Retea privata Dynamic DNS cu ESP8266 ( partea 1 )

            Intotdeauna cind vei dori sa accesezi de la distanta prin internet un dispozitiv, o camera IP, un mic server sau un simplu senzor, te vei lovi mereu de aceeasi problema: unde si la ce adresa din internet se gaseste dispozitivul tau? Asa am patit si eu, la inceput, cind m-am hotarat sa accesez informatia de pe un mic server cu NodeMCU dispus la mine acasa. Dar problema expusa nu este noua, ea fiind rezolvata de multi altii inaintea mea. Solutia adoptata de catre acestia consta in apelarea la serviciile de redirectionare IP ale unor site-uri precum DynDNS, No-IP, FreeDNS, etc. La inceput am fost tentat si eu, sa folosesc un astfel de serviciu dar studiind bine oferta providerului meu de internet, RCS RDS, am constatat ca nu mai era necesar. Acesta ofera serviciul gratuit de redirectionare IP pentru clientii sai. Astfel, setand un domeniu pe site-ul lor si un port forward pe routerul meu am facut posibila aparitia mea pe internet la adresa ywar2.go.ro:9876. Dar lucrurile nu stau intotdeauna asa bine. Cind m-am hotarat sa fac aceeasi setare intr-o alta locatie a familiei mele, aceasta nu mai era posibila. Providerul local nu ofera servicii de redirectionare. Astfel, cautand solutii pe internet, mi-a venit ideea: de ce nu mi-as face propria mea retea privata de redirectionare IP? Oare ar fi posibil? De ce as avea nevoie?

            Fara sa intru in amanunte si descriind aspecte la care nu ma pricep, am constatat ca majoritatea retelelor sint constituite dintr-un server dispus la un IP fix, unul sau mai multi clienti care au IP-urile dinamice si un protocol de comunicatie intre acestia. Protocolul este simplu si consta dintr-un mesaj prin care clientul isi face cunoscuta identitatea si apartenenta la retea, iar serverul memoreaza identitatea si IP-ul la care se afla acesta. La aparitia unui vizitator care doreste sa ia legatura cu clientul, serverul trimite adresa IP unde se afla acesta, astfel stabilindu-se legatura intre vizitator si client. Daca asa stau lucrurile, atunci de ce as avea nevoie? In primul rand de un IP fix sau relativ fix, de un server, un client si un protocol de comunicatie intre acestia. IP fix sau relativ fix am de la providerul meu de internet. El este relativ fix deoarece in realitate este dinamic, dar adresa la care acesta este gasit, respectiv ywar2.go.ro, este fixa. Pentru server si client m-am hotarit sa folosesc modulele cu ESP8266, respectiv NodeMCU. Sint simplu de folosit, mici si ieftine, si se conecteaza usor la internet. In privinta protocolului de comunicatie m-am inspirat din mesajele pe care le trimit furnizorii de astfel de servicii pe care datorita simplitatii retelei le-am adaptat cerintelor minime de functionare. Iata cum arata in realitate reteaua mea privata !

Protocolul de comunicatie

           Pentru functionarea corecta a retelei periodic, la un anumit interval de timp, clientul trebuie sa comunice cu serverul. Acesta trebuie sa anunte de existenta si apartenenta sa la retea. Personal, datorita simplitatii retelei, dar si datorita faptului ca este privata, am renuntat la partea de mesaj cu apartenenta acestuia. Aceasta consta intr-o parola prin care isi confirma autenticitatea. Nu am si nu intentionez sa am asa multi clienti incat sa apara conflicte la nivelul serverului. Serverul confirma receptia mesajului, detecteaza IP-ul clientului si il memoreaza alaturi de identitatea acestuia. Cind un vizitator interogheaza serverul despre un client, serverul trimite vizitatorului o pagina HTML de redirectionare a acestuia catre adresa IP la care se gaseste clientul cautat. In continutul paginii HTML se gaseste un script care se executa automat si care directioneaza browserul clientului la adresa IP solicitata. Continutul paginii HTML este inspirat exact de aici. Iata mai exact schimbul de mesaje intre client, server si vizitator.

Serverul

            Gestionarea retelei, mai precis evidenta clientilor, detectarea IP-urilor si redirectionarea vizitatorilor catre destinatari este deservita de catre server. Desi, la prima vedere, pare ca acesta are destul de mult de lucru, in realitate nu este asa. Cea mai mare parte din timpul functionarii sale este ocupata cu traficul si evidenta clientilor, iar cea mai mica parte din timp, cu raspunsul la interogarea vizitatorilor. Ce face concret acesta ? Ori de cate ori un client trimite un mesaj de improspatare a datelor, continutul acestora este analizat, este extras numele clientului, detectat IP-ul acestuia si apoi memorate impreuna. Daca toate acestea sint realizate, serverul confirma clientului receptia corecta a mesajului. Desi nu am prevazut explicit acest caz, cind continutul mesajului este alterat, severul raspunde clientului cu pagina de redirectionare catre o pagina WEB care avertizeaza eroarea. La aparitia unui vizitator serverul poate raspunde in mai multe moduri. Daca vizitatorul interogheaza doar adresa serverului, fara numele unui client, acesta raspunde cu o pagina WEB prin care se identifica. Atunci cind interogarea contine si numele unui client, serverul verifica clientii din memoria sa si daca acesta exista, trimite pagina de redirectionare cu IP-ul clientului cautat. Daca clientul nu exista sau continutul este alterat, este redirectionat catre o pagina WEB care avertizeaza eroarea. Acestea sint pe scurt toate procesele pe care le desfasoara serverul. 

Clientul

            Rolul clientilor in aceasta retea este acela de a comunica serverului numele clientilor care beneficiaza de serviciul de redirectionare. Numele clientilor alaturi de IP-urile lor vor fi memorate de catre server pentru a fi furnizate ulterior vizitatorilor. Pentru a nu aglomera inutil serverul si pentru prevenirea aparitiei de coliziuni, este indicat ca rata de reimprospatare a datelor din server sa se faca o data la 10..15 minute. Astfel serverul poate gestiona un numar mare de clienti si utilizatori. Orice conectare corecta la server, dar si deconectarea, sint indicate de aprinderea sau stingerea LED-ului de pe placa. Desi nu este indicat, temporar, pana la resetarea IP-ului sau chiar a serverului, update-ul se poate face si manual, respectand regulile din imaginea de mai sus, dintr-o pagina WEB, fara a fi necesara existenta unui modul client. Acesta este un caz particular, posibil ca o  facilitate a acestui sistem.

Realizarea practica

            Pentru crearea serverului si clientului, m-am orientat catre modulele NodeMCU. Acestea beneficiaza de o gramada de facilitati care le fac perfecte realizarii proiectului. Pentru scrierea programelor care gestioneaza serviciile acestora am folosit limbajul eLua. Nu voi intra in amanunte legat de ceea ce am scris, dar voi da lamuriri daca mi se vor cere. Programele sint open source si pot fi modificate dupa bunul plac. Ambele variante, server si client sint versiuni Lite care asigura minimul de functii necesare functionarii corecte a retelei. Toate imbunatarile de care vor beneficia acestea, vor fi publicate pe viitor. Experimentele continua !

Online Dynamic DNS Server: ywar2.go.ro:9876.
Descarca codul sursa.

Pentru realizarea proiectului m-am inspirat din:

http://stackoverflow.com/questions/5411538/redirect-from-an-html-page

http://stackoverflow.com/questions/2705793/how-to-get-number-of-entries-in-a-lua-table

http://www.noip.com/integrate/request

https://www.duckdns.org/spec.jsp

Constantin Badican  - YO7FWS

---  73's   YO7FWS  ---