WebRTC（四）：STUN协议
STUN（Session Traversal Utilities for NAT）协议是一个 网络穿透协议，主要用于在 NAT（网络地址转换） 环境中帮助终端获取自己的公网地址和 NAT 类型，以便进行 P2P通信。STUN 是 WebRTC、VoIP、SIP 等技术的核心组件之一。
本质作用
帮助客户端知道自己“在外部世界”的 IP 和端口
大多数终端处于 NAT 后面，无法直接建立 P2P 通信。STUN 协议通过与 STUN 服务器交互，帮助客户端获取 NAT 分配的公网 IP 和端口。
应用场景
- WebRTC 进行 P2P 建连前，确定 NAT 类型、公网地址
- SIP 电话通信、视频会议
- VoIP 和即时通信软件
- TURN 和 ICE 的基础协议组件
基本流程
概述
Client（NAT内） ←→ STUN Server（公网）1. 客户端发送 STUN Binding Request（UDP）
2. STUN 服务器接收后，记录源 IP+端口
3. 服务器将记录到的外部地址封装进 Binding Response 返回客户端
4. 客户端分析返回结果，得到自己 NAT 后的公网 IP:Port
客户端发送 Binding Request
客户端通过 UDP 向 STUN 服务器发送一个 Binding Request 报文，内容包括：
- 报文类型：0x0001（Binding Request）
- Transaction ID：客户端生成的随机 96 位值
- 可选属性：Username、Message-Integrity 等（用于验证）
客户端 NAT 私网地址（如 192.168.1.100:6000）↓UDP → STUN Server
NAT 转换地址
在报文到达 STUN 服务器前：
- NAT 把源地址从：
192.168.1.100:6000改写为203.0.113.88:45000（公网地址+端口）
STUN 服务器处理
STUN Server 接收到请求后：
- 读取 UDP 包的 源 IP 和源端口（即 NAT 映射后的公网地址）
- 构造一个
Binding Response报文- 包含
MAPPED-ADDRESS或XOR-MAPPED-ADDRESS字段 - 把该 IP:Port 回传给客户端
- 包含
客户端收到响应
客户端接收到 Binding Response，提取出 MAPPED-ADDRESS 字段：
Your public IP is: 203.0.113.88:45000
这就是客户端 在 NAT 后被映射的公网地址，可用于其他 P2P 连接（如 ICE Candidate）。
流程图（简化）
[客户端]|| Binding Requestv
[NAT设备]（修改源IP）|| UDP Packet with NAT-IP:Portv
[STUN Server]|| Binding Response（包含映射后的公网地址）v
[NAT设备]|v
[客户端] ← 得知自己 NAT 后公网地址
探测NAT类型
通过对多个地址的响应判断 NAT 类型：
| 测试序列 | 服务器行为 | 判断结果 |
|---|---|---|
| Test I | 原地址回复 | 无 NAT 或 Full Cone NAT |
| Test II | 更换 IP 回复 | Symmetric NAT |
| Test III | 同 IP 不同端口 | Port Restricted NAT |
关键字段说明
| 字段 | 说明 |
|---|---|
| MAPPED-ADDRESS | 客户端的公网地址（直接暴露） |
| XOR-MAPPED-ADDRESS | 避免中间人伪造，更安全的地址返回方式 |
| MESSAGE-INTEGRITY | 对报文做 HMAC-SHA1 签名 |
| FINGERPRINT | 对整个包 CRC32 校验 |
报文结构
STUN 报文由以下字段组成：
报文头部（20字节）
| 字段 | 长度 | 说明 |
|---|---|---|
| Message Type | 2 字节 | 报文类型（如 Binding Request） |
| Message Length | 2 字节 | 后续数据的长度 |
| Magic Cookie | 4 字节 | 固定为 0x2112A442（用于识别STUN） |
| Transaction ID | 12字节 | 随机 ID，客户端生成，用于匹配请求响应 |
报文类型（Message Type）
| 类型名称 | 值（16位） |
|---|---|
| Binding Request | 0x0001 |
| Binding Response | 0x0101 |
| Binding Error Response | 0x0111 |
| Shared Secret Request | 0x0002 |
Attribute 区域（可选）
- STUN 报文可带属性（Attribute）字段，类似 TLV 格式。
常见属性：
| 属性名 | 类型 | 说明 |
|---|---|---|
| MAPPED-ADDRESS | 0x0001 | STUN 服务器看到的外部地址 |
| XOR-MAPPED-ADDRESS | 0x0020 | 安全性更高，避免中间人攻击 |
| USERNAME | 0x0006 | 用户认证 |
| MESSAGE-INTEGRITY | 0x0008 | 消息完整性校验（HMAC） |
| ERROR-CODE | 0x0009 | 错误信息 |
| FINGERPRINT | 0x8028 | CRC32 校验 |
示例
[Message Type: 0x0001]
[Message Length: N]
[Magic Cookie: 0x2112A442]
[Transaction ID: 96bit 随机值]
[Attributes...]
安全机制
- 使用 MESSAGE-INTEGRITY 字段 + 密钥做 HMAC-SHA1 校验
- 防止伪造和篡改
- 可配合 USERNAME/PASSWORD 做身份认证（STUN Long-Term Credential）
STUN 在 ICE 中的角色
ICE（Interactive Connectivity Establishment）是 WebRTC 用来穿透 NAT、建立 P2P 的整体方案。
- STUN 用于收集候选地址（candidate）
- 收集：
- 主机候选（Host）
- Server Reflexive 候选（通过 STUN 得到）
- Relay 候选（通过 TURN 得到）
- 然后由 ICE 做候选优先级、连接尝试和建立
STUN命令
示例：使用 stun 命令查看 NAT 类型（Linux）
sudo apt install stun
stun stun.l.google.com:19302# 输出
STUN client version 0.97
Primary: Open NAT, External IP: 203.0.113.45:45678
总结
| 关键点 | 描述 |
|---|---|
| 功能 | 获取 NAT 后公网地址，辅助 P2P 穿透 |
| 协议类型 | UDP，轻量快速 |
| 标准文档 | RFC 5389 |
| 应用 | WebRTC, SIP, VoIP, ICE |
| 安全 | 支持身份验证和消息完整性验证 |
| 局限 | 无法穿透 Symmetric NAT，需 TURN 协助 |