W5500教程之用W5500實現(xiàn)NetBIOS的案例分享

基于W5500的NetBIOS應(yīng)用實例

一實例背景

最近一個做智能家居的朋友面臨這樣的一個煩惱，他想讓用戶通過智能手機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，通過瀏覽器直接打開設(shè)備內(nèi)嵌的網(wǎng)頁便可實現(xiàn)控制。但是設(shè)備的IP地址都是通過家里的路由器自動獲得的，設(shè)備上又沒有屏幕來顯示其IP地址。問我有沒有辦法不輸入IP地址來實現(xiàn)瀏覽器訪問該設(shè)備網(wǎng)頁的辦法，就是類似DNS之類，但是無需連外網(wǎng)，只在家庭網(wǎng)絡(luò)內(nèi)能訪問即可。

這使我想起一個古老的協(xié)議，NetBIOS(Network Basic Input/Output System)。這個在上世紀(jì)80年代由IBM開發(fā)的協(xié)議，主要用于數(shù)十臺左右計算機組成的小型局域網(wǎng)，該協(xié)議的主要用途之一就是把計算機名稱解析為相應(yīng)IP地址。如果每個設(shè)備有一個固定名字，在實現(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NetBIOS解析，便可實現(xiàn)訪問該設(shè)備網(wǎng)頁的這個功能了。而且NetBIOS占用系統(tǒng)資源少，在單片機上運行不成問題。于是推薦這個朋友在他的設(shè)備上實現(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)時代，想必還有其他應(yīng)用也會遇到類似問題，就拿手頭的WIZnet-W5500評估板實現(xiàn)了一下NetBIOS，希望能對做網(wǎng)絡(luò)設(shè)備開發(fā)的朋友有所幫助。在用W5500實現(xiàn)之前，我們還是先在PC上看一下NetBIOS到底是一個什么東西。

二NetBIOS協(xié)議

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

基于W5500的NetBIOS應(yīng)用實例

Ping主機名的第一個數(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名稱訪問的網(wǎng)絡(luò)上提供主機名和地址映射方法。NBNS是動態(tài)DNS的一種，Microsoft的NBNS實現(xiàn)稱為WINS。NetBIOS的報文類型較多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境及不同的用途中，會使用不同報文，可用端口進行區(qū)分，WINS協(xié)議中，NetBIOS名字報文、數(shù)據(jù)報報文及會話報文分別使用TCP 137、138和139端口。

NetBIOS數(shù)據(jù)報有很多不同格式，主要取決于服務(wù)和信息類型，以及用以傳送NetBIOS數(shù)據(jù)報的傳輸協(xié)議。NetBIOS協(xié)議架構(gòu)可見圖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。

基于W5500的NetBIOS應(yīng)用實例

圖2：NetBIOS協(xié)議架構(gòu)

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

表1 NetBIOS名字報文格式

事物ID（2bytes）通用標(biāo)志（2bytes）問題記錄個數(shù)（2bytes）回答記錄個數(shù)（2bytes）權(quán)威記錄個數(shù)（2bytes）附加記錄個數(shù)（2bytes）問題記錄（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)）

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

NETBIOS名字報文中最常見的是攜帶問題記錄的報文，問題記錄的格式如表2：

表2 NetBIOS名字報文中問題記錄格式

問題名稱（若干字節(jié)）

問題類型（2 bytes）

問題類別（2bytes）

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

三W5500EVB實現(xiàn)NETBIOS名字報文解析

了解了NETBIOS協(xié)議之后，下面就讓我們通過W5500EVB做一個嵌入NetBIOS的簡單實驗。

實驗?zāi)康模和ㄟ^在DOS下ping該設(shè)備名“WIZNRTW5500”，可以得到開發(fā)板的IP地址。硬件環(huán)境單片機：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接口與單片機相連電源：USB供電硬件外設(shè)：板載LED 開發(fā)工具: Keil 測試軟件：串口調(diào)試助手，網(wǎng)絡(luò)調(diào)試助手看代碼之前，我們還是先來了解一下整個的程序流程，如圖3所示整個程序采用查詢方式,通過DHCP子程序成功獲取IP后可執(zhí)行NBNS服務(wù)。同時W5500EVB設(shè)置成HTTP Server，可以接收，并處理TCP Client發(fā)來的數(shù)據(jù)

基于W5500的NetBIOS應(yīng)用實例

圖3：主程序流程圖

本文主要討論如何在單片機上實現(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，讀取數(shù)據(jù)包并進行判斷是否為NETBIOS名字報文，如果是就將解析出的名字與本機名比較，如果一致就回復(fù)報文。

基于W5500的NetBIOS應(yīng)用實例

圖4：NBNS程序流程圖

在此貼出NETBIOS部分代碼，要獲取完整代碼，請到上進行下載。

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SPI接口讀取NBNS Socket寄存器狀態(tài)，如果檢測建立了UDP連接，并且收到數(shù)據(jù)則進行NBNS服務(wù)。第3段定義了NetBIOS name緩存區(qū)，Netbios name長度為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NBNS核心部分：

第7、8兩段將接受緩存區(qū)數(shù)據(jù)對定義的包頭進行賦值，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行名字解析。第11行進行NetBIOS名字進一步比較。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段為檢測到NBNS Socket為SOCK_CLOSED，則打開137端口的UDP Socket。

四實驗測試

試驗中，我們通過W5500EVB對NetBIOS的解析，并用瀏覽器直接訪問設(shè)備名稱，來實現(xiàn)對設(shè)備的遠程訪問，以達實驗?zāi)康?。下面就來看一下實驗測試全過程。

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