technology » UPNP（一）
2016-03-11 :: 7187 Words概述
官方的协议规范参见：
http://www.upnp.org/specs/
上图是UPNP的协议栈。详细的解释参见：
http://www.h3c.com.cn/MiniSite/Technology_Circle/Net_Reptile/The_Five/Home/Catalog/201206/747039_97665_0.htm
UPnP基本原理以及在NAT中的应用。这是H3C的一个系列教程中的一篇。
libupnp
libupnp是UPNP协议的一个实现库。它最早由英特尔开发并开源，是目前Linux平台最流行的实现库，其官网为：
http://pupnp.sourceforge.net/
和一般的Linux应用库不同，libupnp没有采用搭积木的方式构建库，而是自己集成了HTTP处理、XML处理、HTTP服务器、线程池等功能（当然，这些功能做的都比较简单，是个理想的教材库）。估计这与它的跨平台目标有关。
安装方法：
sudo apt install libupnp-dev
上图是libupnp体系结构图，其参考教程可参见：
http://blog.csdn.net/braddoris/article/details/41646789
upnp协议简介（一）
这里仅对上文中的内容，做一个补充：
1.GENA协议规范
https://tools.ietf.org/id/draft-cohen-gena-p-base-01.txt
2.其他参考资料
http://max.book118.com/html/2014/0811/9385832.shtm
基于DLNA的GENA协议的研究与开发毕业设计论文.doc
http://blog.csdn.net/hqyhqyhq/article/details/17921797
upnp协议demo
http://download.csdn.net/detail/liguangshou06/2685789
libupnp for linux UPnP编程指南
libupnp示例详解
libupnp自带的示例在upnp/sample路径下。编译之后，可生成三个可执行文件：
1.tv_device。UPNP设备端实现，即UPNP的服务提供者。
2.tv_ctrlpt。UPNP控制端实现。
3.tv_combo。前两者的混合体。
实际测试使用中，可以同时运行tv_ctrlpt和tv_device，以观察两者之间的交互。
tv_device代码流程详解
初始化
upnp/sample/linux/tv_device_main.c: main
upnp/sample/common/tv_device.c: device_main
upnp/sample/common/tv_device.c: TvDeviceStart
upnp/src/api/upnpapi.c: UpnpInit
upnp/src/api/upnpapi.c: UpnpInitStartServers
upnp/src/genlib/miniserver/miniserver.c: StartMiniServer
这是整个初始化过程中，最重要的函数。它负责创建Web Server和线程池。UPNP的所有功能都在这些线程（而不是主线程）中实现。
事件处理
事件处理分成两步
1.注册事件处理回调函数
upnp/src/api/upnpapi.c: TvDeviceStart
upnp/src/api/upnpapi.c: UpnpRegisterRootDevice
这一步向一个中间结构注册回调函数。
upnp/src/api/upnpapi.c: UpnpInitPreamble
这一步调用SetGenaCallback函数，将上一步注册到中间结构中的回调函数，注册到GENA事件处理线程中。
UpnpRegisterRootDevice有若干不同的变种：UpnpRegisterRootDevice2、UpnpRegisterRootDevice3、UpnpRegisterRootDevice4。其中，对于动态生成设备描述的方式来说，UpnpRegisterRootDevice2更好用一些。
2.事件处理流程
upnp/src/genlib/miniserver/miniserver.c: RunMiniServer
upnp/src/genlib/miniserver/miniserver.c: web_server_accept
upnp/src/genlib/miniserver/miniserver.c: schedule_request_job
这一步从线程池中启动一个线程来处理事件。
upnp/src/genlib/miniserver/miniserver.c: handle_request
upnp/src/genlib/miniserver/miniserver.c: dispatch_request
这一步根据事件类型进行分发。具体到GENA就是调用：
upnp/src/gena/gena_callback2.c: genaCallback
这一步根据角色的不同，调用gena_process_subscription_request（device）或gena_process_notification_event（control point）。
upnp/src/gena/gena_device.c: gena_process_subscription_request
这里会最终调用注册的事件处理函数。
交互流程
1.设备发现
设备发现过程使用SSDP协议，其端口为：
#define SSDP_PORT 1900
1）主动告知
报文：
NOTIFY * HTTP/1.1 NTS: ssdp:alive
函数调用：
upnp/src/genlib/miniserver/miniserver.c: RunMiniServer
upnp/src/genlib/miniserver/miniserver.c: ssdp_read
upnp/src/ssdp/ssdp_server.c: readFromSSDPSocket
upnp/src/ssdp/ssdp_server.c: ssdp_event_handler_thread
upnp/src/ssdp/ssdp_device.c: ssdp_handle_device_request
upnp/src/ssdp/ssdp_device.c: advertiseAndReplyThread
upnp/src/ssdp/ssdp_server.c: AdvertiseAndReply
upnp/src/ssdp/ssdp_device.c: DeviceAdvertisement
upnp/src/ssdp/ssdp_device.c: CreateServicePacket msg_type=MSGTYPE_ADVERTISEMENT
2）查询消息
报文：
M-SEARCH * HTTP/1.1 MAN: ssdp:discover
函数调用：
upnp/sample/common/tv_ctrlpt.c: TvCtrlPointCommandLoop
upnp/sample/common/tv_ctrlpt.c: TvCtrlPointProcessCommand
upnp/sample/common/tv_ctrlpt.c: TvCtrlPointRefresh
upnp/src/api/upnpapi.c: UpnpSearchAsync
upnp/src/ssdp/ssdp_ctrlpt.c: SearchByTarget
upnp/src/ssdp/ssdp_ctrlpt.c: CreateClientRequestPacket
3)再见消息
报文：
NOTIFY * HTTP/1.1 NTS: ssdp:byebye
函数调用：
从RunMiniServer到DeviceAdvertisement的步骤和主动告知相同。
upnp/src/ssdp/ssdp_device.c: CreateServicePacket msg_type=MSGTYPE_SHUTDOWN
4）添加设备、服务
upnp/sample/common/tv_ctrlpt.c: TvCtrlPointCallbackEventHandler
upnp/sample/common/tv_ctrlpt.c: TvCtrlPointAddDevice
upnp/sample/common/sample_util.c: SampleUtil_FindAndParseService
辅助函数
upnp/sample/common/sample_util.c: SampleUtil_PrintEvent
这是个事件打印函数，对于分析UPNP的交互流程很有帮助。
threadutil/src/ThreadPool.c: TPJobXXX
这是一系列和线程池操作相关的函数。
upnp/src/uuid/uuid.c: uuid_create
生成UUID的函数。
upnp/src/api/UpnpString.c
这个文件中，有个String的C语言实现，代码写得不错。
tv_ctrlpt代码流程详解
1.初始化
upnp/sample/linux/tv_ctrlpt_main.c: main
common/tv_ctrlpt.c: TvCtrlPointStart
upnp/src/api/upnpapi.c: UpnpInit
以下与tv_device相同。
2.注册客户端
common/tv_ctrlpt.c: TvCtrlPointStart
upnp/src/api/upnpapi.c: UpnpRegisterClient
其他部分与tv_device注册事件的流程相同。
common/tv_ctrlpt.c: TvCtrlPointCallbackEventHandler
这是tv_ctrlpt的事件处理函数。
gmediarender的UPNP流程详解
gmediarender使用libupnp库进行DLNA协议的交互。这个项目的难度中等，可作为libupnp库的进阶教程。由于大部分的内容和tv_device类似，因此，这里只列出差异的部分。
概述
MediaRenderer包含三个服务：
1)RenderingControl。代码在src/upnp_control.c中。
2)ConnectionManager。代码在src/upnp_connmgr.c中。
3)AVTransport。代码在src/upnp_transport.c中。
注意：MediaRenderer和所包含的服务都有版本的概念。比如MediaRenderer在XML中一般表示为urn:schemas-upnp-org:device:MediaRenderer:1，其中最后的数字1就是版本号。
此外，MediaRenderer的版本和所包含服务的版本，有一定的对应关系。比如MediaServer:4中的ScheduledRecording:2。因为ScheduledRecording是在MediaServer:2中引入的，因此它的版本号就不可能和MediaServer的版本号一致。MediaRenderer也是一样的情况。
一个服务可以提供若干功能。这些功能主要包括三方面：
1.状态变量（State Variables）。状态变量可以进行查询操作。
2.动作（Action）。get类的Action可以实现和查询状态变量类似的效果，但比后者要复杂一些。
3.事件（Eveting）。事件是设备（Device）主动推送给控制点（Control Point）的消息，需要后者订阅（SUBSCRIBE）或退订（UNSUBSCRIBE）。
初始化
src/main.c: main
src/upnp_device.c: upnp_device_init
src/upnp_device.c: initialize_device
upnp/src/api/upnpapi.c: UpnpInit
动作（Action）处理
1.数据结构
相关数据结构按从大到小的顺序，依次为：
服务->动作->参数->值类型->基本数据类型
这里从最小的基本数据类型说起。由于MediaRenderer的三个服务在这里的细节都是类似的，因此下面仅以RenderingControl为例。
1)基本数据类型
src/upnp.h: param_datatype定义了可用的基本数据类型，比如STRING、BOOLEAN、I2、I4、UI2、UI4等。后四种都是整数类型，I表示整数，U表示无符号，2表示2个字节的宽度。
2)值类型
src/upnp.h: var_meta定义了值类型的数据结构。该类型的实例是src/upnp_control.c: control_var_meta。var_meta的sendevents成员的含义是，如果该值发生改变时，发送消息则设置为SENDEVENT_YES（默认值），否则设为SENDEVENT_NO。
3)参数
src/upnp.h: argument定义了参数的数据结构。典型示例如下：
{ "InstanceID", PARAM_DIR_IN, CONTROL_VAR_AAT_INSTANCE_ID }
3)动作
一个动作包含若干参数，因此动作的数据结构是一个argument数组。以SetVolume动作为例，它的参数结构的实例为src/upnp_control.c: arguments_set_vol。
4)服务
一个服务包含若干动作，因此服务的数据结构是一个argument的二维数组。在这里是src/upnp_control.c: argument_list。
服务不仅包含动作，还包含了其他一些东西，这些都被统一组织到src/upnp.h: service结构中。该结构的实例是src/upnp_control.c: control_service_。
功能发布
功能发布用于向外界宣布本服务所支持的功能。
gmediarender功能发布的内容是动态生成的，其函数为：src/upnp.c: gen_scpd
事件处理
src/upnp_device.c: event_handler
返回值处理
src/upnp_device.h: upnp_add_response
调用这个函数或者它的派生函数，生成返回值的xml。
状态变量处理
gmediarender定义了一个变量容器来维护相关的状态变量。这个容器的代码在src/variable-container.c中。
代码中用的比较多的是replace_var和get_var这两个进一步封装后的接口函数。
播放处理
gmediarender的播放处理代码在src/output_gstreamer.c中。其中最关键的结构是output_module。
gmediarender的URI主要有两个即uri和next_uri。在pipeline的about-to-finish事件中，会做相应的处理。
gmediaserver
除了gmediarender项目之外，GNU还有个名叫gmediaserver的项目，也是使用libupnp库，结构和gmediarender十分相似，它的官网是：
http://www.nongnu.org/gmediaserver/
自制的Control Point示例
概述
和gmediarender相比，libupnp的sample写的并不好。这主要体现在以下方面：
1.封装的层次太多。虽然这样一来，main函数看起来很简单，细节都被隐藏了起来。但隐藏的先决条件，是对用户使用的透明。而sample显然做不到这一点，于是，用户扩展业务功能的时候，还要翻越层层封装，才能找到需要修改的地方。
2.使用不方便。设备功能的XML描述文件居然是写死的，扩展极为不易。（gmediarender的XML描述文件是动态生成的。）
针对这些问题，我打算模仿gmediarender的写法，做一个Control Point的示例。
其代码重构的核心是：将用户需要扩展的业务功能，抽象为数据结构，并将这些数据结构的内容定义放在一起，以便于用户的修改。换句话说，用户只需要修改数组的内容，而不必修改代码，即可扩展业务功能。
在功能上，为了使这个示例更有意义，这里选择gmediarender作为和示例配套的Device程序。因为，gmediarender实现的是一个有实用价值的协议规范，而非demo，所需处理的情况也比demo复杂的多。
您的打赏，是对我的鼓励
