引言

WDTU是一種實(shí)現(xiàn)無(wú)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(shí)現(xiàn)了將采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)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(duì)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(jí)路由器／交換機(jī)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(shí)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(duì)當(dāng)中的DNS協(xié)議部分作適當(dāng)?shù)囊浦埠托薷模贏SIX OS設(shè)計(jì)和添加了DNS功能。本文將重點(diǎn)介紹DNS實(shí)現(xiàn)的相關(guān)內(nèi)容，其他部分只作簡(jiǎn)單說(shuō)明。

1 背景知識(shí)

WDTU系統(tǒng)主要有處理器、串口、電源、無(wú)線模塊、以太網(wǎng)口等組成。以太網(wǎng)口是為了功能擴(kuò)展的需要而設(shè)置的，便于接入以太網(wǎng)。在本設(shè)計(jì)中只簡(jiǎn)單說(shuō)明以太網(wǎng)DNS，目的是為了與無(wú)線設(shè)備的DNS功能相區(qū)別。本設(shè)計(jì)重點(diǎn)討論無(wú)線DNS功能的實(shí)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(wú)線模塊的接口，與無(wú)線模塊的子板相連。系統(tǒng)的工作原理是：系統(tǒng)上電啟動(dòng)以后，使用 PPP協(xié)議撥號(hào)上線，與運(yùn)營(yíng)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(jī)上，此時(shí)就可以實(shí)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(kāi)發(fā)的實(shí)時(shí)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(jì)方案

DNS（Domain Name Server）用于實(shí)現(xiàn)Internet上IP地址與域名的一一對(duì)應(yīng)。域名使用方便，而計(jì)算機(jī)內(nèi)部只處理IP地址，所以必須由域名服務(wù)器來(lái)進(jìn)行兩者的轉(zhuǎn)換，這一過(guò)程就稱為域名解析。本設(shè)計(jì)中使用的是花生殼（Peanut Hull）的一款完全免費(fèi)的客戶端軟件，它提供了桌面域名管理和動(dòng)態(tài)域名解析的功能。首先在花生殼網(wǎng)站上注冊(cè)域名，然后在主機(jī)上運(yùn)行該客戶端軟件，這樣就將用戶注冊(cè)的域名與該主機(jī)的IP地址綁定，形成映射。該軟件實(shí)現(xiàn)了特定的域名與變化的主機(jī)IP地址間的實(shí)時(shí)映射，為網(wǎng)外設(shè)備方便地訪問(wèn)該主機(jī)提供了可能。

由DNS協(xié)議的要求知道：一個(gè)域名服務(wù)器負(fù)責(zé)一個(gè)或多個(gè)區(qū)域，而每個(gè)區(qū)域的管理者必須為該區(qū)域提供一個(gè)主域名服務(wù)器和至少一個(gè)從域名服務(wù)器，且兩者必須是獨(dú)立和冗余的。在實(shí)際使用中，由于受條件、實(shí)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(méi)有可用的DNS服務(wù)器，那么就使得第一級(jí)的域名解析不能進(jìn)行，從而使最終的域名解析失敗。而本設(shè)計(jì)是基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的，網(wǎng)絡(luò)接口層是通過(guò)串行通信協(xié)議：PPP（點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議）接入運(yùn)營(yíng)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(gè)子協(xié)議：LCP（Link ControlProtocol）、NCP（Net Control Protocol）、PPP擴(kuò)展協(xié)議（用于身份驗(yàn)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(yùn)營(yíng)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(qǐng)求數(shù)據(jù)包里，告知運(yùn)營(yíng)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(jī)為WDTU終端設(shè)備分配一個(gè)動(dòng)態(tài)IP，該IP每次復(fù)位后將改變。NCP的一個(gè)獨(dú)特之處是，它可以向服務(wù)器申請(qǐng)動(dòng)態(tài)分配DNS服務(wù)器。由于沒(méi)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(shí)現(xiàn)DNS功能必需的DNS解析服務(wù)器。這也正是本設(shè)計(jì)的一大特點(diǎn)。

3 DNS功能的實(shí)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(duì)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(shí)際需要開(kāi)辟，本設(shè)計(jì)中使用5個(gè)），此時(shí)該鏈表是空的；二，創(chuàng)建DNS主機(jī)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(dāng)完成上述的初始化以后，接下來(lái)進(jìn)行PPP撥號(hào)，向運(yùn)營(yíng)商的服務(wù)中心發(fā)送LCP、NCP連接配置請(qǐng)求的數(shù)據(jù)包。其中NCP向服務(wù)中心發(fā)送請(qǐng)求分配DNS解析服務(wù)器的配置請(qǐng)求數(shù)據(jù)包，根據(jù)NCP的幀格式進(jìn)行封裝。代碼實(shí)現(xiàn)的流程如圖2所示。

3．2 域名解析的實(shí)現(xiàn)

最終WDTU連接到登錄花生殼客戶端的主機(jī)，與之實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?；ㄉ鷼た蛻舳藭?huì)將登錄主機(jī)的IP與申請(qǐng)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(yùn)營(yíng)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(guò)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(yùn)營(yíng)商的服務(wù)中心相連接，這樣，運(yùn)營(yíng)商就使得移動(dòng)終端實(shí)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(shí)際應(yīng)用中主要是需要根據(jù)域名查找到與之相對(duì)應(yīng)的IP地址。因此，本設(shè)計(jì)也是針對(duì)這種類型介紹的。

該過(guò)程分為兩個(gè)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(guò)程完成，不需要后續(xù)的操作；若沒(méi)有該域名的信息，則需要進(jìn)一步向上一級(jí)的DNS解析服務(wù)器查詢?cè)撚蛎男畔?，即DNS解析（resolve）。域名解析的核心正是在于向上一級(jí)的DNS解析器發(fā)出解析請(qǐng)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(gè)過(guò)程完成。由DNS協(xié)議的特點(diǎn)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(shuō)明了。DNS解析的過(guò)程：

DNS解析的功能是向上一級(jí)的DNS服務(wù)器（運(yùn)營(yíng)商服務(wù)中心動(dòng)態(tài)分配的DNS服務(wù)器）發(fā)出請(qǐng)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(rèn)的都是遞歸查詢。這樣對(duì)于運(yùn)營(yíng)商的DNS服務(wù)器而言，其解析域名的過(guò)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(guò)程完成，否則再向服務(wù)器的上一級(jí)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(huì)直接或間接地存放在運(yùn)營(yíng)商的服務(wù)器鏈表中（這一部分由運(yùn)營(yíng)商和花生殼公司合作實(shí)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(yùn)營(yíng)商的DNS服務(wù)器得到花生殼返回的數(shù)據(jù)包以后，過(guò)程完成。最后再?gòu)倪\(yùn)營(yíng)商動(dòng)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(yǔ)

由于工業(yè)對(duì)于借助無(wú)線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蠛蛻?yīng)用越來(lái)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(jì)的創(chuàng)新點(diǎn)在于，使WDTU無(wú)線終端實(shí)現(xiàn)了DNS功能，這樣任意一臺(tái)主機(jī)都可作為“具有公網(wǎng)IP”的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心主機(jī)使用，使產(chǎn)品的應(yīng)用成本降低，對(duì)于提高產(chǎn)品的整體功能，促進(jìn)產(chǎn)品的推廣具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

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