转：嵌入式网关的IP地址远程设置方法

只看该作者 · 2011-3-27 17:03

通用计算机数据链路层自定义帧的实现，可应用于解决嵌入式网络设备的远程设置问题，改进了过去嵌入式网络设备IP地址使用直接烧写或串口本地配置等方法。该方案的特点是绕开了套接字编程，直接将上位机与下位机的通信建立在数据链路层的基础之上。相对于依靠上层协议通信，在数据链路层直接通信，可以避开上层协议的约束，从而达到对网络数据更直接和灵活处理的目的。
一、帧格式的定义
通过对数据链路层帧格式的分析，不难发现在数据链路层包含了能惟一标识一台主机的MAC地址。不需要ARP协议做IP和MAC地址映射，进而实现未知目的IP的链路层通信。为了满足实现对嵌人式网关的远程设置要求，可根据Ethernet协议标准定义帧格式，且命名为RSF帧：
目的MAC地址，6字节；
源MAC地址，6字节；
帧类型(RSF=0801 IP=0800 ARP=0806 RARF=8035)，2字节；
OP操作选项(RSF query=01，RSF setIp=02，RSFreplyr=03)，2字节；
目的port，2字节；
发送端MAC地址，6字节；
发送端IP地址，4字节；
目的MAC地址，6字节；
目的IP地址，4字节；
设置结果，1字节。
该帧格式的定义类似于TCP/IP协议栈中的ARP协议帧，包含了以太网头14个字节。帧类型，在该字段802项目定义的有效长的值与以太网的有效类型值无一相同，这样可以区分这两种帧的格式，这里设定该帧类型为0801，以区别于已定义的帧类型；OP操作码，RSF query=01表示服务器发送的数据包用于查询网络中的嵌入式网络设备的MAc地址，RsF setlp=02表示服务器发送的数据包用于设置嵌入式网络设备的IP地址，RsF reply=03用于设置信息的返回；端口号是目的端预设置的端口号：剩下的20字节为发送端和目的端的IP和MAC地址。
二、上位机部分
由于该方案旨在利用数据链路层协议来解决对嵌入式网关的IP远程设置问题，就必然要求上位机编程要绕过位于第4层与第5层问的套接字编程接口(socket)。幸运的是，位于第2与第3层间的NDIs(网络驱动器接口)提供了访问网络底层的能力。其优点在于屏蔽了下层各种网卡的差别，为上层提供了一个完备NDIS库，可以完成原始数据包的捕获，数据包的过滤，以及原始数据包的发送等强大的功能。另外，意大利的Fulvio Riss0、LorisDegioanni等专家开发了一个Windows平台下免费公共的网络访问系统，并提供Winpcap开发包，方便地提供了一个访问网络底层的接口。寻找到访问网络底层的编程接口后，只需要定义相应的数据包结构，并调用库中发包函数就能完成原始数据包的接收和发送功能。这里只给出关键的数据结构的定义代码。
以太网头的数据结构：
Typedef structtag DLCHeader {
unsigned char DesMAC[6]； //以太网目的地址
unsigned char srcMAC[6]； //以太网源地址
unsigned short Etherype； //帧类型
)；
RSF帧结构：
typedef struct tagRSFFrame
{unsigned short opcode； //操作码
unsigned short Prot //目标端口号
unsigned char Send_HW_Addr[6]；//发送端以太网地址
unsigned long Send_Prot_Addr； //发送端IP地址
unsigned char Targ_HW_Addr[6]；//目的以太网地址
unsigned long Targ_Prot_Addr； //目的lP地址
unsigned char ReturnValue //设置结果
}；
RSF包结构：
typedef struct tagRSFPacket{
DLCHEADER dlcHeader；
RSFFRAME rsfFrame；
}；
三、下位机部分
[url=]嵌入式[/url]网关的实现关键在于TCP/IP协议栈的实现。目前主要有TCP/IP的软移植(如ulP TCP/IP的移植)、硬移植(主要由专业芯片实现)和嵌入式系统自带TCP/IP协议栈。如果是利用嵌入式系统来实现嵌人式网关，就必须对操作系统内核驱动作相应的改动。这里只重点介绍TCP/IP在微处理器上软移植的情况。在这种情况，只要在数据链路层模块中添加帧的识别和处理功能模块，就可以获得数据帧中的IP地址等数据，并对本地IP进行设置。具体设置是调用对EEPROM的读写程序模块来完成的，关键代码如下：
void eth_rcve(UCHAR xdata*inbuf)//数据链路层接收模块
{ ……
switch(etb->frame-type)
{ ……
CASE RSF_PACKET：//在原协议栈中添加自定义协议调用修改本地IP模块； break;
CASE ARP_PACKET：调用ARP处理模块； break；
……
}
}
void eth_send(UCHAR xdata*outbuf，UCHAR*hwaddr，UINT ptype，UINT Ien)//数据链路层发送模块
{……}