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裡方便地控制家居設備，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備內嵌的網頁便可實現控制。但是設備的IP地址都是通過家裡的路由器自動獲得的，設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地址來實現瀏覽器訪問該設備網頁的辦法，就是類似DNS之類，但是無需連外網，只在家庭網路內能訪問即可。
這使我想起一個古老的協議，NetBIOS(Network Basic Input/Output System)。這個在上世紀80年代由IBM開發的協議，主要用於數十臺左右計算機組成的小型局域網，該協議的主要用途之一就是把計算機名稱解析為相應IP地址。如果每個設備有一個固定名字，在實現了NetBIOS的前提下，用戶在瀏覽器里輸入該設備的名字，然後通過NetBIOS解析，便可實現訪問該設備網頁的這個功能了。而且NetBIOS占用系統資源少，在單片機上運行不成問題。於是推薦這個朋友在他的設備上實現了NetBIOS協議，解決了他的煩惱。
除了智能家居，在當下物聯網時代，想必還有其他應用也會遇到類似問題，就拿手頭的WIZnet-W5500評估板實現了一下NetBIOS，希望能對做網路設備開發的朋友有所幫助。在用W5500實現之前，我們還是先在PC上看一下NetBIOS到底是一個什麼東西。
二 NetBIOS協議
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操作系統中，默認情況下在安裝TCP/IP協議後會自動安裝NetBIOS。查看方法如下：本地連接屬性的中“高級TCP/IP設置”視窗中選擇“WINS”選項卡，在“NetBIOS設置”區域中就可以設置相應的NetBIOS，如圖1：
圖1 WINS下的NetBIOS設置
Ping主機名的第一個數據包就是NBNS（NetBIOS Name Server),協議包，它是 TCP/IP 上的 NetBIOS (NetBT) 協議族的一部分，它在基於 NetBIOS 名稱訪問的網路上提供主機名和地址映射方法。NBNS是動態DNS的一種，Microsoft的NBNS實現稱為WINS。NetBIOS的報文類型較多、結構復雜，不同的網路環境及不同的用途中，會使用不同報文，可用端口進行區分，WINS協議中，NetBIOS名字報文、數據報報文及會話報文分別使用TCP 137、138和139埠。
NetBIOS 數據報有很多不同格式，主要取決於服務和信息類型，以及用以傳送 NetBIOS 數據報的傳輸協議。 NetBIOS 協議架構可見圖2，其中包含三種基本服務： NAME、SESSION 和 DATAGRAM ，其中NAME所用協議就是NBNS協議。
圖2：NetBIOS協議架構
下麵看一下WINS協議使用的報文NETBIOS的名字報文（NAME）的總體格式如表1：
報文的前12位元組總稱為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：
通過攜帶問題記錄的報文，我們可以得到要查詢的名字字元，如果和本機名相符，就發送報文響應，響應中帶有IP地址，發送廣播的主機就會得到該IP地址
三 W5500EVB實現NETBIOS名字報文解析
瞭解了NETBIOS協議之後，下麵就讓我們通過W5500EVB做一個嵌入NetBIOS的簡單實驗。
1.實驗目的：通過在DOS下ping該設備名“WIZNRTW5500”，可以得到開發板的IP地址。
2.硬體環境
1.單片機：STM32F103RC，256K位元組Flash，48K位元組SRAM，2K位元組EEPROM
2.以太網控制器：W5500，SPI介面與單片機相連
3.電源：USB供電
4.硬體外設：板載LED
1.開發工具: Keil
2.測試軟體：串口調試助手，網路調試助手看代碼之前，我們還是先來瞭解一下整個的程式流程，如圖3所示整個程式採用查詢方式,通過DHCP子程式成功獲取IP後可執行NBNS服務。同時W5500EVB設置成HTTP Server，可以接收，並處理TCP Client發來的數據
圖3：主程式流程圖
本文主要討論如何在單片機上實現NETBIOS名字解析服務，DHCP和TCP Server相關部分子程式在此不再詳細介紹，根據NETBIOS名字解析服務子程式流程圖（如圖4示），我們可以得知當查詢到137埠收到網路的UDP數據包時，讀取數據包並進行判斷是否為NETBIOS名字報文，如果是就將解析出的名字與本機名比較，如果一致就回復報文。
在此貼出NETBIOS部分代碼，要獲取完整代碼，請到這裡上下載。
void do_netbios(void)
{
unsigned char state;
unsigned int len;
1 state = getSn_SR(NETBIOS_SOCK);
switch(state)
{
case SOCK_UDP:
2 if((len=getSn_RX_RSR(NETBIOS_SOCK))>0)
{
unsigned char rem_ip_addr[4];
uint16 rem_udp_port;
3 char netbios_name[NETBIOS_NAME_LEN+1];
4 NETBIOS_HDR* netbios_hdr;
5 NETBIOS_NAME_HDR* netbios_name_hdr;
6 len=recvfrom(NETBIOS_SOCK,(unsignedchar*)&netbios_rx_buf,len,rem_ip_addr,&rem_udp_port);
printf(“rem_ip_addr=%d.%d.%d.%d:%drn”,rem_ip_addr[0],rem_ip_addr[1],rem_ip_addr[2],rem_ip_addr[3],rem_udp_port);
7 netbios_hdr = (NETBIOS_HDR*)netbios_rx_buf;
8 netbios_name_hdr = (NETBIOS_NAME_HDR*)(netbios_hdr+1);
/* if the packet is a NetBIOS name query question */
9 if(((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 questionrn”);
/* decode the NetBIOS name */
10 netbios_name_decoding( (char*)(netbios_name_hdr->encname), netbios_name, sizeof(netbios_name));
printf(“name is %srn”,netbios_name);
/* if the packet is for us */
11 if (strcmp(netbios_name, NETBIOS_W5500_NAME) == 0)
{
uint8 ip_addr[4];
NETBIOS_RESP *resp = (NETBIOS_RESP*)netbios_tx_buf;
/* prepare NetBIOS header response */
12 resp->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 */
13 sendto(NETBIOS_SOCK, (unsigned char*)resp, sizeof(NETBIOS_RESP), rem_ip_addr, rem_udp_port);
printf(“send responsern”);
}
}
}
break;
14 case 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段程式功能為通過SPI介面讀取NBNS Socket寄存器狀態，如果檢測建立了UDP連接，並且收到數據則進行NBNS服務。第3段定義了NetBIOS name緩存區，Netbios name長度為16。第4、5段定義了NetBIOS 包頭和其name部分結構體變量。第6段為讀取137埠的UDP數據)netbios_rx_buf。接下來NBNS核心分：
第7、8兩段將接受緩存區數據對定義的包頭進行賦值，第9，10段，判斷數據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。比較一致後，第12段程式準備回復NetBIOS包頭和內容。第13段，發送NetBIOS回復響應。第14段為檢測到NBNS Socket 為SOCK_CLOSED，則打開137埠的UDP Socket。
四 實驗測試
試驗中，我們通過W5500EVB對NetBIOS的解析，並用瀏覽器直接訪問設備名稱，來實現對設備的遠程訪問，以達實驗目的。下麵就來看一下實驗測試全過程。
1.首先，打開串口調試助手，運行DHCP相關程式。可看到圖5中所示，W5500EVB成功通過DHCP獲得可用IP地址。
- 在DOS下，ping W5500EVB設備名：WIZNET5500，可看到如圖6中，獲取設備IP地址為：192.168.1.100 。
圖6：通過Ping命令獲取W5500的IP地址
- 運行NetBIOS解析程式，在串口調試助手中看到解析過程，如圖7所示：
圖7：W5500 EVB解析本地網路中的NetBIOS廣播包
- 最後，我們在瀏覽器中輸入要訪問的設備名稱：wiznet5500，可以看到順利訪問到設備中的內置網頁，瀏覽到設備的配置信息。NetBIOS解析成功！如圖8所示：
圖8：在IE瀏覽器中輸入設備名稱，可以訪問內置網頁
五 總結
隨著物聯網事業的發展，越來越多的網路設備走進千家萬戶。對於普通用戶來說，設定和查詢IP地址顯得稍微麻煩，即插即用的設備將會受到人們的青睞。本次實驗，我們在STM32上實現了NetBIOS name Server，通過在瀏覽器中輸入設備的名字就可以登錄到設備中的網頁中，然後就可以進行查看和控制。這樣以來，只要知道該設備的名字，無需用客戶端軟體就能對設備進行控制。例子很簡單，但希望能給大家提供一個思路，將其應用到你的智能家居DIY製作中，讓智能家居真正的“智能”起來！
通過：iwiznet.cn
刊登在《無線電》2月刊