基于WDTU無線終端實現(xiàn)無線DNS功能的設(shè)計方案

引言

WDTU是一種實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕K端設(shè)備，目前在工業(yè)控制、監(jiān)控、安保等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛?，F(xiàn)有的WDTU實現(xiàn)了將采集到的數(shù)據(jù)通過GPRS／CDMA網(wǎng)絡(luò)接入到Internet，最終將數(shù)據(jù)傳送到以太網(wǎng)內(nèi)的數(shù)據(jù)中心。但是對數(shù)據(jù)中心有特別的要求：該數(shù)據(jù)中心必須具有公網(wǎng)的IP或是被上一級路由器／交換機映射成具有特定的端口。這使該設(shè)備的適用要求提高，降低了產(chǎn)品的適用范圍。為了提高產(chǎn)品的實用性，更加方便用戶使用，在原有系統(tǒng)上，利用ASIX OS豐富的協(xié)議資源，對當中的DNS協(xié)議部分作適當?shù)囊浦埠托薷?，基于ASIX OS設(shè)計和添加了DNS功能。本文將重點介紹DNS實現(xiàn)的相關(guān)內(nèi)容，其他部分只作簡單說明。

1 背景知識

WDTU系統(tǒng)主要有處理器、串口、電源、無線模塊、以太網(wǎng)口等組成。以太網(wǎng)口是為了功能擴展的需要而設(shè)置的，便于接入以太網(wǎng)。在本設(shè)計中只簡單說明以太網(wǎng)DNS，目的是為了與無線設(shè)備的DNS功能相區(qū)別。本設(shè)計重點討論無線DNS功能的實現(xiàn)。系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

UART2是數(shù)據(jù)接收端口，與外設(shè)數(shù)據(jù)源設(shè)備相連。而UART1是作為無線模塊的接口，與無線模塊的子板相連。系統(tǒng)的工作原理是：系統(tǒng)上電啟動以后，使用 PPP協(xié)議撥號上線，與運營商服務(wù)中心建立連接，然后服務(wù)中心的網(wǎng)關(guān)連接到指定IP或域名的數(shù)據(jù)中心主機上，此時就可以實現(xiàn)UART 2與以太網(wǎng)上的數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)傳輸。ASIX OS是基于μITRON3．0，為16／32位Garfield微處理器家族開發(fā)的實時操作系統(tǒng)。它包含了豐富的操作系統(tǒng)內(nèi)核和協(xié)議簇的多種API，能滿足用戶基本的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用需求。

2 DNS功能的設(shè)計方案

DNS（Domain Name Server）用于實現(xiàn)Internet上IP地址與域名的一一對應(yīng)。域名使用方便，而計算機內(nèi)部只處理IP地址，所以必須由域名服務(wù)器來進行兩者的轉(zhuǎn)換，這一過程就稱為域名解析。本設(shè)計中使用的是花生殼（Peanut Hull）的一款完全免費的客戶端軟件，它提供了桌面域名管理和動態(tài)域名解析的功能。首先在花生殼網(wǎng)站上注冊域名，然后在主機上運行該客戶端軟件，這樣就將用戶注冊的域名與該主機的IP地址綁定，形成映射。該軟件實現(xiàn)了特定的域名與變化的主機IP地址間的實時映射，為網(wǎng)外設(shè)備方便地訪問該主機提供了可能。

由DNS協(xié)議的要求知道：一個域名服務(wù)器負責一個或多個區(qū)域，而每個區(qū)域的管理者必須為該區(qū)域提供一個主域名服務(wù)器和至少一個從域名服務(wù)器，且兩者必須是獨立和冗余的。在實際使用中，由于受條件、實用性、成本等的限制，不使用主、從服務(wù)器。如果直接接入以太網(wǎng)，則沒有可用的DNS服務(wù)器，那么就使得第一級的域名解析不能進行，從而使最終的域名解析失敗。而本設(shè)計是基于無線網(wǎng)絡(luò)的，網(wǎng)絡(luò)接口層是通過串行通信協(xié)議：PPP（點對點協(xié)議）接入運營商的服務(wù)中心，再接入互聯(lián)網(wǎng)。

PPP協(xié)議本身分為3個子協(xié)議：LCP（Link ControlProtocol）、NCP（Net Control Protocol）、PPP擴展協(xié)議（用于身份驗證），而與網(wǎng)絡(luò)設(shè)置相關(guān)的主要是NCP協(xié)議。NCP協(xié)議用于終端設(shè)備連接到運營商的中心服務(wù)器，若終端設(shè)置了固定的有效IP，則終端將設(shè)定的IP封裝在配置請求數(shù)據(jù)包里，告知運營商端的服務(wù)器，建立連接；否則將IP設(shè)為全0，則服務(wù)器端隨機為WDTU終端設(shè)備分配一個動態(tài)IP，該IP每次復位后將改變。NCP的一個獨特之處是，它可以向服務(wù)器申請動態(tài)分配DNS服務(wù)器。由于沒有人工添加DNS解析的服務(wù)器，所以正是利用NCP的該功能，獲得實現(xiàn)DNS功能必需的DNS解析服務(wù)器。這也正是本設(shè)計的一大特點。

3 DNS功能的實現(xiàn)

3．1 必要的初始化

系統(tǒng)首先要完成一系列必要的初始化，包括協(xié)議棧和設(shè)備的初始化。對DNS的初始化主要包括：一，創(chuàng)建DNS服務(wù)器鏈表（服務(wù)器鏈表的大小可以根據(jù)實際需要開辟，本設(shè)計中使用5個），此時該鏈表是空的；二，創(chuàng)建DNS主機緩存，可以將一些常用的域名與IP映射信息存放在緩存中，供終端設(shè)備直接查找。

當完成上述的初始化以后，接下來進行PPP撥號，向運營商的服務(wù)中心發(fā)送LCP、NCP連接配置請求的數(shù)據(jù)包。其中NCP向服務(wù)中心發(fā)送請求分配DNS解析服務(wù)器的配置請求數(shù)據(jù)包，根據(jù)NCP的幀格式進行封裝。代碼實現(xiàn)的流程如圖2所示。

3．2 域名解析的實現(xiàn)

最終WDTU連接到登錄花生殼客戶端的主機，與之實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?；ㄉ鷼た蛻舳藭⒌卿浿鳈C的IP與申請的該域名的映射信息返回給花生殼公司的DNS服務(wù)器。而運營商與這些提供域名解析服務(wù)的公司之間建立聯(lián)系，提供DNS服務(wù)的公司通過直接或間接的連接，將本公司的DNS服務(wù)器域名信息系統(tǒng)與運營商的服務(wù)中心相連接，這樣，運營商就使得移動終端實現(xiàn)了域名的解析。DNS功能有多種類型，但主要的是兩種：由域名得到IP地址和根據(jù)IP地址得到相映射的域名。實際應(yīng)用中主要是需要根據(jù)域名查找到與之相對應(yīng)的IP地址。因此，本設(shè)計也是針對這種類型介紹的。

該過程分為兩個階段：查找終端的緩存，如果終端本身的緩存中已經(jīng)有該域名的信息，則該過程完成，不需要后續(xù)的操作；若沒有該域名的信息，則需要進一步向上一級的DNS解析服務(wù)器查詢該域名的信息，即DNS解析（resolve）。域名解析的核心正是在于向上一級的DNS解析器發(fā)出解析請求，解析器得到相匹配的IP以后，返回給終端設(shè)備，從而整個過程完成。由DNS協(xié)議的特點可知，為了方便后續(xù)域名查詢，提高后續(xù)的域名解析的效率，該協(xié)議規(guī)定，將新解析到的映射信息加入到高速緩存中。下列部分代碼說明了。DNS解析的過程：

DNS解析的功能是向上一級的DNS服務(wù)器（運營商服務(wù)中心動態(tài)分配的DNS服務(wù)器）發(fā)出請求，令其幫助查找該域名的映射信息。在DNS協(xié)議里，查詢信息的方法有兩種：遞歸查詢和迭代查詢。大多數(shù)情況下，為了使用上的方便，默認的都是遞歸查詢。這樣對于運營商的DNS服務(wù)器而言，其解析域名的過程跟 WDTU終端查詢域名的方法相同：先查詢服務(wù)器自身的緩存，若查到則過程完成，否則再向服務(wù)器的上一級DNS服務(wù)器查詢域名信息。而花生殼公司的服務(wù)器地址會直接或間接地存放在運營商的服務(wù)器鏈表中（這一部分由運營商和花生殼公司合作實現(xiàn)），從而可以從花生殼公司的服務(wù)器數(shù)據(jù)系統(tǒng)中得到該域名的映射IP。運營商的DNS服務(wù)器得到花生殼返回的數(shù)據(jù)包以后，過程完成。最后再從運營商動態(tài)分配的DNS服務(wù)器返回的DNS應(yīng)答數(shù)據(jù)包中提取IP地址信息。DNS系統(tǒng)整體的工作原理如圖3所示。

結(jié)語

由于工業(yè)對于借助無線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)遠距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蠛蛻?yīng)用越來越多，而傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸必須有固定的公網(wǎng)IP，這使得成本要求較高，限制了產(chǎn)品的使用范圍。本設(shè)計的創(chuàng)新點在于，使WDTU無線終端實現(xiàn)了DNS功能，這樣任意一臺主機都可作為“具有公網(wǎng)IP”的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心主機使用，使產(chǎn)品的應(yīng)用成本降低，對于提高產(chǎn)品的整體功能，促進產(chǎn)品的推廣具有重要的現(xiàn)實意義。

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