一、NAT-PMP協議的介紹
NAT（Network Address Translation）是一種被廣泛應用於家庭和企業網絡服務中的技術，因為IP地址是有限的，NAT可將多個設備的私有IP地址轉換為路由器的公共IP地址，從而使這些設備能夠通過互聯網進行通信。NAT-PMP（NAT Port Mapping Protocol）是NAT與局域網內的設備進行端口映射的一種協議。
NAT-PMP協議的主要功能是將局域網中的設備的私有IP地址和端口號映射到公網IP地址和端口號，使得公網可以對局域網的指定設備進行訪問。
二、NAT-PMP協議的工作原理
在局域網內，設備通過NAT-PMP協議向路由器請求建立端口映射，其基本的請求和響應消息格式如下：
請求消息： NAT-PMP報文類型（Request）：2 bytes 保留字段（Reserved）：2 bytes Mapping類型（Mapping Type）：2 bytes 內部端口號（Internal Port Number）：2 bytes 建立映射的期限（Lifetime）：4 bytes 響應消息： NAT-PMP報文類型（Response）：2 bytes 結果碼（Result Code）：2 bytes 外部端口號（External Port Number）：2 bytes 映射端口過期的時間（Mapping Duration）：4 bytes
當設備請求建立端口映射時，路由器會嘗試為這個請求分配一個公網IP地址和唯一的端口號，並在映射表中記錄該映射的外部端口號及其映射到的內部端口號、私有IP地址和持續時間（映射期限）。當外部設備要訪問局域網的某個設備時，只需要知道該設備在映射表中的外部端口號，並將請求發送到該端口即可。
三、NAT-PMP協議的實現
1. 在Python中實現NAT-PMP協議
import socket
NAT_PMP_PORT = 5351
NAT_PMP_MAPPING_LIFETIME = 3600
def create_nat_pmp_message(mapping_type, internal_port_number, external_port_number, lifetime):
"""創建NAT-PMP消息"""
msg_type = b'\x00\x02' # Request
reserved = b'\x00\x00'
mapping_type = mapping_type.to_bytes(2, byteorder='big')
internal_port_number = internal_port_number.to_bytes(2, byteorder='big')
lifetime = lifetime.to_bytes(4, byteorder='big')
return msg_type + reserved + mapping_type + internal_port_number + external_port_number + lifetime
def handle_nat_pmp_request(sock, data, client_address):
"""處理NAT-PMP請求"""
mapping_type, internal_port_number, requested_lifetime = parse_nat_pmp_message(data)
external_port_number = allocate_external_port_number(internal_port_number)
lifetime = min(requested_lifetime, NAT_PMP_MAPPING_LIFETIME)
response_message = create_nat_pmp_message(mapping_type, internal_port_number, external_port_number, lifetime)
send_nat_pmp_response(sock, response_message, client_address)
def allocate_external_port_number(internal_port_number):
"""為內部端口號分配外部端口號"""
return internal_port_number # 簡化實現，直接返回內部端口號
def send_nat_pmp_response(sock, data, client_address):
"""向客戶端發送NAT-PMP響應"""
sock.sendto(data, client_address)
def parse_nat_pmp_message(data):
"""解析NAT-PMP消息"""
msg_type = int.from_bytes(data[0:2], byteorder='big')
mapping_type = int.from_bytes(data[4:6], byteorder='big')
internal_port_number = int.from_bytes(data[6:8], byteorder='big')
requested_lifetime = int.from_bytes(data[8:12], byteorder='big')
return mapping_type, internal_port_number, requested_lifetime
def start_nat_pmp_server():
"""啟動NAT-PMP服務"""
sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
sock.bind(('0.0.0.0', NAT_PMP_PORT))
while True:
data, client_address = sock.recvfrom(1024)
handle_nat_pmp_request(sock, data, client_address)
if __name__ == '__main__':
start_nat_pmp_server()
上述Python代碼演示了如何創建和處理NAT-PMP請求消息，並為其分配一個外部端口號。在此簡化的實現中，直接返回內部端口號作為外部端口號，在實際應用中需要分配更加合適的端口號。同時，NAT-PMP映射的生命周期也需要進行更加靈活的控制。
2. 使用libnatpmp庫實現NAT-PMP協議
除了手動實現NAT-PMP協議，也可以使用現成的庫實現NAT-PMP協議。其中，《miniupnp》和《libnatpmp》是兩種比較常用的NAT-PMP庫。
使用《libnatpmp》實現NAT-PMP協議的示例代碼如下:
#include
#include
#include
#include
#include
#include "natpmp.h"
#include "getgateway.h"
#define LOCAL_ADDR "0.0.0.0"
#define NAT_PMP_PORT 5351
#define INTERNAL_PORT 22222
#define EXTERNAL_PORT 0
void print_info(struct sockaddr_in client) {
printf("IP address: %s\n", inet_ntoa(client.sin_addr));
printf("Port number: %d\n", (int) ntohs(client.sin_port));
}
void print_mapping(natpmp_t *natpmp) {
printf("mapping success. \n");
printf("protocol: %d\n", NATPMP_PROTOCOL_TCP);
printf("public address: %s\n", inet_ntoa(natpmp->external_ip_address));
printf("mapped public port: %d\n", ntohs(natpmp->external_port));
printf("mapped private port: %d\n", INTERNAL_PORT);
printf("port mapping lifetime: %u s\n", natpmp->port_mapping_lifetime);
}
void natpmp_callback(natpmp_t *natpmp, int success, natpmp_result_t *result) {
int err = NATPMP_TRYAGAIN;
if (success) {
print_mapping(natpmp);
err = NATPMP_ERR_UNDEFINED;
} else {
printf("failed to map port: %d\n", result->result_code);
}
natpmp_sendpublicaddressrequest(natpmp);
natpmp_sendportmappingrequest(natpmp, NATPMP_PROTOCOL_TCP, INTERNAL_PORT, EXTERNAL_PORT, NAT_PMP_MAPPING_LIFETIME);
printf("wait for the mapping result...\n");
}
int main() {
struct in_addr gw;
natpmp_t natpmp;
int sockfd = -1;
int ret = -1;
getdefaultgateway(&gw.s_addr, NULL, NULL);
printf("default gateway: %s\n", inet_ntoa(gw));
sockfd = natpmpinit(&natpmp, gw, NAT_PMP_PORT, LOCAL_ADDR);
if (sockfd < 0) {
printf("failed to init natpmp.\n");
return -1;
}
natpmp_registercallback(&natpmp, natpmp_callback);
natpmp_sendpublicaddressrequest(&natpmp);
natpmp_sendportmappingrequest(&natpmp, NATPMP_PROTOCOL_TCP, INTERNAL_PORT, EXTERNAL_PORT, NAT_PMP_MAPPING_LIFETIME);
printf("wait for the mapping result...\n");
while (1) {
fd_set fds;
struct timeval timeout;
FD_ZERO(&fds);
FD_SET(sockfd, &fds);
timeout.tv_sec = 1;
timeout.tv_usec = 0;
ret = select(sockfd+1, &fds, NULL, NULL, &timeout);
if (ret < 0) {
printf("failed to wait for the select result.\n");
break;
}
if (ret == 0) {
continue;
}
if (FD_ISSET(sockfd, &fds)) {
ret = natpmprecvresponse(&natpmp);
if (ret < 0) {
printf("failed to receive response.\n");
break;
}
}
}
return 0;
}
上述C代碼演示了如何使用《libnatpmp》庫實現NAT-PMP協議。其中，將本地IP地址和端口號和外部IP地址和端口號映射起來，並將映射消息發送到路由器。最後，等待路由器的響應。在此示例中，我們同時向路由器發送了查詢公網IP的請求。
四、NAT-PMP協議和UPnP的區別
NAT-PMP協議和UPnP（Universal Plug and Play）都是用來解決NAT的問題的協議，但他們存在一些差別。
首先，NAT-PMP只適用於路由器，而UPnP則可以適用於多種不同的設備。UPnP的實現過程很簡單，設備只需要發現網絡上的UPnP設備，並通過UPnP協議與它交互。因此，UPnP極大地降低了設備無法操作網絡服務的門檻。
其次，UPnP支持更多的協議，包括了DHCP（動態主機配置協議）、DNS（域名系統）、HTTP（超文本傳輸協議）等。而NAT-PMP只支持NAT端口映射。
最後，UPnP存在安全隱患。過去，網絡上曾經出現過一些未經授權的UPnP廣告傳送。攻擊者可以通過這樣的方式來進入網絡設備，而無需經過任何的身份驗證。
五、總結
NAT-PMP協議是一種適用於解決NAT端口映射的協議。我們可以通過手動實現或使用現成的庫來實現該協議。同時，我們需要注意NAT-PMP協議在功能和安全性方面的不足，可以使用其他協議如UPnP來補充其不足之處。
原創文章，作者：VBKM，如若轉載，請註明出處：https://www.506064.com/zh-hk/n/135990.html
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