STUN協議資料格式及抓包分析
最近做一個伺服器，在預先建立會話那塊，協議提到了一種穿越NAT/防火牆的方案——ICE（Interactive Connectivity Establishment）互動式連線。ICE是通過綜合運用STUN,TURN,RSIP等NAT穿透方式，使之能在最適合的情況下工作，以彌補單獨使用其中任何一種所帶來的固有缺陷。對於SIP來說，ICE只需要定義一些SDP(Sessionescription Protoc01)附加屬性即可，對於別的多媒體信令協議也需要制定一些相應的機制來實現。
ICE的演算法可以分為以下幾個流程：
(1)收集本地傳輸地址
會話者從伺服器上獲得主機上一個物理(或虛擬)介面繫結一個埠的本地傳輸地址。
(2)啟動STUN
與傳統的STUN不同，ICE使用者名稱和密碼可以通過信令協議進行交換。
(3)確定傳輸地址的優先順序
優先順序反映了UA在該地址上接收媒體流的優先級別，取值範圍0到1之間，按照被傳輸媒體流量來確定。
(4)構建初始化資訊(Initiate Message)
初始化訊息由一系列媒體流組成，每個媒體流的任意Peer之間實現最人連通可能性的傳輸地址是由公網L轉發伺服器(如TURN)提供的地址。
(5)響應處理
連通性檢查和執行ICE演算法中描述的地址收集過程。
(6)生成接受資訊(Accept Message)
若接受則傳送Accept訊息，其構造過程與InitiateMessage類似。
(7)接受資訊處理
接受過程需要發起者使用Send命令，由伺服器轉發至響應者。
(8)附加ICE過程
Initiate或Accept訊息交換過程結束後，雙方可能仍將繼續收集傳輸地址。
簡單的說，就是SIP終端在註冊時，訪問STUN伺服器，獲得NAT/防火牆的結構型別；當發起呼叫資訊(INVITE)或接收到呼叫資訊迴應(200 OK)之前根據NAT/防火牆型別通過訪問STUN伺服器進行對RTP進行地址收集(任非對稱性NAT/防火牆後需要收集NAT對映地址，在對稱性NAT/防火牆後還需要收集TURN地址)；然後在RTP的地址埠啟動接收執行緒RSTUN服務程式；最後傳送SIP訊息，收集的地址放列SDP訊息中的alt屬性中。
STUN（Simple Traversal of UDP over NATs，NAT 的UDP簡單穿越），首先在RFC3489中定義，作為一個完整的NAT穿透解決方案，英文全稱是Simple Traversal of UDP Through NATs，即簡單的用UDP穿透NAT。在新的RFC5389修訂中把STUN協議定位於為穿透NAT提供工具，而不是一個完整的解決方案，英文全稱是Session Traversal Utilities for NAT，即NAT會話穿透效用。RFC5389與RFC3489除了名稱變化外，最大的區別是支援TCP穿透。
TURN，首先在RFC5766中定義，英文全稱是Traversal Using Relays around NAT:Relay Extensions to Session Traversal Utilities for NAT，即使用中繼穿透NAT:STUN的擴充套件。簡單的說，TURN與STURN的共同點都是通過修改應用層中的私網地址達到NAT穿透的效果，異同點是TURN是通過兩方通訊的“中間人”方式實現穿透。一般來說，實在P2P通訊無法實現時，TURN就會派上用場。
STUN的報文結構為：
Ø 訊息頭
所有的STUN訊息都包含20個位元組的訊息頭，包括16位的訊息型別，16位的訊息長度和128位的事務ID。
位元組
0 1 2 3
|
訊息型別 |
訊息長度 |
|
事務ID |
|
訊息型別許可的值如下：
0x0001：捆綁請求
0x0101：捆綁響應
0x0111：捆綁錯誤響應
0x0002：共享私密請求
0x0102：共享私密響應
0x0112：共享私密錯誤響應
訊息長度，是訊息大小的位元組數，但不包括20位元組的頭部。
事務ID，128位的識別符號，用於隨機請求和響應，請求與其相應的所有響應具有相同的識別符號。
Ø 訊息屬性
訊息頭之後是0個或多個屬性，每個屬性進行TLV編碼，包括16位的屬性型別、16位的屬性長度和變長屬性值。
位元組
0 1 2 3
|
屬性型別 |
屬性長度 |
|
屬性值 |
|
|
…… |
|
屬性型別定義如下：
MAPPED-ADDRESS
MAPPED-ADDRESS屬性表示對映過的IP地址和埠。它包括8位的地址族，16位的埠號及長度固定的IP地址。
RESPONSE-ADDRESS
RESPONSE-ADDRESS屬性表示響應的目的地址
CHASNGE-REQUEST
客戶使用32位的CHANGE-REQUEST屬性來請求伺服器使用不同的地址或埠號來發送響應。
SOURCE-ADDRESS
SOURCE-ADDRESS屬性出現在捆綁響應中，它表示伺服器傳送響應的源IP地址和埠。
CHANGED-ADDRESS
如果捆綁請求的CHANGE-REQUEST屬性中的“改變IP”和“改變埠”標誌設定了，則CHANGED-ADDRESS屬性表示響應發出的IP地址和埠號。
USERNAME
USERNAME屬性用於訊息的完整性檢查，用於訊息完整性檢查中標識共享私密。USERNAME通常出現在共享私密響應中，與PASSWORD一起。當使用訊息完整性檢查時，可有選擇地出現在捆綁請求中。
PASSWORD
PASSWORD屬性用在共享私密響應中，與USERNAME一起。PASSWORD的值是變長的，用作共享私密，它的長度必須是4位元組的倍數，以保證屬性與邊界對齊。
MESSAGE-INTEGRITY
MESSAGE-INTEGRITY屬性包含STUN訊息的HMAC-SHA1，它可以出現在捆綁請求或捆綁響應中；MESSAGE-INTEGRITY屬性必須是任何STUN訊息的最後一個屬性。它的內容決定了HMAC輸入的Key值。
ERROR-CODE
ERROR-CODE屬性出現在捆綁錯誤響應或共享私密錯誤響應中。它的響應號數值範圍從100到699。
下面的響應號，與它們預設的原因語句一起，目前定義如下：
400（錯誤請求）：請求變形了。客戶在修改先前的嘗試前不應該重試該請求。
401（未授權）：捆綁請求沒有包含MESSAGE-INTERITY屬性。
420（未知屬性）：伺服器不認識請求中的強制屬性。
430（過期資格）：捆綁請求沒有包含MESSAGE-INTEGRITY屬性，但它使用過期
的共享私密。客戶應該獲得新的共享私密並再次重試。
431（完整性檢查失敗）：捆綁請求包含MESSAGE-INTEGRITY屬性，但HMAC驗
證失敗。這可能是潛在攻擊的表現，或者客戶端實現錯誤
432（丟失使用者名稱）：捆綁請求包含MESSAGE-INTEGRITY屬性，但沒有
USERNAME屬性。完整性檢查中兩項都必須存在。
433（使用TLS）：共享私密請求已經通過TLS（Transport Layer Security，即安全
傳輸層協議）傳送，但沒有在TLS上收到。
500（伺服器錯誤）：伺服器遇到臨時錯誤，客戶應該再次嘗試。
600（全域性失敗）：伺服器拒絕完成請求，客戶不應該重試。
UNKNOWN-ATTRIBUTES
UNKNOWN-ATTRIBUTES屬性只存在於其ERROR-CODE屬性中的響應號為420的捆綁錯誤響應或共享私密錯誤響應中。
REFLECTED-FROM
REFLECTED-FROM屬性只存在於其對應的捆綁請求包含RESPONSE-ADDRESS屬性的捆綁響應中。屬性包含請求發出的源IP地址，它的目的是提供跟蹤能力，這樣STUN就不能被用作DOS攻擊的反射器。
屬性空間分為可選部分與強制部分，值超過0x7fff的屬性是可選的，即客戶或伺服器即使不認識該屬性也能夠處理該訊息；值小於或等於0x7fff的屬性是強制理解的，即除非理解該屬性，否則客戶或伺服器就不能處理該訊息。
現在在公網上有很多可以直接使用的STUN伺服器，比如我在測試時使用的STUN伺服器的IP為：77.72.169.211，埠為3478，以下為測試的其中事務ID部分直接填寫為了全0，傳送的資料如圖所示，其中，傳送的環境為windows 10環境，傳送埠為50000埠：
測試抓包截圖如圖所示：
其中，在第三個伺服器上同時抓包，目的就是驗證STUN伺服器傳送給我的資料是否是正確的。
從本機發送到STUN伺服器上的資料如圖所示：
從STUN伺服器返回到本機的資料如圖所示：
在第三個伺服器上抓取得到的資料包如圖所示：
傳送的源IP和源埠如圖所示：
可見，本機的公網經過NAT對映後的IP和埠和STUN伺服器返回的IP和埠資料保持一致。
當然，網上也有資料顯示，如果一段時間經過NAT對映後的IP和埠沒有被使用，那麼NAT會回收相關的資源。所以這就要求在NAT後的終端定時和STUN伺服器保持通訊，防止NAT回收相關資源導致在後面的業務之中出現了錯誤。
結論：在一些種類的NAT下，STUN是一種穿透NAT的有效手段。