STUN・TURNを ちょっとだけ深掘りしてみた

WebRTC Meetup Tokyo #24 2023/06/23 の資料です。
Googleスライド版はこちら

お話すること
STUN・TURN概要
STUN・TURNのパケットについて
お話しないこと
NAT越えの仕組み
STUN・TURNサーバーのコードについて
今日のゴール
0x2112A442という値を見て、「あ! WebRTC Meetupで見たやつだ!!」になる

まとめ
1. STUNのパケットは、ヘッダーと属性で構成されている
2. STUNが返すアドレス・ポート番号は、0x2112A442とのXORを計算して、NATによ るデータの書き換えを回避している
3. WebRTCでは、オーバーヘッドの少ない方式でTURNを利用している
4. STUNのパケットを見てみると、いろいろ分かる!!

Transcript

1. STUN・TURNを ちょっとだけ深掘りしてみた WebRTC Meetup Tokyo #24 2023/06/23
2. 自己紹介 • @sublimer • NTT CommunicationsでSkyWayを作るお仕事をしています • 自宅サーバー運用をしたりアプリケーション開発をするのが趣味 • STUN・TURNサーバーをC#で書いたので、その時に得られた知見をお話します (⭐付けていただけると喜びます)
3. 本日お話すること・しないこと • お話すること ◦ STUN・TURN概要 ◦ STUN・TURNのパケットについて • お話しないこと ◦ NAT越えの仕組み ◦ STUN・TURNサーバーのコードについて • 今日のゴール ◦ 0x2112A442という値を見て、「あ ! WebRTC Meetupで見たやつだ!!」になる
4. STUN・TURNとは • STUN ◦ STUNサーバーから見たクライアントの情報を教えてくれる ◦ LANからインターネットに出ていく際に NATされている場合、自分のグローバル IPアドレス等が分か る • TURN ◦ 相手と直接通信できない場合に、通信を中継してくれる ◦ クライアントとサーバーの間は UDP、TCPが使える ◦ サーバーと送信先の間は、 WebRTCの場合はUDPが使われる
5. GoogleのSTUNサーバーに対して、Trickle ICEのサンプルからリクエストを送信 STUNのパケットキャプチャーの結果を見てみる Binding Request STUN Header Binding Success Response STUN Header XOR-MAPPED-ADDRESS Attribute
6. • STUNのパケットは、ヘッダーと0個以上の属性で構成されている • STUNヘッダーは、以下の値が含まれた20 Byteのフィールド ◦ Type(14bit): クラス(2bit)とメソッド(12bit)を組み合わせた値 ◦ Length(16bit): ヘッダーのサイズを除いたメッセージのサイズ ◦ Magic Cookie(32bit): 0x2112A442(固定値) ◦ Transaction ID(96bit): クライアント側で生成されたランダムな値 • XOR-MAPPED-ADDRESS属性は、STUNサーバーから見た クライアントのIPアドレス & ポート番号 ◦ Magic CookieとのXORを取っている ◦ 「一部のNATの実装は、STUNのパケットの中身までアドレスを変換してしまう」 (らしい) [1] STUNのパケットについて [1]. https://datatracker.ietf.org/doc/html/rfc8489#section-14.2
7. TURNの通信における登場人物 • TURNクライアント ◦ NATを越えて通信したいユーザー • TURNサーバー ◦ 通信を中継するサーバー • ピア ◦ クライアントが最終的にデータを届ける先 ◦ ピアが別のTURNサーバーの場合もある TURN クライアント TURNサーバー ピア N A T ここはSTUNのプロトコルで通信 ここはただのUDPの通信
8. SkyWayのTURNサーバーを使うように改造したWebRTC Troubleshooterで、 「Relay connectivity」のテストを実行 TURNのパケットキャプチャーの結果(抜粋)を見てみる
9. TURNでデータを送るまで 1. Binding Request → Binding Success Response 2. Allocate Request → Allocate Error Response a. TURNサーバーとピアの間の通信に UDPを使うことを要求 (REQUESTED-TRANSPORT) b. このタイミングでは認証情報は送らない c. 認証情報がないのでエラーレスポンスが返される d. エラーレスポンスには NONCE等の追加の情報が含まれる
10. TURNでデータを送るまで 3. Allocate Request → Allocate Success Response a. TURNの認証情報と 2. で得られたNONCEなどを用いて、MESSAGE-INTEGRITYを計算する b. MESSAGE-INTEGRITY属性を追加して再度リクエスト c. 認証が成功し、XOR-RELAYED-ADDRESSが得られる 4. CreatePermission Request → CreatePermission Success Response a. 実際にデータをやり取りするための許可を得るための処理 b. 「ピアである〇〇からのデータを転送して欲しい」と尋ねる c. 許可が得られればSuccessのレスポンスが返される
11. TURNとの間のデータのやり取り 1. Channel-Bind Request → Channel-Bind Success Response a. TURNでメッセージを送受信する方法は、 Send、Data methodを使う方法とChannelを使う方法の2 つがある b. WebRTCの通信では、オーバーヘッドが少ない後者が使われる c. どのピアと通信するかを、 Channel Number(0x4000〜0x4FFF)で識別する 2. ChannelData a. STUNヘッダーは持たず、Channel NumberとMessage Length、Dataのみを持つ b. Dataの中身をそのままピアに送信する c. ピアから来たデータは、そのまま Dataに入れてクライアントに送る
12. 接続終了の処理 1. Refresh Request → Refresh Success Response a. Refresh RequestのLIFETIME属性を0として送ることで、通信終了を表す b. 通常、Refresh RequestはAllocationの有効期間延長のために使われる
13. STUNの属性を一部紹介 • SOFTWARE ◦ STUN・TURNサーバーのソフトウェア名が入っている ◦ coturnの場合、「Coturn-TURN_SERVER_VERSION…」のような文字列になる ◦ SOFTWARE属性を見ると、どんな TURNサーバーを使っているか分かる (かも) • MESSAGE-INTEGRITY ◦ STUNメッセージのSHA1-HMACのデータ ◦ ヘッダーも含めて計算するが、 MESSAGE-INTEGRITY自身は含めないため、ヘッダーの Lengthを 書き換えて計算したりするのでちょっと面倒 • FINGERPRINT ◦ STUNメッセージのCRC-32のデータ ◦ ヘッダーも含めて計算するが、 FINGERPRINT自身は含めないため、ヘッダーの Lengthを書き換え て計算したりするのでちょっと面倒
14. まとめ 1. STUNのパケットは、ヘッダーと属性で構成されている 2. STUNが返すアドレス・ポート番号は、0x2112A442とのXORを計算して、NATによ るデータの書き換えを回避している 3. WebRTCでは、オーバーヘッドの少ない方式でTURNを利用している 4. STUNのパケットを見てみると、いろいろ分かる!!
15. 参考文献 1. https://datatracker.ietf.org/doc/html/rfc8489 2. https://datatracker.ietf.org/doc/html/rfc8656 3. https://datatracker.ietf.org/doc/html/rfc8445 4. https://github.com/coturn/coturn/blob/master/src/ns_turn_defs.h#L39 5. https://sublimer.hatenablog.com/entry/2021/12/12/000000 6. https://github.com/kadoshita/doturn