一 實(shí)例背景

最近一個(gè)做智能家居的朋友面臨這樣的一個(gè)煩惱，他想讓用戶通過(guò)智能手機(jī)在家里方便地控制家居設(shè)備，又想讓用戶免除下載安裝App的麻煩，通過(guò)瀏覽器直接打開(kāi)設(shè)備內(nèi)嵌的網(wǎng)頁(yè)便可實(shí)現(xiàn)控制。但是設(shè)備的IP地址都是通過(guò)家里的路由器自動(dòng)獲得的，設(shè)備上又沒(méi)有屏幕來(lái)顯示其IP地址。問(wèn)我有沒(méi)有辦法不輸入IP地址來(lái)實(shí)現(xiàn)瀏覽器訪問(wèn)該設(shè)備網(wǎng)頁(yè)的辦法，就是類似DNS之類，但是無(wú)需連外網(wǎng)，只在家庭網(wǎng)絡(luò)內(nèi)能訪問(wèn)即可。

這使我想起一個(gè)古老的協(xié)議，NetBIOS(Network Basic Input/Output System)。這個(gè)在上世紀(jì)80年代由IBM開(kāi)發(fā)的協(xié)議，主要用于數(shù)十臺(tái)左右計(jì)算機(jī)組成的小型局域網(wǎng)，該協(xié)議的主要用途之一就是把計(jì)算機(jī)名稱解析為相應(yīng)IP地址。如果每個(gè)設(shè)備有一個(gè)固定名字，在實(shí)現(xiàn)了NetBIOS的前提下，用戶在瀏覽器里輸入該設(shè)備的名字，然后通過(guò)NetBIOS解析，便可實(shí)現(xiàn)訪問(wèn)該設(shè)備網(wǎng)頁(yè)的這個(gè)功能了。而且NetBIOS占用系統(tǒng)資源少，在單片機(jī)上運(yùn)行不成問(wèn)題。于是推薦這個(gè)朋友在他的設(shè)備上實(shí)現(xiàn)了NetBIOS協(xié)議，解決了他的煩惱。

除了智能家居，在當(dāng)下物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，想必還有其他應(yīng)用也會(huì)遇到類似問(wèn)題，就拿手頭的WIZnet-W5500評(píng)估板實(shí)現(xiàn)了一下NetBIOS，希望能對(duì)做網(wǎng)絡(luò)設(shè)備開(kāi)發(fā)的朋友有所幫助。在用W5500實(shí)現(xiàn)之前，我們還是先在PC上看一下NetBIOS到底是一個(gè)什么東西。

二NetBIOS協(xié)議

我們知道在DOS命令下可以通過(guò)PING主機(jī)名獲得另外一臺(tái)電腦的IP地址，實(shí)際上就是通過(guò)NETBIOS進(jìn)行的。在Windows操作系統(tǒng)中，默認(rèn)情況下在安裝TCP/IP協(xié)議后會(huì)自動(dòng)安裝NetBIOS。查看方法如下：本地連接屬性的中“高級(jí)TCP/IP設(shè)置”窗口中選擇“WINS”選項(xiàng)卡，在“NetBIOS設(shè)置”區(qū)域中就可以設(shè)置相應(yīng)的NetBIOS，如圖1：

Ping主機(jī)名的第一個(gè)數(shù)據(jù)包就是NBNS（NetBIOS Name Server),協(xié)議包，它是TCP/IP上的NetBIOS (NetBT)協(xié)議族的一部分，它在基于NetBIOS名稱訪問(wèn)的網(wǎng)絡(luò)上提供主機(jī)名和地址映射方法。NBNS是動(dòng)態(tài)DNS的一種，Microsoft的NBNS實(shí)現(xiàn)稱為WINS。NetBIOS的報(bào)文類型較多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境及不同的用途中，會(huì)使用不同報(bào)文，可用端口進(jìn)行區(qū)分，WINS協(xié)議中，NetBIOS名字報(bào)文、數(shù)據(jù)報(bào)報(bào)文及會(huì)話報(bào)文分別使用TCP 137、138和139端口。

NetBIOS數(shù)據(jù)報(bào)有很多不同格式，主要取決于服務(wù)和信息類型，以及用以傳送NetBIOS數(shù)據(jù)報(bào)的傳輸協(xié)議。NetBIOS協(xié)議架構(gòu)可見(jiàn)圖2，其中包含三種基本服務(wù)：NAME、SESSION和DATAGRAM，其中NAME所用協(xié)議就是NBNS協(xié)議。

圖2：NetBIOS協(xié)議架構(gòu)

下面看一下WINS協(xié)議使用的報(bào)文NETBIOS的名字報(bào)文（NAME）的總體格式如表1：

表1 NetBIOS名字報(bào)文格式

事物ID（2bytes） 通用標(biāo)志（2bytes） 問(wèn)題記錄個(gè)數(shù)（2bytes） 回答記錄個(gè)數(shù)（2bytes） 權(quán)威記錄個(gè)數(shù)（2bytes） 附加記錄個(gè)數(shù)（2bytes） 問(wèn)題記錄（若干字節(jié)） 回答記錄（若干字節(jié)） 權(quán)威記錄（若干字節(jié)） 附加記錄（若干字節(jié)）

報(bào)文的前12字節(jié)總稱為NETBIOS名字報(bào)文的首部，通過(guò)首部我們可以判斷出是否為名字查詢的報(bào)文。

NETBIOS名字報(bào)文中最常見(jiàn)的是攜帶問(wèn)題記錄的報(bào)文，問(wèn)題記錄的格式如表2：

表2 NetBIOS名字報(bào)文中問(wèn)題記錄格式

問(wèn)題名稱（若干字節(jié)）

問(wèn)題類型（2 bytes）

問(wèn)題類別（2bytes）

通過(guò)攜帶問(wèn)題記錄的報(bào)文，我們可以得到要查詢的名字字符，如果和本機(jī)名相符，就發(fā)送報(bào)文響應(yīng)，響應(yīng)中帶有IP地址，發(fā)送廣播的主機(jī)就會(huì)得到該IP地址。

三W5500EVB實(shí)現(xiàn)NETBIOS名字報(bào)文解析

了解了NETBIOS協(xié)議之后，下面就讓我們通過(guò)W5500EVB做一個(gè)嵌入NetBIOS的簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模和ㄟ^(guò)在DOS下ping該設(shè)備名“WIZNRTW5500”，可以得到開(kāi)發(fā)板的IP地址。 硬件環(huán)境 單片機(jī)：STM32F103RC，256K字節(jié)Flash，48K字節(jié)SRAM，2K字節(jié)EEPROM 以太網(wǎng)控制器：W5500，SPI接口與單片機(jī)相連 電源：USB供電 硬件外設(shè)：板載LED 開(kāi)發(fā)工具: Keil 測(cè)試軟件：串口調(diào)試助手，網(wǎng)絡(luò)調(diào)試助手看代碼之前，我們還是先來(lái)了解一下整個(gè)的程序流程，如圖3所示整個(gè)程序采用查詢方式,通過(guò)DHCP子程序成功獲取IP后可執(zhí)行NBNS服務(wù)。同時(shí)W5500EVB設(shè)置成HTTP Server，可以接收，并處理TCP Client發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)

圖3：主程序流程圖

本文主要討論如何在單片機(jī)上實(shí)現(xiàn)NETBIOS名字解析服務(wù)，DHCP和TCP Server相關(guān)部分子程序在此不再詳細(xì)介紹，根據(jù)NETBIOS名字解析服務(wù)子程序流程圖（如圖4示），我們可以得知當(dāng)查詢到137端口收到網(wǎng)絡(luò)的UDP數(shù)據(jù)包時(shí)，讀取數(shù)據(jù)包并進(jìn)行判斷是否為NETBIOS名字報(bào)文，如果是就將解析出的名字與本機(jī)名比較，如果一致就回復(fù)報(bào)文。

圖4：NBNS程序流程圖

在此貼出NETBIOS部分代碼，要獲取完整代碼，請(qǐng)到上進(jìn)行下載。

void do_netbios(void)

{

unsigned char state;

unsigned int len;

1state = getSn_SR(NETBIOS_SOCK);

switch(state)

{

case SOCK_UDP:

2if((len=getSn_RX_RSR(NETBIOS_SOCK))>0)

{

unsigned char rem_ip_addr[4];

uint16 rem_udp_port;

3char netbios_name[NETBIOS_NAME_LEN+1];

4NETBIOS_HDR* netbios_hdr;

5NETBIOS_NAME_HDR* netbios_name_hdr;

6len=recvfrom(NETBIOS_SOCK,(unsignedchar*)&netbios_rx_buf,len,rem_ip_addr,&rem_udp_port);

printf(“rem_ip_addr=%d.%d.%d.%d:%d\r\n”,rem_ip_addr[0],rem_ip_addr[1],rem_ip_addr[2],rem_ip_addr[3],rem_udp_port);

7netbios_hdr = (NETBIOS_HDR*)netbios_rx_buf;

8netbios_name_hdr = (NETBIOS_NAME_HDR*)(netbios_hdr+1);

/* if the packet is a NetBIOS name query question */

9if(((netbios_hdr->flags& ntohs(NETB_HFLAG_OPCODE)) == ntohs(NETB_HFLAG_OPCODE_NAME_QUERY)) &&

((netbios_hdr->flags & ntohs(NETB_HFLAG_RESPONSE)) == 0) &&

(netbios_hdr->questions == ntohs(1)))

{

printf(“netbios name query question\r\n”);

/* decode the NetBIOS name */

10netbios_name_decoding( (char*)(netbios_name_hdr->encname), netbios_name, sizeof(netbios_name));

printf(“name is %s\r\n”,netbios_name);

/* if the packet is for us */

11if (strcmp(netbios_name, NETBIOS_W5500_NAME) == 0)

{

uint8 ip_addr[4];

NETBIOS_RESP *resp = (NETBIOS_RESP*)netbios_tx_buf;

/* prepare NetBIOS header response */

12resp->resp_hdr.trans_id= netbios_hdr->trans_id;

resp->resp_hdr.flags= htons(NETB_HFLAG_RESPONSE |NETB_HFLAG_OPCODE_NAME_QUERY |

NETB_HFLAG_AUTHORATIVE |

NETB_HFLAG_RECURS_DESIRED);

resp->resp_hdr.questions= 0;

resp->resp_hdr.answerRRs= htons(1);

resp->resp_hdr.authorityRRs= 0;

resp->resp_hdr.additionalRRs = 0;

/* prepare NetBIOS header datas */

memcpy( resp->resp_name.encname, netbios_name_hdr->encname, sizeof(netbios_name_hdr->encname));

resp->resp_name.nametype= netbios_name_hdr->nametype;

resp->resp_name.type= netbios_name_hdr->type;

resp->resp_name.cls= netbios_name_hdr->cls;

resp->resp_name.ttl= htonl(NETBIOS_NAME_TTL);

resp->resp_name.datalen= htons(sizeof(resp->resp_name.flags)+sizeof(resp->resp_name.addr));

resp->resp_name.flags= htons(NETB_NFLAG_NODETYPE_BNODE);

getSIPR(ip_addr);

memcpy(resp->resp_name.addr,ip_addr,4);

/* send the NetBIOS response */

13sendto(NETBIOS_SOCK, (unsigned char*)resp, sizeof(NETBIOS_RESP), rem_ip_addr, rem_udp_port);

printf(“send response\r\n”);

}

}

}

break;

14case SOCK_CLOSED:

close(NETBIOS_SOCK);

socket(NETBIOS_SOCK,Sn_MR_UDP,NETBIOS_PORT,0);

break;

default:

break;

}

}

主要代碼解釋：

第1、2段程序功能為通過(guò)SPI接口讀取NBNS Socket寄存器狀態(tài)，如果檢測(cè)建立了UDP連接，并且收到數(shù)據(jù)則進(jìn)行NBNS服務(wù)。第3段定義了NetBIOS name緩存區(qū)，Netbios name長(zhǎng)度為16。第4、5段定義了NetBIOS包頭和其name部分結(jié)構(gòu)體變量。第6段為讀取137端口的UDP數(shù)據(jù))netbios_rx_buf。接下來(lái)NBNS核心部分：

第7、8兩段將接受緩存區(qū)數(shù)據(jù)對(duì)定義的包頭進(jìn)行賦值，第9，10段，判斷數(shù)據(jù)NetBIOS包頭是否為名字查詢，如果是名字查詢則進(jìn)行名字解析。第11行進(jìn)行NetBIOS名字進(jìn)一步比較。比較一致后，第12段程序準(zhǔn)備回復(fù)NetBIOS包頭和內(nèi)容。第13段，發(fā)送NetBIOS回復(fù)響應(yīng)。第14段為檢測(cè)到NBNS Socket為SOCK_CLOSED，則打開(kāi)137端口的UDP Socket。

四實(shí)驗(yàn)測(cè)試

試驗(yàn)中，我們通過(guò)W5500EVB對(duì)NetBIOS的解析，并用瀏覽器直接訪問(wèn)設(shè)備名稱，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的遠(yuǎn)程訪問(wèn)，以達(dá)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?。下面就?lái)看一下實(shí)驗(yàn)測(cè)試全過(guò)程。

首先，打開(kāi)串口調(diào)試助手，運(yùn)行DHCP相關(guān)程序?？煽吹綀D5中所示，W5500EVB成功通過(guò)DHCP獲得可用IP地址。

2. 在DOS下，ping W5500EVB設(shè)備名：WIZNET5500，可看到如圖6中，獲取設(shè)備IP地址為：192.168.1.100。

3. 運(yùn)行NetBIOS解析程序，在串口調(diào)試助手中看到解析過(guò)程，如圖7所示：

4. 最后，我們?cè)跒g覽器中輸入要訪問(wèn)的設(shè)備名稱：wiznet5500，可以看到順利訪問(wèn)到設(shè)備中的內(nèi)置網(wǎng)頁(yè)，瀏覽到設(shè)備的配置信息。NetBIOS解析成功！如圖8所示：