэтому перед тем, как обмениваться сообщениями, нужно сперва этот порт узнать. Делается это при помощи протокола SSDP (данный протокол является частью UPnP и используется для обнаружения сервисов).
Запускаем торрент-клиент. Он формирует SSDP-запрос и отсылает его на мультикастовый адрес 239.255.255.250.
Маршрутизатор формирует ответ и отправляет его уже юникастом:
Внутри ответа мы можем увидеть URL для взаимодействия с маршрутизатором по протоколу IGD.
Далее Vuze подключается к маршрутизатору по указанному URL и получает XML с информацией о данном устройстве, в том числе содержащую набор URI для управления некоторыми функциями маршрутизатора. После того, как нужный URI найден в rootDesc.xml, Vuze отправляет SOAP-запрос на содание NAT-трансляции по найденному URI.
Примечание: до того, как запросить создание трансляции, Vuze заставил маршрутизатор перечислить все имеющиеся Port Forwarding'и. Для чего это было сделано, я могу лишь догадываться.
SOAP-запрос на создание трансляции UDP-порта:
Как говорилось ранее, нужный URI (идет сразу после POST) Vuze взял из rootDesc.xml. Для добавления трансляции используется функция с названием AddPortMapping.
Также можно отметить, что, в противоположность NAT-PMP, Inside Local-адрес указывается внутри самого протокола.
Аналогично NAT-PMP, при закрытии торрент-клиента маппинги проброшенных портов удаляются. Делается это функцией DeletePortMapping:
Можно заметить, что для удаления правила достаточно указать только тип протокола (UDP) и номер внешнего порта, не указывая остальные параметры.
Заключение
В данной статье мы рассмотрели два достаточно простых способа по созданию на домашнем роутере правил Port Forwarding по команде от хоста из локальной сети. Остается лишь отметить, что если вы считаете работу данных протоколов угрозой безопасности вашей домашней сети, то их можно попытаться выключить (хотя, конечно, гораздо лучше доверить вопросы безопасности утилите, которая для этого предназначена — файрволу). В случае моего Zyxel Giga II, на котором, к слову, и проводились все тесты, это делается CLI-командой no service upnp (примечательно, что в веб-интерфейсе опция включения/отключения UPnP отсутствует).