CN112165446A - 一种VxWorks系统网络侦听方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种VxWorks系统网络侦听方法，能够实现VxWorks操作系统下以太网络数据包的抓取和分析功能，实时接收，实时处理，还具有识别数据包来自哪个网卡的功能，可以用于双冗余网络系统的网络侦听；同时，本发明也可作为一种VxWorks操作系统网络应用软件的调试手段，有助于提高应用软件的开发效率。
Description
技术领域
本发明属于嵌入式系统通信技术领域，具体涉及一种VxWorks系统的网络侦听方法。
背景技术
当前，随着计算机和通信技术的快速发展，嵌入式系统的性能日益提高，集成度更高、计算速度更快、存储容量更大，使嵌入式系统得到广泛应用，同时，在嵌入式系统领域的很多行业，网络通信取代了传统串口，并取得了良好的效益。在嵌入式系统中常用的是以太网，它是一种高速通信方法。
在以太网软件的开发与调试中，当出现以太网通信异常的情况时，常常借助侦听软件来对故障进行定位，确定是应用软件还是网络配置或者硬件链接出现问题，能够很快找出原因，使问题得到解决。所以，通用操作系统Windows及unixi系统都有网络侦听软件，比如，Windows操作系统的Sniffer Pro、OmniPeek、Ethereal和Wireshark，Unix系统下的tcpdump，它们都是必备的装机软件。而嵌入式VxWorks操作系统，支持网络通信，但不提供以太网侦听应用软件，使得VxWorks用户不能像Windows和Unix用户那样借助侦听软件，快速、便捷、高效地开发网络通信软件。所以，有必要开发基于VxWorks系统的网络侦听软件，为用户开发网络通信软件提供必要的帮助。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种VxWorks系统网络侦听方法，能够实现VxWorks操作系统下以太网络数据包的抓取和分析功能。
一种VxWorks系统网络侦听方法，包括如下步骤：
步骤1、利用MUX接口函数库的muxBind函数，把用户需要的协议和网卡链路层驱动进行绑定，同时绑定回调函数，即把用户编写的侦听函数设置为由MUX层负责调用的回调函数；
绑定回调函数时，所述侦听函数的函数指针是muxBind函数的一个参数；
步骤2、利用MUX接口函数库的muxIoctl函数，设置网卡的工作模式为混杂模式；
步骤3、当MUX层收到网卡驱动程序发送的数据包时，调用侦听函数捕获数据包。
较佳的，用户需要的协议包括MUX_PROTO_SNARF协议、MUX_PROTO_PROMISC协议或者MUX_PROTO_OUTPUT协议。
较佳的，设置网卡的工作模式为混杂模式的方法为：首先用muxIoctl函数获取网卡的当前的工作模式字，在得到的模式字中加入混杂模式，再把模式字写入网卡，完成混杂工作模式的设置。
较佳的，所述侦听函数还用于分析和处理报文内容。
较佳的，当网卡有2个时，侦听函数捕获到数据包后，首先识别数据包是哪块网卡收到的，再把数据包的报文内容显示出来。
本发明具有如下有益效果：
本发明的一种VxWorks系统网络侦听方法，能够实现VxWorks操作系统下以太网络数据包的抓取和分析功能，实时接收，实时处理，还具有识别数据包来自哪个网卡的功能，可以用于双冗余网络系统的网络侦听；同时，本发明也可作为一种VxWorks操作系统网络应用软件的调试手段，有助于提高应用软件的开发效率。
具体实施方式
下面对本发明进行详细描述。
本发明描述的是一种用于嵌入式系统以太网的网络侦听方法,适用于基于VxWorks操作系统的软件开发。
本发明描述的网络侦听方法用于捕获网络数据包，适用于开发类似windows系统的sniffer抓包软件那样的VxWorks应用软件。该方法使VxWorks用户能够接收通过网卡的全部以太网数据包，在数据录取、故障定位、网络诊断等诸多方面为用户的软件开发提供强有力的帮助。
嵌入式开发操作系统VxWorks不提供随机的网络侦听软件，所以，本发明描述的方法可为VxWorks操作系统用户提供这方面的技术支持，提供一种基于vxworks操作系统的以太网侦听方法，使VxWorks用户可以像Windows用户一样用抓包软件捕获数据包，在软件开发和应用的过程中得到所需的帮助。
为了更好地理解本发明描述的侦听方法的机理，有必要先介绍一下VxWorks网络协议栈的MUX层机制。
与通用计算机操作系统相比，嵌入式操作系统的网络设计要求适应更多的网络设备，支持更多网络协议。为了便于网络驱动程序和协议的开发，要求驱动程序和协议之间的耦合较松，因此，VxWorks操作系统在协议层和数据链路层之间加了MUX层。也就是说MUX层是为了减弱驱动程序和协议之间的耦合性而设计的。它的优点是，在开发网络设备驱动程序时，程序员不要考虑协议的影响，只要实现MUX提供的接口；同样，在开发协议时，也不要考虑下层驱动的影响，只要遵循MUX层接口规范。值得注意的是，网络协议层和数据链路层驱动程序不能直接通讯，它们必须通过MUX。
VxWorks网络协议栈的基本特征和传统的TCP/IP协议相似，VxWorks的网络协议栈最大的特点是在数据链路层和网络协议层之间多了MUX层。
在VxWorks的网络协议栈中，网络接口的驱动程序叫做END(Enhanced NetworkDriver)，即增强型网络驱动程序，它处于数据链路层，是一种面向桢结构的驱动。IP层和TCP/UDP层合称为网络协议层。
在数据链路层和网络协议层之间有应用程序接口(API)，叫做MUX(Multiplexer)接口，VxWorks提供了MUX接口例程库，用户使用该例程库实现对协议层和链路层的访问和控制。
本发明主要利用VxWorks操作系统的MUX接口例程库实现，在MUX层进行网络侦听，捕获网络数据包。
因为用户一般无法直接访问链路层，所以，用户只能通过MUX层获取数据包，具体说，就是用MUX例程库的MuxBind函数把一个协议和链路驱动程序关联起来，这样，驱动程序收到数据包后，就会传给MUX层，收到数据包后，MUX层调用协议对应的回调函数，获取网络数据包。回调函数是用户编写的C/C++函数,其函数指针是MuxBind函数的一个参数。
在VxWorks系统下，网卡接收到数据包后，向上传送给MUX层。在缺省工作模式下，网卡只接收发给本机的数据包，因此，为了实现侦听功能，需要改变网卡的工作模式，把网卡设为混杂模式。在混杂模式下，网卡不管数据包是不是发给本机，能够接收通过它的所有数据包,既接收发给本机的数据包，也接收不是发给本机的数据包。使用MUX例程库的muxIoctl函数设置混杂模式。
这样，通过调用MUX例程库函数，就可以实现网络侦听功能：网卡接收网上所有的数据包并上传给MUX层，MUX层再调用协议对应的函数获取网络数据包。
具体内容如下：
步骤1、绑定协议到链路层
利用MUX接口函数库的muxBind函数，把MUX_PROTO_SNARF协议和网卡链路层驱动进行绑定，同时绑定回调函数，即把用户编写的侦听函数设置为由MUX层负责调用的回调函数。
MUX_PROTO_SNARF协议的含义是：在所有标准协议之前调用用户的接收函数。还有MUX_PROTO_PROMISC、MUX_PROTO_OUTPUT等协议，用户有其它需要时，可根据需要绑定相应的协议。
绑定回调函数时，用户编写的侦听函数的函数指针是muxBind函数的一个参数。
绑定成功后，当MUX层收到网卡驱动程序发送的数据包时，会自动调用侦听函数捕获数据包。
步骤2、设置混杂工作模式。
利用MUX接口函数库的muxIoctl函数，设置网卡的工作模式为混杂模式，使网卡能够接收所有数据包。首先用muxIoctl函数获取网卡的当前的工作模式字(命令字参数为EIOCGFLAGS)，在得到的模式字中加入混杂模式(位操作运算，位或(|)IFF_PROMISC)，再把模式字写入网卡(命令字参数为EIOCSFLAGS)，这样，就可完成混杂工作模式的设置。注：EIOCGFLAGS、EIOCSFLAGS和IFF_PROMISC是系统提供的muxlib.h文件中的宏定义。
步骤3、侦听函数：
侦听函数既可以获取数据包，还可以根据用户的需要在侦听函数中增加分析、处理报文内容的功能。数据包主要包括数据的来源、类型和长度、IP地址等信息。用户也可根据需要，编写代码，实现诸如报文内容的转换、打印和存盘等功能。
实施例：
运行环境由三台计算机和一个HUB组成。一台工控机，安装有vxworks操作系统，奔腾CPU，3块网卡，网卡0，网卡1,和网卡2，为Intel公司生产的同型号网卡，网卡的驱动程序相同。在该机上运行用本发明编写的侦听软件。
工控机的网卡0和网卡1用于侦听抓包，侦听软件需分别调用MuxBind函数为它们绑定网卡协议(MUX_PROTO_SNARF)和侦听函数，侦听软件还需分别调用muxIoctl函数把它们的工作模式设置为混杂模式(IFF_PROMISC)。网卡2用于侦听软件在Tornado环境下的在线开发和调试，只设置IP地址和地址掩码即可。
两台办公用PC机，均安装Windows XP系统，一台电脑专门运行各种网络测试软件，用来发送网络数据包，另一台电脑除了运行网络测试软件，还装有Tornado软件，用于侦听软件的在线开发和调试。
还有一个HUB。工控机和两台PC机分别用网线连接在HUB上，组成一个局域网，其中工控机的三块网卡都用网线连在HUB上。
运行过程是：首先所有设备开机，工控机运行侦听软件。随后两台办公用PC机运行网络测试软件，发送网络数据包。工控机捕获到数据包时，首先识别数据包是工控机的哪块网卡收到的，再把数据包的报文内容显示出来。
试验中，测试人员用sniffer、ping和自写网络测试软件发送各种数据包，工控机侦听软件都能实时捕获，并且数据包完整正确。还进行了稳定性测试，侦听软件运动稳定，工作正常。
试验成功后，该方法应用于单位开发的某型训练设备的双冗余网络侦听软件，实现了双冗余网络的侦听功能，能够实时捕获各种数据包，满足使用要求。
注：可参考Tornado的帮助文档，获取关于MuxBind和muxIoctl函数的功能、参数和返回值等的详细说明。
本发明的一种基于VxWorks操作系统的以太网侦听方法，该方法利用VxWorks操作系统网络协议栈的MUX机制，用MUX例程库进行编程，具有简单、实用、灵活和高效的特点，能够实时捕获各种数据包，应用于多网卡设备时，还能够识别数据包来自哪个网卡，已应用于产品开发中。实证表明，该方法是VxWorks操作系统下一种有效的网络调试手段，能够提高以太网应用软件的开发效率。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种VxWorks系统网络侦听方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、利用MUX接口函数库的muxBind函数，把用户需要的协议和网卡链路层驱动进行绑定，同时绑定回调函数，即把用户编写的侦听函数设置为由MUX层负责调用的回调函数；
绑定回调函数时，所述侦听函数的函数指针是muxBind函数的一个参数；
步骤2、利用MUX接口函数库的muxIoctl函数，设置网卡的工作模式为混杂模式；
步骤3、当MUX层收到网卡驱动程序发送的数据包时，调用侦听函数捕获数据包。
2.如权利要求1所述的一种VxWorks系统网络侦听方法，其特征在于，用户需要的协议包括MUX_PROTO_SNARF协议、MUX_PROTO_PROMISC协议或者MUX_PROTO_OUTPUT协议。
3.如权利要求1所述的一种VxWorks系统网络侦听方法，其特征在于，设置网卡的工作模式为混杂模式的方法为：首先用muxIoctl函数获取网卡的当前的工作模式字，在得到的模式字中加入混杂模式，再把模式字写入网卡，完成混杂工作模式的设置。
4.如权利要求1所述的一种VxWorks系统网络侦听方法，其特征在于，所述侦听函数还用于分析和处理报文内容。
5.如权利要求4所述的一种VxWorks系统网络侦听方法，其特征在于，当网卡有2个时，侦听函数捕获到数据包后，首先识别数据包是哪块网卡收到的，再把数据包的报文内容显示出来。
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