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深入理解UPnP工作原理和使用方法

有很多朋友问我内网鸽子上线时用UPNP 为什么上不了线，可是别人又能。看了这文章号不用在问了
一 UPNP的概念
UPnP 范围广泛，原因是它面向的是家庭网络、临近网络及小型企业和商住楼中的网络。在网络控制设备的管理下，它支持任何两个设备之间的数据通讯。UPnP 不依赖于特定的操作系统、编程语言或物理媒体。UPnP 支持零配置网络及自动查找功能，这样以来，设备即可动态加入网络，获取 IP 地址，宣布自己的名称，根据需要提供功能，并了解其它设备的存在和功能。DHCP 和 DNS 服务器为可选项。只要在网络上可用，即可加以使用。此外，设备还可自动平稳地脱离网络，而不会遗留任何不必要的状态。UPnP 汲取了 Internet 的成功之处并继承了它的组件，包括 IP、TCP、UDP、HTTP 及 XML。UPnP 中涉及了多供应商之间的协作，旨在建立标准的设备控制协议 (DCP)。与 Internet 类似，这些协议以公告式线协议为基础，表示为 XML 形式，且通过 HTTP 进行通讯。
以下是BC官方网站对UPnP的解释：UPnP（Universal Plug and Play），通用即插即用，是一组协议的统称，不能简单理解为UPnP=“自动端口映射”。
在BitComet下载中，UPnP包含了2层意思：
1、对于一台内网电脑，BitComet的UPnP功能可以使网关或路由器的NAT模块做自动端口映射，将BitComet监听的端口从网关或路由器映射到内网电脑上。
2、网关或路由器的网络防火墙模块开始对Internet上其他电脑开放这个端口。对于一般的使用者来讲，简单的把UPnP理解为自动端口映射就可以了。它就是一种基于TCP/IP协议的，针对设备彼此间的通讯而制订的新的Internet协议，目的就是希望未来所有联入Internet中的设备能够不受网关阻碍的相互通信。
二 UPNP的应用范围
1、只有在需要使用一些支持UPnP功能的P2P软件的时候，如BT、电骡eMule、MSN等，我们才需要考虑UPnP这个东东。如果你根本就不用这些软件，仅仅是上网浏览的话，下文就没必要看了；
2、如果你需要使用这些P2P软件，但你是外网用户，那么下文也可以不看了，因为你不需要做什么UPnP就可以正常使用这些P2P软件了；
至于如何判断自己是内网用户还是外网用户，可以参考下面：
- -关于宽带用户是内网还是外网之完全解析- -
3、如果你是内网用户，但你已经手动为这些P2P软件进行了端口映射，如在使用BC下载时，在“用户列表”中已经看到“远程”，或者是使用电骡eMule连接服务器成功后，已经显示为高ID，那么下文也可以不看了。
但需要注意的是，手动做的端口映射只是针对某个P2P软件起作用，如果再使用新的P2P软件的话，仍然需要针对新的P2P软件做相应的端口映射才可以；
如何手动进行端口映射的方法可参考下面：
4、如果你是内网用户，需要使用这些P2P软件，而且并未进行手动端口映射，比如在使用BC进行下载时,“用户列表”中只有“本地”而没有“远程”，在使用电骡eMule的时候，显示的也是低ID，那么此时我们才需要考虑端口映射的问题！
这时我们可以有两种选择：
1、进行手动端口映射，方法参见上面第3点的链接文章；
2、打开UPnP功能，进行自动端口映射，也就是我们下面所讲的内容；
三实现UPnP必须满足哪些条件：

1、Modem必须支持UPnP功能：是否具备此功能可查阅说明书或者直接咨询厂家。一般来讲，Modem还必须同时支持路由功能，除非你配备了单独的路由器；
2、操作系统的支持：文章开头提到的那篇介绍UPnP的文章中，提到只有windows xp系统才支持UPnP功能，但微软的官方网站声称从Windows Me开始就已经支持UPnP功能了。但Windows Me这个操作系统我也没有用过，大家可以自行测试；
3、软件必须支持UPnP功能：如BC、电骡eMule、MSN等软件都支持UPnP功能；
注意：以上3个条件必须同时满足，缺一不可，否则你只能考虑进行手动端口映射了；

四、UPNP使用方法

如果已经满足了上述的3个条件，那么我们就一步一步的讲解一下到底如何才能打开UPnP功能；
1、在Modem中打开UPnP功能，如图：

不同型号的Modem设置界面和方法略有不同，如有些是在下拉菜单中选择Enable，但基本的原理都是一样的；
有些文章提到，此时要把所有桥接的eoa连接都删除掉，其实不需要。因为目前只有你的PPPOE连接是有效的，其它的几个eoa所对应的VPI和VCI根本就是无效的，所以没有必要删除。但是否有些型号的Modem会比较特殊也很难讲，因此建议此时暂不删除，把全部设置进行完后，如果还是没有打开UPnP，再尝试把eoa删除掉；当然，设置完后，一定要保存并重启Modem；
2、在操作系统中打开UPnP功能：
如果你使用的是XP SP2系统，则首先进入：控制面板－>添加或删除程序－>添加/删除windows组件中，在“网络服务”中勾选“UPnP用户界面”，如图：

确定后，系统会自动安装相应的组件，可能会提示你插入安装光盘，总之按照提示操作完成即可；
接着打开Windows自带的防火墙，在“例外”选项卡中勾选“UPnP框架”，如图：

其实有个更加简单的方法可以同时完成以上两步：双击桌面上的网上邻居（注意是鼠标左键双击，不是右键查看属性），然后点击“显示联网的UPnP设备的图标”，系统会自动安装UPnP组件以及在防火墙中打开UPnP框架，实际上就是一次性完成上面两步的工作；

如果你使用的是XP SP1系统，那么在“windows组件”中显示的是“通用即插即用”，而不是“UPnP用户界面”，选择此项即可，如下图：

而且XP SP1系统的防火墙并没有UPnP框架的选项，需要手动进行端口添加，另一教程对此做了阐述，现引用过来：【请在防火墙设置中，点“高级”，然后自行添加如下两个端口：TCP端口类型，端口号为：2869，UDP端口类型，端口号为：1900 。由于你使用了NAT网关，所以你应该设置的是您连接到该网关的网卡的防火墙。而且网关内部均为内网，所以开启这两个端口，不会对系统造成安全隐患（除非你的NAT网关被绕过，否则外部连接无法检测到该端口）。】以上的防火墙设置只是针对windows自带的防火墙，如果你安装了其它的防火墙，必须在该防火墙中打开UPnP框架；
3、在windows中打开相应的UPnP服务：
进入“控制面板－>管理工具－>服务”，找到SSDP Discovery Service和Universal Plug and Play Device Host两项服务，如图：

右击相应的服务项，选择属性，启动这两项服务，如图:

做完以上工作后，如果操作正确，我们就可以在“网络连接”中看到多了一项网关，这表明添加UPnP已经成功，如图：

4、打开P2P软件中的UPnP功能：以BC和电骡eMule为例，相应的设置选项分别如图：

到此为止，UPNP配置结束。
以BC为例，成功添加UPnP功能后，在“全局日志”中我们会看到类似下面的几行：
Windows XP UPnP Status: Found WAN Connection Device[Linksys Inc.]
[http://www.linksys.com/]
Windows XP UPnP Status: WAN IP: 218.30.*.*
Windows XP UPnP Status:
Port Mapping Existed!
我们用BC进行下载，如果用户列表中有“远程”，或者用电骡eMule连接服务器后显示为高ID，那么就大功告成了！如图

五 UPNP工作原理
1 UPNP的协议
1.1 UPnP是一个多层协议构成的框架体系，每一层都以相邻的下层为基础，同时又是相邻上层的基础。直至达到应用层为止。该图中的最下面是就是IP和TCP，共两层，负责设备的IP地址。
　　1.2 三层是HTTP、HTTPU、HTTPMU，这一层，大家应当是熟悉的，属于传送协议层。传送的是内容都经过“封装”后，存放在特定的XML文件中的。对应的SSDP、GENA、SOAP指的是保存在XML文件中的数据格式。到这一层，已经解决了UPnP设备的IP地址和传送信息问题。
　　1.3 第四层是UPnP设备体系定义，仅仅是一个抽象的、公用的设备模型。任何UPnP设备都必须使用这一层。
　　1.4 第五层是UPnP论坛的各个专业委员会的设备定义层，
1. 5 最上层，也就是应用层，由UPnP设备制造厂商定义的部分。这一层的信息是由设备制造厂商来“填充”
的，这部分一般有设备厂商提供的、对设备控制和操作的底层代码，然后，就是名称序列号呀，厂商信息之类的东西。
2 协议内部的详细情况
　　仅仅有这样五层UPnP协议，也只不过有了一个共同遵守的框架，实际的UPnP系统究竟是如何构成的呢？
　　完整的UPnP服务系统由支持UPnP的网络和符合UPnP规范的设备共同构成的。
　　整个系统是由设备、服务、和控制指针三部分所构成。
　　设备：这里是指符合UPnP规范的设备。一个UPnP设备可以看成一个包含服务并嵌套了常规设备的“容器”
。例如，一个UPnP的VCR（录像机）设备可以包含磁带传送服务、调谐服务和时钟服务。就是说，UPnP之下的设备不能仅仅理解为硬件意义上的设备，而应当包括服务功能。
　　不同种类的UPnP设备将关联不同的设置、服务和嵌入设备。如打印机和VCR属于不同用途的设备，服务就不可能定义成一样的。
　　服务：设备执行用户请求的控制过程，可划分成一个个很小的阶段或单位，每个单位就称为一个服务。每一个服务，对外都表现为具体的行为和模式，而行为和模式又可以用状态和变量值进行描述。只要可以用数值描述，在计算机里面就容易处理了。例如，模仿一个时钟，它只有一个工作模式：这个模式就是模拟并显示当前的时间。而一个时钟的行为共有两种（也只有两种）：
　　2.1 设置时间（用来“即平时说的对表”）.
　　2. 2 得到时间（用于显示时间）。
　　其它设备服务，也是用这样思路来描述和定义的，一个设备也可以被定义多个服务。不论是设备的定义信息和服务的描述信息，都保存在一个XML文件中，这个文件也是UPnP协议构成的一部分。当设备建立和使用服务的时候，XML文件可以与它们进行关联。XML文件中还有一个很关键的“状态表”，状态表可进一步分为“服务状态表”和“事件状态表”。整个UPnP设备运行的全过程内，状态表贯穿始终，当设备状态改变的时候，例如发生参数变化或状态刷新的时候，立即就在“状态表”中反映出来。如控制服务器在接收到设置时间的行为请求时，就立即执行请求（对时操作），并给出响应，同时更新状态表中的有关数据。相应地，事件服务器负责向对此事件感兴趣的设备公布所发生的状态改变。例如，一个火灾事件发生后，事件服务器就向火灾报警器发布这个事件，导致报警器动作产生报警信号。
控制指针：
　　在UPnP网络中，用户请求设备执行的控制是通过控制指针实现的，控制指针首先是一个有能力控制别的设备的控制者，还要具有在网络中
“发现”控制目标的能力。在发现（控制目标）之后，控制指针应当：
　　①取得设备的描述信息并得到所关联的服务列表。
　　②取得相关服务的描述。
　　③调用控制服务行为。
　　④确定服务的事件 “源”，不论何时，只要服务状态发生改变，事件服务器会立即向控制指针发送一个事件信息。
　　从上面说到的各种信息，都保存在XML文件中，不同用途的信息，格式不同。保证可以各取所需，不会混淆。
　　那么，UPnP的完整工作过程是怎样的呢？
　　UPnP在控制指针和被控制设备之间提供通讯功能。而网络介质、TCP/IP协议、HTTP仅提供基本的连接和IP地址分配。整个工作过程需要处理六个方面的内容，即地址分配、发现设备、对设备的描述、设备控制、设备事件、设备表达。
　　地址问题：
　　地址是整个UPnP系统工作的基础条件，每个设备都应当是DHCP（Dynamic
Host Configuration Protocol
动态主机配置协议）的客户。当设备首次与网络建立连接后，利用DHCP服务，使设备得到一个IP地址。这个IP地址可以是DHCP系统指定的，也可以是由设备选择的，当然，有能力自己选择IP地址的设备，必然是那些“聪明”的设备才行！这也就是所谓的“自动”IP地址。如果遇到本地DHCP管理范围之外的IP地址请求，还需要解决“友好设备”的地址分配问题，这个问题通常由域名服务器来解决。
　　发现设备：
　　可分成两种情况，一种是在有控制请求之后，在当前的网络中查找有无对应的可用设备；另一种情况是某一设备接入网络、取得IP地址之后，就开始向网络“广播”自己已经进入网络，即寻找控制请求。
　　设备的描述：
　　简单说，这是声明“自己”是什么样的设备，例如名称、制造厂商、序列号码等等。刚开始“发现”设备后，控制指针对这个设备的“了解”还很少，需要依据ULR找到该设备的描述文件，从这些文件中读取更多的描述信息。描述信息的范围很广，一般都是由设备的制造厂商提供的。主要的描述项目有：控制的模式名称和模式号码、设备序列号、制造厂商名称、厂商的WEB的ULR……等等。这些一般都存放在特定的XML文件中；
设备控制：
　　控制指针找到设备描述之后，会从描述中“提炼”出要进行的操作并获悉所有的服务；对每个UPnP设备来说，这些描述必须是很确切、很详细的，描述中可能包含有命令或行为列表、服务响应信息、用到的参数等等。对于服务的每个行为，也伴有描述信息：主要是整个服务进行期间的变量、变量的数据类型、可用的取值范围和事件的特征。
　　要控制某个设备，控制指针必须先发送一个控制行为请求，要求设备开始服务，然后再按设备的ULR发送相应的控制消息，控制消息就是放置在XML文件中的那些SOAP格式的信息。最后，服务会返回响应信息，指出服务是成功或是失败。
　　设备事件：
　　在服务进行的整个时间内，只要变量值发生了变化或者模式的状态发生了改变，就产生了一个事件，系统将修改上述提到的事件列表的内容。随之，事件服务器把事件向整个网络进行广播。另一方面，控制指针也可以事先向事件服务器预约事件信息，保证将该控制指针感兴趣的事件及时准确地传送过来。
　　广播或预约事件，传送的都是事件消息，事件消息也放在XML文件中，使用的格式是GENA。
　　设备投入工作之前的准备───初始化过程，也是一个事件，初始化需要的各种信息也是用事件消息传送的。包括的内容主要是：变量初始值，模式的初始状态等等。
　　设备表达：
　　只要得到了设备的ULR，就可以取得该设备表达页面的ULR，然后可以将此表达纳入用户的本地浏览器上。这部分还包括与用户对话的界面，以及与用户进行会话的处理。
　　整个UPnP系统，是在“中枢神经”的指挥下协同工作的。其大致情形如下：
　　凡是具备IP地址的的设备都必须直接使用网络的IP地址，但有些设备可能并不具备直接使用网络IP地址的能力，例如，电灯开关的控制就是这样，这是非IP设备；非IP设备通过网桥（UPnP
Bridge）来与控制指针交换信息。
　　直接使用IP地址的有：控制指针（可在口袋电脑和远程设备上发出控制）、本地设备，例如VCR和时钟；以及网桥。非IP设备有所谓轻设备（如温度控制器）和非UPnP的设备（如电灯控制开关等）。
上述介绍属于硬件方面，下面再说作为控制灵魂的软件：
　　在上面的叙述中，多次提到用XML文件存放需要的信息，因为无论是控制指针或设备服务，都需要很多信息，有读出的，有传出的，UPnP协议约定这些都存放在特定的文件XML中。用途不同的信息，在XML文件中的格式不同。所以，相关的XML文件是控制服务的灵魂。
四、关于UPnP隐藏的安全缺缺陷：
　　这次发现的安全缺陷共有两个，其中第一个缺陷是对缓冲区（Buffer）的使用没有进行检查和限制。外部的攻击者，可以通过这里取得整个系统的控制特权！由于UPnp功能必须使用计算机的端口来进行工作，取得控制权的攻击者，还有可能利用这些端口，达到攻击者的目的。这个缺陷导致的后果很严重，不论那个版本的windows 系统，只要运行UPnP，就都存在这个危险！但严格地说，这并不完全是UPnP技术本身的问题，更多的是程序设计的疏忽。
　　第二个缺陷就与UPnP的工作机理有关系了！
　　该缺陷存在于UPnP工作时的“设备发现”阶段。发现设备可以分为两种情况：如果某个具备UPnP功能的计算机引导成功并连接到网络上，就会立刻向网络发出“广播”，向网络上的UPnP设备通知自己已经准备就绪，在程序设计这一级别上看，该广播内容就是一个M-SEARCH（消息）指示。该广播将被“声音所及”范围之内的所有设备所“听到”。并向该计算机反馈自己的有关信息，以备随后进行控制之用。
　　相类似，如果某个设备刚刚连接到网络上，也会向网络发出“通知”，表示自己准备就绪，可以接受来自网络的控制，在程序设计这一级别上看，该通知就是一个NOTIFY（消息）指示。也将被“声音所及”范围之内的所有计算机接受。计算机将 “感知”该设备已经向自己“报到”。实际上，NOTIFY（消息）指示也不是单单发送给计算机听的，别的网络设备也可以听到。
　　就是在上述的一播一听之间，出现了问题！
　　如果某个黑客向某个用户系统发送一个NOTIFY（消息）指示，该用户系统就会收到这个NOTIFY（消息）指示并在其指示下，连接到一个特定服务器上，接着向相应的服务器请求下载服务───下载将要执行的服务内容。服务器当然会响应这个请求。UPnP服务系统将解释这个设备的描述部分，请求发送更多的文件，服务器又需要响应这些请求。这样，就构成一个“请求──响应”的循环，大量占用系统资源，造成UPnP系统服务速度变慢甚至停止。所以，这个缺陷将导致“拒绝服务”攻击称为可能！
　　结束语
　　UpnP正在向我们一步步走近，现在已经是足声可闻了。不久的将来，必然对我们的工作和生活产生巨大影响。也蕴含着无限商机。尽管现在存在问题，也难保以后就不会再出现新的问题，但这既然体现了人的需求意向，就会有巨大的生命力，暂时的挫折不会使得它停下前进的脚步！
附：这是本文出现的相关名词解释：
　　传送协议：
　　主要用HTTP 、HTTPU和HTTPMU：
　　HTTP：
　　这是大名鼎鼎的东西，不用多说，但就UPnP系统来说，HTTP及其派生协议都属于核心部分。
　　HTTPU和HTTPMU：
　　这些都是从HTTP协议中派生定义出来的。主要用于传送SSDP格式的设备消息。
　　SSDP：
　是一个“简单服务发现协议” ，即英文“Simple Service Discovery Protocol的缩写” , 该协议定义了如何在网络上发现网络服务的方法。SSDP也规定了存放在XML文件中的信息格式。SSDP信息的传送是依靠HTTPU和HTTPMU进行的。不论是控制指针，或是UPnP设备，工作中都必然用到SSDP，设备接入网络之后，要利用它向网络广播自己的存在（广播的信息中还有设备位置的描述），以便尽快与对应的控制指针建立联系；控制指针则利用SSDP来搜索自己将要控制的设备在哪里？并且可以排除已经存在的设备和控制指针──只为新近的或尚未“联络”上的双方服务。控制指针利用SSDP的方式是经由HTTPU发出搜索请求，这种请求可以很详细，能具体到需要什么样的设备以及何种服务。例如：请求对特定的VCR机进行设置时钟的服务。设备利用SSDP的方式是“收听”来自网络端口的消息，从中发现与自己匹配的信息，一旦找到与自己匹配的信息，经由HTTPMU来发送一个响应信息到控制指针。
　　GENA：
　　这是事件消息采用格式，是所谓“普通时间通知体系Generic Event Notification Architecture”的缩写。关于事件消息，在上面已经有介绍。
　　SOAP：
　　即简单对象访问协议，实际就是通过该协议传递控制消息并返回设备对消息的响应结果。它利用XML和HTTP进行远程调用。使用防火墙或别的网络安全措施不会影响SOAP的使用。
　　每个UPnP控制请求都可作为一个SOAP控制消息，控制消息中还包含有控制行为描述和所用到的参数。

``````````````````` 看完这里我相信那些配置灰鸽子内网上线用UPNP软件的在也不会有什么问题了吧

发布日期：2019/11/24

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