UPnP协议演示


关键词：UPnP  W5500  WIZnet  W5500EVB  即插即用


UPnP网络的基本组件分为服务、设备和控制点三个部分，在本实例中，W5500EVB板是IGD的控制点，它能够控制IGD执行端口映射服务。这样，外网中的PC可以与内网中的W5500EVB板建立连接。在经过寻址、发现和获得描述后，使用端口映射服务包括两个步骤� 一是添加端口映射，另一个是删除端口映射�

W5500EVB板UPnP端口映射的过程分为两个步骤：

步骤1：使用DHCP协议自动获取IP;

步骤2：使用SSDP发现设备,

为了能够搜索在相同子网中的IGD，W5500必须使用UDP多播地址发送SSDP M-SEARCH信息;控制点入网后会组播如下的格式数据包：

M-SEARCH  * HTTP/1.1
Host:239.255.255.250:1900
ST:urn:schemas-upnp-org:device:InternetGatewayDevice:1
Man:"ssdp:discover"
MX:3

Host：这里必须使用IANA（InternetAssigned Numbers Authority）为SSDP预留的组播地址�239.255.255.250:1900�

ST：SearchTarger，表示搜索的节点类型，这里要找到IGD设备

Man：必须是“ssdp:discover”�

Mx�1�5之间的一个值，表示最大的等待应答的秒数�

设备收到SSDP M-SEARCH信息后会回复如下格式的数据包�

HTTP/1.1 200 OK
CACHE-CONTROL: max-age=600
DATE: Sat, 07 Jan 2006 21:11:02 GMT
EXT:
LOCATION: http://192.168.1.1:1900/igd.xml
SERVER: Wireless N Router WR842N, UPnP/1.0
ST: urn:schemas-upnp-org:device:InternetGatewayDevice:1
USN: uuid:upnp-InternetGatewayDevice-282cb2e942d6::urn:schemas-upnp-org:device:InternetGatewayDevice:1

Cache-control：max-age的数值表明设备将在这段时间后失效，因此，设备应当在失效前，重发这样的消息�

Location：设备描述文件的URL。通过Location信息，我们能够获得IGD的IP地址和端口号�

Usn：Unique Service Name，是一个设备实例的标识符�

下面的伪代码在SSDPProcess()函数中实�

/*SSDP Header定义 */
constchar SSDP[]="\
M-SEARCH * HTTP/1.1\r\n\
Host:239.255.255.250:1900\r\n\
ST:urn:schemas-upnp-org:device:InternetGatewayDevice:1\r\n\
Man:\"ssdp:discover\"\r\n\
MX:3\r\n\
\r\n\
";
signedcharSSDPProcess(SOCKET sockfd)//使用sockfd建立UDP完成SSDP流程
{
//初始化一个UDP socket
	socket(sockfd,Sn_MR_UDP,PORT_SSDP,0);
//发送SSDP搜索�
	sendto(sockfd,(const uint8*)SSDP,strlen(SSDP);
//接收网络中设备回�
	recvfrom(sockfd,(uint8*)recv_buffer,RECV_BUFFER_SIZE,recv_addr,&recv_port);
//完成SSDP流程，关闭socket
	close(sockfd);
//解析SSDP数据�
	if((ret_value=parseSSDP(recv_buffer))==0)
	UPnP_Step=1;//收到指定设备数据包，进入下一步骤
	returnret_value;
}

步骤3�:获取IGD服务的描�

利用IGD的IP地址和端口号生成HTTP GET Header，然后将其发送给IGD。当IGD接收到HTTP GET Header后，IGD将会让W5500EVB获知它的描述。描述过程将会使W5500EVB获知它的Control URL以及eventSubURL URL�

GET /igd.xml HTTP/1.1
Accept: text/xml, application/xml
User-Agent: Mozilla/4.0 (compatible; UPnP/1.0; Windows NT/5.1)
Host: 192.168.1.1:1900
Connection: Keep-Alive
Cache-Control: no-cache
Pragma: no-cache

在IGD回复的信息中，我们可以看到设备描述和服务描述，WANIPConnection对应端口映射服务，可以看到IGD设备有该项服务。在WANIPConnection服务描述中可以得到Control URL和eventSubURL URL� 一个用来控制，一个用来订阅�

下面的伪代码是由GetDescriptionProcess()函数来执行的�

signedcharGetDescriptionProcess(SOCKET sockfd)
{
//检查SSDP是否成功完成
	if(UPnP_Step<1)
	return-2;
//生成HTTP GET Header
	MakeGETHeader(send_buffer);
//descIP和descPORT在SSDP过程中获得，转化格式
	ipaddr=inet_addr((uint8*)descIP);
	ipaddr=swapl(ipaddr);
	port= ATOI(descPORT,10);
//初始化一个TCP socket
	socket(sockfd,Sn_MR_TCP,PORT_UPNP,Sn_MR_ND);
//连接IGD(Internet Gateway Device)
	connect(sockfd,(uint8*)&ipaddr, port);
//发送Get Description Message
	send(sockfd,(void*)send_buffer,strlen(send_buffer));
//接收IGDDescription
	recv(sockfd,(void*)recv_buffer, RECV_BUFFER_SIZE);
//描述过程结束，断开连接
	close(sockfd);
//解析Description Message
	if((ret_value=parseDescription(recv_buffer))==0)
	UPnP_Step=2;//收到指定设备数据包，进入下一步骤
	returnret_value;
}

步骤:4：添加端口控�
利用IGD的IP地址、端口号以及控制URL来完成XML，然后通过HTTP POST method-basedSOAP执行AddPortMapping操作� 在SOAP描述中可以看到ExternalPort、Protocol、InternalPort以及控制点IP地址等信息�

下面的伪代码是由AddPortProcess()函数执行的�

if(UPnP_Step<2)return-2;
// Make "Add Port" XML(SOAP)
	MakeSOAPAddControl(content, protocol,extertnal_port,internal_ip,internal_port, description);
// Make HTTP POST Header
	len=strlen(content);
	MakePOSTHeader(send_buffer,len, ADD_PORT);
	strcat(send_buffer, content);
	//descIP和descPORT在SSDP过程中获得，转化格式
	ipaddr=inet_addr((uint8*)descIP);
	ipaddr=swapl(ipaddr);
	port= ATOI(descPORT,10);
//初始化一个TCP socket
	socket(sockfd,Sn_MR_TCP,PORT_UPNP,Sn_MR_ND);
//连接IGD(Internet Gateway Device)
	connect(sockfd,(uint8*)&ipaddr, port);
//发送SOAP信息
	send(sockfd,(void*)send_buffer,strlen(send_buffer));
//接收应答
	recv(sockfd,(void*)recv_buffer, RECV_BUFFER_SIZE);
//控制过程结束，断开连接
	close(sockfd);
//检查控制是否成�
	returnparseAddPort(recv_buffer);
}

在添加端口映射成功后，就可以在外网访问内网中指定IP地址和端口了，如果添加了TCP端口映射，可以建立连接并发送数据测试�

步骤5：删除端口控制。SOAP执行DeletePortMapping操作。删除操作只需要ExternalPort和Protocol两个参数即可。在收到“urn:schemas-upnp-org:service:WANIPConnection:1”后，表明端口映射删除成功�

下面的源代码是在DeletePortProcess()函数中执行的�

shortlen=0;
longendTime=0;
uint32ipaddr;
uint16 port;
//检查是否完成描述过�
if(UPnP_Step<2)
return-2;
//Make "Delete Port" XML(SOAP)
MakeSOAPDeleteControl(content, protocol,extertnal_port);
// Make HTTP POST Header
len=strlen(content);
MakePOSTHeader(send_buffer,len, DELETE_PORT);
strcat(send_buffer, content);
//descIP和descPORT在SSDP过程中获得，转化格式
ipaddr=inet_addr((uint8*)descIP);
ipaddr=swapl(ipaddr);
port= ATOI(descPORT,10);
//初始化一个TCP socket
socket(sockfd,Sn_MR_TCP,PORT_UPNP,Sn_MR_ND);
//连接IGD(Internet Gateway Device)
connect(sockfd,(uint8*)&ipaddr, port);
//发送SOAP信息
send(sockfd,(void*)send_buffer,strlen(send_buffer));
//接收应答
recv(sockfd,(void*)recv_buffer, RECV_BUFFER_SIZE);
//控制过程结束，断开连接
close(sockfd);
//检查控制是否成�
returnparseDeletePort(recv_buffer);
}

从以上描述可以看出，W5500执行收发的函数都很简单，重点是了解UPnP的实现过程，以及每个步骤中，UPnP协议中的消息格式，按照格式要求去发送相应的数据包�

自动端口映射功能演示:
  1. 为了测试W5500 EVB自动端口映射功能，在执行DHCP、SSDP、获得描述和设置事件后，在串口上为用户提供了一个菜单页面，可以交互添加端口和删除端口，以及用来测试连接的loopback程序� 如果UPnP执行正确，会出现�1的串口输出，如果执行失败，请检查设备所在路由器是否开启了UPnP。最后程序会显示菜单页面，如�2�

    2. �1：UPnP执行成功打印输出

    �2：程序完成初始化后的菜单界面.
  2. 按照菜单提示，我们首先添加一个TCP端口映射，外网端口为12345，内网端口为5000，添加成功后会提示AddPortSuccess。那么是否真的添加成功了呢，我们再来查看下是否有W5500EVB的映射，如图3，红色标识部分显示，端口映射添加成功�

    3. �3：添加端口映射后路由器端口映射表
  3. 本篇实例并没有真正在外网测试，是在一个内网中再搭建一个内网，相对最内层的网络来说，外面的一层是“外网”，但是并不违背端口映射的原理。为了测试端口映射是否可用，我们按照菜单，执行TCP loopback程序，loopback中使�5000端口创建了一个TCP server� 前面我们已经将内网中�5000端口映射出去，首先检查下路由器在外网中的IP地址，如�4所示，路由器IP地址�192.168.10.128，可见路由器的网段与W5500EVB（IP地址�192.168.1.117）的网段不是一样的，这正是“外网”和内网的区别。我们在与路由器同一网段的PC （IP地址�192.168.10.116）上建立TCP client，连接到路由器的12345端口，并发送测试字符串“wiznet”，在接收区看到收到了loopback的回复。端口映射成功！如图5�

�4：查看路由器“外网”的IP地址

�5：loopback测试

例程下载�【UPnP�
编译环境：keil V5.11
硬件要求�W5500EVB