学习UPnP

UPnP（Universal plug-and-play 即通用即插即用）是由通用即插即用论坛 （UPnP™ Forum）提出的一套网络协议。该协议的目标是使家庭网络（数据共享、通信和娱乐）和公司网络中的各种设备能够相互无缝连接，并简化相关网络的实现。 UPnP 通过定义和发布基于开放、因特网通讯网协议标准的 UPnP 设备控制协议来实现这一目标。
简单地理解，UPnP就是一种动态端口映射。
详细一点说，假设内网某台机器连接的网关设备支持 UPNP igd 接口并开启了此项功能，那么网关设备就能够响应内网机器的请求，执行一些和网关相关的操作，比如将内网机器的某个端口映射到外网某个固定端口（即 NAT）。这样就能够使外网能够直接访问到内网机器的某端口。

那么，UPnP应用在什么地方呢？
我们比较熟悉的eMule、BitComet等工具，就使用了UPnP，所以我们可以通过打开ADSL的UPnP来提高下载速度。
更远一些的应用前景可能在数字家电上。支持UPnP的数字家电，在得到用户的授权后，能够自动到家中的网关上开启端口映射，这样用户就可以在外网对家中的家电进行控制。

下面简单介绍一下UPnP端口映射的过程和简单原理：
（下面文章中的控制点表示内网中的机器）

第0步：寻址，即获取一个本地IP地址。

第1步：发现，即搜索网络中的UPnP设备。又分两个小的步骤。
第1.1步：搜索UPnP设备。
控制点生成一个UDP的MulticastSocket，绑定多播地址239.255.255.250 1900端口，然后发送一个搜索请求，该请求在UPnP Device Architecture中的定义如下：
    M-SEARCH * HTTP/1.1
    HOST:239.255.255.250:1900
    MAN:"ssdp:discover"
    MX:seconds to delay response
    ST:search target

这个多播请求的含义如下：
M-SEARCH表示SSDP协议定义的搜索请求方法。
HOST的值必须是这个地址。
MAN的值必须是"ssdp:discover"，注意不能少了双引号。
MX的表示UPnP设备收到该请求后的延时时间，以便控制点能够处理请求。
ST表示搜索目标，
  如果搜索所有的设备和服务，则为ssdp:all，
  如果是搜索根设备，则为upnp:rootdevice，
  象大部分程序中使用UPnP是为了找到支持UPnP的网关来动态映射端口，
  则赋值为urn:schemas-upnp-org:device:InternetGatewayDevice:1。
另外在编程时需要在每一行后面加上"/r/n" 表示换行。
该请求基于HTTPMU（HTTP Multicast over UDP），上面这些信息都是属于HTTP Header，没有HTTP Body，而HTTP Header和HTTP Body之间应该有一个空行分隔。编写时需要注意不能少了那个空行。

第1.2步：网络上的UPnP设备返回响应。如果该UPnP设备和要搜索的UPnP设备匹配，则该设备会返回一个响应，响应的格式在UPnP Device Architecture中的定义如下：
    HTTP/1.1 200 OK
    CACHE-CONTROL: max-age = seconds until advertisement expires
    DATE: when response was generated
    EXT:
    LOCATION: URL for UPnP description for root device
    SERVER: OS/version UPnP/1.0 product/version
    ST: search target
    USN: advertisement UUID

max-age通知消息存活时间，如果超过此时间间隔，控制点可以认为设备不存在。
LOCATION表示该设备的描述文件，用于确定该设备包含哪些逻辑设备和哪些服务等。
其中包含设备描述的URL地址。
USN表示Unique Service Name。

接收到数据包后，就要从中获取需要的消息。
首先，必须找到"200 OK"。
接着，要找到LOCATION项，并从中获得设备描述URL。
这一部分的逻辑实际上就是一个子字符串的查找。

第2步：描述，得到UPnP设备属性和描述信息。
第2.1步：下载设备描述文件。
  2.1.1 解析描述文件的URL，获取主机/端口/路径；
  2.1.2 建立TCP连接到host:post；
  2.1.3 构造类似
    GET path HTTP/1.1
    Host: host:port

  的信息（注意第二行下面要有一个空行），并发送到设备；
  2.1.4 接收设备响应的数据。

第2.2步：解析XML文件。
设备响应的格式在UPnP Device Architecture中的定义如下：


 
    1
    0
 
  base URL for all relative URLs
 
    urn:schemas-upnp-org:device:deviceType:v
    short user-friendly title
    manufacturer name
    URL to manufacturer site
    long user-friendly title
    model name
    model number
    URL to model site
    manufacturer's serial number
    uuid:UUID
    Universal Product Code
   
     
        image/format
        horizontal pixels
        vertical pixels
        color depth
        URL to icon
     
      XML to declare other icons, if any, go here
   
   
     
        urn:schemas-upnp-org:service:serviceType:v
        urn:upnp-org:serviceId:serviceID
        URL to service description
        URL for control
        URL for eventing
     
      Declarations for other services defined by a UPnP Forum working committee (if any) go here
      Declarations for other services added by UPnP vendor (if any) go here
   
   
      Description of embedded devices defined by a UPnP Forum working committee (if any) go here
      Description of embedded devices added by UPnP vendor (if any) go here
   
    URL for presentation
 


上面的设备描述中有一个ServiceList节点，该节点下每个Service节点都包含一个controlURL节点，但这个URL是一个相对URL，再组合URLBase节点的属性值，即得到该服务的控制URL。

第3步：控制，对UPnP设备发送控制命令（如增删端口映射）或查询属性。
这个操作是通过发送相应SOAP消息到该服务的控制URL上来完成的。该信息在UPnP Device Architecture中的定义如下：
    POST path of control URL HTTP/1.1
    HOST: host of control URL :port of control URL
    CONTENT-LENGTH: bytes in body
    CONTENT-TYPE: text/xml; charset="utf-8"
    SOAPACTION: "urn:schemas-upnp-org:service:serviceType:v #actionName "

   
        xmlns:s="http://schemas.xmlsoap.org/soap/envelope/"
        s:encodingStyle="http://schemas.xmlsoap.org/soap/encoding/">
     
       
          in arg value
          other in args and their values go here, if any
       
     
   
在上面的SOAP消息中：
在actionName处填入各种控制信息，如：
AddPortMapping
或者DeletePortMapping
或者GetGenericPortMappingEntry。
在serviceType处填入设备的服务类型，如：
urn:schemas-upnp-org:service:WANIPConnection:1
或者urn:schemas-upnp-org:service:WANPPPConnection:1。
在 argumentName 处填入各种控制信息，各种控制消息的格式如下：
增加端口映射AddPortMapping：
 
  ExternalPort
  Protocol
  InternalPort
  InternalClient
  1
  PortMappingDescription
  LeaseDuration

注：Protocol 一般填TCP或UDP。
    PortMappingDescription 填写端口映射的描述，比如什么程序建立了这个端口。
    InternalClient 填写本地IP地址。
    LeaseDuration 填写映射的持续时间，用0表示不永久。

删除端口映射DeletePortMapping：
 
  ExternalPort
  Protocol
获得端口映射信息GetGenericPortMappingEntry：
  PortMappingIndex
 
 
 
 
 
  1
 
 

注： PortMappingIndex 填写端口映射索引，即路由上第几个映射。

以在IGD设备上增加端口映射这个操作来举例，将网关的5678端口映射到内网10.0.0.1的8765端口，该操作被发送的SOAP消息如下：
    POST /upnp/control/wanpppcpppoe HTTP/1.0
    CONTENT-TYPE: text/xml; charset="utf-8"
    HOST: 10.0.0.138:80
    CONTENT-LENGTH: 649
    SOAPACTION: "urn:schemas-upnp-org:service:WANPPPConnection:1#AddPortMapping"
    
   
   
    
     
      
       5678
       tcp
       8765
       10.0.0.1
      
      
      
     
    
   
操作成功，设备的应答是：
    HTTP/1.0 200 OK
    CONTENT-TYPE: text/xml; charset="utf-8"
    SERVER: SpeedTouch 510 4.0.2.0.1 UPnP/1.0 (14E31Y7)
    CONTENT-LENGTH: 304
    Connection: close
    EXT:
    
   
   
     
       
     
   
接收到应答后，一般检测到“200 OK”即可认为成功。

第4步：事件触发。在设备一些属性变化了的时候，如果控制点订阅了它的事件通知，则它会发送相应的通知给控制点。

第5步：展示。

UPnP Device Architecture的翻译版可以在CSDN资源中找，名为UPnP设备架构。