穿越NAT的SDWAN技术实现（中）

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书接上文，我们继续来说说NAT在SDWAN中的技术实现。

STUN报文结构

STUN基于UDP传输协议报文，协议报文的封装格式如下图所示。

图STUN报文结构

如下图所示，STUN消息（STUN Message）包括STUN消息头和STUN消息属性两部分。STUN消息头的长度为20字节，后面跟着零个或多个属性。

图STUN消息结构

STUN消息头包含如下字段：

STUN Message Type：STUN消息类型，长度为14比特。当前仅支持STUN捆绑请求和STUN捆绑响应两种类型的消息。

Message Length：STUN消息长度，长度为16比特（不包括消息头长度）。

Magic Cookie：魔术字，长度为32比特。魔术字包含固定值0x2112A442，用于STUN服务器检测STUN客户端是否可以识别特定属性。此外，当STUN与其他协议使用相同的端口号时，通过魔术字可以将STUN和其他协议区分开。

Transaction ID：事务ID，长度为96比特，用于唯一标识一次STUN探测。事务ID由STUN客户端来选择。在一次STUN探测中，STUN服务器收到STUN客户端发送的STUN捆绑请求消息后，回复的STUN捆绑响应消息的事务ID与STUN捆绑请求消息的事务ID相同。同时，STUN服务器根据事务ID来唯一标识STUN客户端的不同探测请求。

STUN消息属性采用TLV（Type/Length/Value，类型/长度/值）格式，结构如图所示。其中，Type和Length字段的长度均为16比特，Value字段的长度可变。

图STUN消息属性结构

常见的STUN消息属性包括如下几种：

CHANGE-REQUEST：捆绑请求中携带的消息属性，STUN客户端使用此属性来请求STUN服务器改变发送捆绑响应报文的IP地址、端口号。

MAPPED-ADDRESS：捆绑响应中携带的消息属性，表示经过地址转换后的STUN客户端的IP地址和端口。

XOR-MAPPED-ADDRESS：捆绑响应中携带的消息属性，表示经过地址转换后的STUN客户端的IP地址和端口。与MAPPED-ADDRESS不同的是，XOR-MAPPED-ADDRESS属性中携带的IP地址经过了异或（XOR）处理。

RESPONSE-ORIGIN：捆绑响应中携带的消息属性，表示STUN服务器发送数据的IP地址和端口。

OTHER-ADDRESS：捆绑响应中携带的消息属性，表示STUN服务器的另一个IP地址和端口号。假设STUN服务器的IP地址为Y1，替代IP地址为Y2，端口号为YP1，替代端口号为YP2。Da表示STUN客户端发送捆绑请求的目的IP地址，Dp表示STUN客户端发送捆绑请求的目的端口号。如果Da为Y1，那么OTHER-ADDRESS中的IP地址为Y2；如果Da为Y2，那么OTHER-ADDRESS中的IP地址为Y1。如果Dp为YP1，那么OTHER-ADDRESS中的端口号为YP2；如果Dp为YP2，那么OTHER-ADDRESS中的端口号为YP1。当STUN客户端要求STUN服务器使用不同的IP地址发送捆绑响应时，如果Da为Y1，则捆绑响应报文OTHER-ADDRESS中的IP地址为Y2；如果Da为Y2，则OTHER-ADDRESS中的IP地址为Y1。类似地，当STUN客户端要求STUN服务器使用不同的端口号发送捆绑响应时，如果Dp为YP1，那么OTHER-ADDRESS中的端口号为YP2；如果Dp为YP2，那么OTHER-ADDRESS中的端口号为YP1。

STUN工作机制

STUN客户端通过和STUN服务器交互STUN协议报文，探测网络中NAT设备上的NAT映射的类型和NAT过滤的方式，并根据探测结果判断NAT类型。

1.NAT映射类型探测

假设STUN服务器进行STUN探测使用的IP地址为Y1、Y2，端口号为YP1、YP2。STUN客户端的IP地址和端口号为（X，XP）。STUN进行NAT映射探测的流程如下图所示，具体步骤为：

(1)STUN客户端以Endpoint（X，XP）为源地址和源端口向STUN服务器的外网Endpoint（Y1，YP1）发送捆绑请求。STUN服务器使用Endpoint（Y1，YP1）给STUN客户端发送捆绑响应，响应内容包括：STUN客户端经过NAT映射后的外网Endpoint（X1，XP1），以及STUN服务器的另一个外网Endpoint（Y2，YP2）。

(2)STUN客户端收到STUN服务器发送的捆绑响应报文后，判断NAT映射后的Endpoint（X1，XP1）是否与内网Endpoint（X，XP）相同：

a. 如果Endpoint（X1，XP1）与Endpoint（X，XP）相同，则SUTN客户端认为不存在NAT映射。

b. 如果Endpoint（X1，XP1）与Endpoint（X，XP）不同，则STUN客户端使用第(3)步进行探测。

(3)STUN客户端以Endpoint（X，XP）向STUN服务器的外网Endpoint（Y2，YP1）发送捆绑请求。STUN服务器使用Endpoint（Y2，YP1）向STUN客户端发送捆绑响应，响应内容包括：STUN客户端经过NAT映射后的外网Endpoint（X2，XP2）。

(4)STUN客户端收到STUN服务器发送的捆绑响应报文后，判断NAT映射后的Endpoint（X2，XP2）是否与第(1)步中NAT映射后的Endpoint（X1，XP1）相同：

a. 如果Endpoint（X2，XP2）与Endpoint（X1，XP1）相同，则STUN客户认为NAT映射类型为EIM。

b. 如果Endpoint（X2，XP2）与Endpoint（X1，XP1）不同，则STUN客户端使用第(5)步进行探测。

(5)STUN客户端以Endpoint（X，XP）向STUN服务器的外网Endpoint（Y2，YP2）发送捆绑请求。STUN服务器使用Endpoint（Y2，YP2）向STUN客户端发送捆绑响应，响应内容包括：STUN客户端经过NAT映射后的外网Endpoint（X3，XP3）。

(6)STUN客户端收到STUN服务器发送的捆绑响应报文后，判断NAT映射后的Endpoint（X3，XP3）是否与第(3)步中NAT映射后的Endpoint（X2，XP2）相同：

a. 如果Endpoint（X3，XP3）与Endpoint（X2，XP2）相同，则STUN客户认为NAT映射类型为ADM。

b. 如果Endpoint（X3，XP3）与Endpoint（X2，XP2）不同，则STUN客户认为NAT映射类型为APDM。

NAT映射类型探测流程图

2.NAT过滤方式探测

假设STUN服务器的IP地址为Y1，替代IP地址为Y2，端口号为YP1，替代端口号为YP2。STUN客户端的IP地址和端口号为（X，XP）。STUN进行NAT映射探测的流程如下图所示，具体步骤为：

(1)STUN客户端以Endpoint（X，XP）为源地址和源端口向STUN服务器的外网Endpoint（Y1，YP1）发送捆绑请求，请求报文中携带CHANGE-REQUEST属性，要求STUN服务器改变IP地址和端口号来发送捆绑响应。STUN服务器使用Endpoint（Y2，YP2）向STUN客户端发送捆绑响应。

(2)STUN客户端根据是否能收到响应报文进行如下判断：

a. 如果STUN客户端收到了捆绑响应报文，则STUN客户端认为NAT过滤类型为EIF。

b. 如果STUN客户端未收到捆绑响应报文，则STUN客户端使用第(3)步进行探测。

(3)STUN客户端以Endpoint（X，XP）向STUN服务器的外网Endpoint（Y1，YP1）发送捆绑请求，请求报文中携带CHANGE-REQUEST属性，要求STUN服务器改变端口号来发送捆绑响应。STUN服务器使用Endpoint（Y1，YP2）给STUN客户端发送捆绑响应。

(4)STUN客户端根据是否能收到响应报文进行如下判断：

a. 如果STUN客户端收到了捆绑响应报文，则STUN客户端认为NAT过滤类型为ADF。

b. 如果STUN客户端未收到捆绑响应报文，则STUN客户端认为NAT过滤类型为APDF。

图NAT过滤方式探测流程图

STUN客户端重传机制

STUN基于UDP传输协议报文，STUN协议报文有可能在传输过程中被丢弃。通过STUN客户端的重传机制可以提高STUN协议报文传输的可靠性。具体机制如下：

(1)STUN客户端发送捆绑请求报文后，如果在一定时间没有收到捆绑响应报文，STUN客户端会以一定的时间间隔重传捆绑请求报文。

(2) 当STUN客户端收到捆绑响应报文，或者STUN报文的重传次数达到最大，STUN客户端将停止重传。

(3) 如果STUN客户端重传STUN报文的次数达到最大后，还未收到捆绑响应报文，则STUN客户端认为捆绑请求报文传输失败，无法进行STUN探测。

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审核编辑 黄昊宇