基于W5500+STM32的SNMP协议应用-文章-技术应用-网络通信

基于W5500+STM32的SNMP协议应用

时间:05-12 08:48 阅读:3572次

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简介：工具： PC W5500EVB Net-SNMP软件包
编译环境：Keil4 &IAR
功能：通过网络管理协议SNMP及基本的控制命令实现简单的LED控制

一、W5500简介

韩国WIZnet公司生产的以太网控制芯片W5500整合了五层结构中的前四层，即物理层、数据链路层、网络层和传输层，并在内部利用硬件实现了TCP/IP协议栈。开发者无需专业的网络知识，使用W5500如同控制外部存储器一样简单，为用户提供了最简单的网络接入方法。全硬件TCP/IP协议栈完全独立于主控芯片，可以降低主芯片负载且无需移植繁琐的TCP/IP协议栈，便于产品实现网络化更新。以太网控制芯片W5500具有以下特点：

1、W5500支持硬件TCP/IP协议，包括TCP、UDP、ICMP、IPv4、ARP、IGMP、PPPoE和以太网的PHY和MAC层，TCP/IP协议的硬件实现

2、支持8个独立的SOCKET同时工作，可同时工作在不同的工作模式；

3、支持高速SPI接口（SPI MODE 0，3），SPI的时钟最高可达到80MHz，极大地提高了网络通信的数据传输速率；

4、内部集成32KB存储器用于发送/接收缓存；

5、内嵌10BaseT/100BaseTX以太网物理层（PHY）；

6、支持自动协商（10/100-Based全双工/半双工）；

7、工作电压为3.3V，但I/O信号口可承受5V电压；

二、SNMP协议简介

SNMP：“简单网络管理协议”，用于网络管理的协议。

SNMP定义在IP协议上，使用无连接的UDP进行通信，SNMP支持5个基本的操作，分别是：GetRequest、GetNextRequest、SetRequest、GetResponse和Trap，这 5个操作来自各自的PDU结构。SNMP采用的是一个请求---应答的通信方式，Trap除外，Trap不需要应答。

在具体实现上，SNMP为管理员提供了一个网管平台(NMS)，又称为管理站，负责网管命令的发出、数据存储、及数据分析。被监管的设备上运行一个SNMP代理(Agent)，代理实现设备与管理站的SNMP通信。管理站与代理端通过MIB进行接口统一，MIB定义了设备中的被管理对象。管理站和代理都实现了相应的MIB对象，使得双方可以识别对方的数据，实现通信。管理站向代理申请MIB中定义的数据，代理识别后，将管理设备提供的相关状态或参数等数据转换为MIB定义的格式，应答给管理站，完成一次管理操作。Agent在161端口监听传来的GetRequest、GetNextRequest和SetRequest命令，NMS在162端口监听传来的Trap。SNMP操作请求被封装成一个简单的UDP分组，接收端处理完请求后应答一个UDP的SNMP消息报文；一个请求对应一个应答就完成了一次操作。

SNMP的工作方式：管理员需要向设备获取数据，所以SNMP提供了读操作；管理员需要向设备执行设置操作，所以SNMP提供了写操作；设备需要在重要状况改变的时候，向管理员通报事件的发生，所以SNMP提供了Trap操作。对于网络管理，我们面对的数据是设备的配置、参数、状态等信息，面对的操作是读取和设置；同时，因为网络设备众多，为了能及时得到设备的重要状态，还要求设备能主动地汇报重要状态，这就是报警功能。

Get：读取网络设备的状态信息。

Set：远程配置设备参数。

Trap：管理站及时获取设备的重要信息。

下面是管理信息库的对象标识

对象命名树的顶级对象有三个，即ISO、ITU-T和这两个组织的联合体。Internet（标号是1）在ISO 下的被标识组织的dod下,其标识符为{1.3.6.1}。Internet结点下面的第二个结点是mgmt（管理），标号是2。其标识为{1.3.6.1.2.1}或{Internet(1).2.1}。这种标识为对象标识符，即ObjectID ，简称OID。这里要提一下MIB中的对象{1.3.6.1.4.1}，即enterprises（企业），其所属结点数已超过3000。例如IBM为{1.3.6.1.4.1.2}，Cisco为{1.3.6.1.4.1.9}，Novell为{1.3.6.1.4.1.23}等。世界上任何一个公司、学校只要用电子邮件发往iana-mib@isi.edu进行申请即可获得一个结点名。这样各厂家就可以定义自己的产品的被管理对象名，使它能用SNMP进行管理。

三、Net-SNMP软件包

目前，开发SNMP的软件包有许多可以选择如SNMP++、AGENT++、NET-SNMP等。这里我们选用的是NET-SNMP。首先它是一个开源软件，其次基于C语言开发，便于移植。

net-snmp早先是在Unix平台下开发的。现可以移植到 Linux 、 Windows等多个平台。Net-snmp是一个代理端软件，但也提供管理端的查询工具。安装有两种方式：一是直接安装的二进制包，二是需要编译的源代码。我们在windows平台上安装的二进制包，在windows上的二进制包的安装就非常简单了，只需按提示就可完成。源代码和二进制包可从www.net-snmp.org网站下载，本文中所用的是net-snmp5.2.1.2的版本。之所以要先安装一个可运行的net-snmp系统，是因为我们开发程序运行环境的配置文件，是按照默认安装路径内部设定搜索的；另外，还可以利用其提供的配置工具来生成配置文件，利用提供的查询工具来测试程序。运行net-snmp之前先要进行环境设置，否则无法查询到结果。

四、系统设计

1. 硬件设计

下图是控制板实物图和LED内部接线图。MCU选用Cotex M3系列STM32F103芯片，以太网控制芯片选用WIZnet的W5500。程序以控制D3为例详细介绍SNMP协议的应用。D3和MCU的PA3相连，低电平有效。

2.程序设计

在分析细节代码之前，我们还是先来看一下主函数。在这里完成了对W5500EVB的初始化，并在主函数中加入简单的LED灯闪烁提示，同时也为SNMP协议启动做好准备，之后便进入SNMP协议操作进程。SNMP协议操作程序主要是snmplib和snmpdemo两个子函数。以下是系统基本的工作流程。

在snmplib程序中详细介绍了SNMP协议的工作流程。以下主要对报警报文的发送进行简单地分析。NMS网管平台在UDP模式下打开162端口监听传来的Trap，成功得到Trap后关闭SOCK_SNMP。

int32 SnmpXTrapSend(... ...)

{

..................

// Send Packet

{

uint8 svr_addr[6];

//UDPOpen(SOCK_SNMP, 162);

socket(SOCK_SNMP,Sn_MR_UDP,162,0);

ipToByteArray(managerIP, svr_addr);

sendto(SOCK_SNMP, packet_trap, packet_index, svr_addr, 162);

close(SOCK_SNMP);

return 0;

}

Agent工作在UDP模式下，在SOCK_SNMP中打开161端口监听传来的GetRequest、GetNextRequest和SetRequest命令。成功打开端口以后，首先通过读取空闲接收缓存寄存器来判断是否接收到数据。如果接收到数据，就通过recvfrom（）从具体的端口和地址把数据读出来。之后判断数据是否正确，若果不正确就返回再次读取，如果数据正确，就发送到网络端执行命令。。最后关闭SOCK_SNMP，执行下一次操作。

int32 SnmpXDaemon()

{

int32 snmpfd = 0;

int32 fromlen = 0;

int32 retStatus = 0;

int32 len = 0;

uint8 loopsnmpd = 1;

uint8 svr_addr[6];

uint16svr_port;

UNUSED(snmpfd);

UNUSED(fromlen);

UNUSED(retStatus);

// UDPOpen(SOCK_SNMP, 161);

socket(SOCK_SNMP,Sn_MR_UDP,161,0);

WDEBUG("Start SNMP Daemon(Agent) ");

while(loopsnmpd)

{

if ( (len = getSn_RX_RSR(SOCK_SNMP))>0 )

{

request_msg.len= recvfrom(SOCK_SNMP, (uint8 *)&request_msg.buffer[0], len, svr_addr, &svr_port);

}

else

{

request_msg.len = 0;

continue;

}

if (request_msg.len > 0)

{

dumpCode("\r\n[Request]\r\n","\r\n",request_msg.buffer,request_msg.len);

request_msg.index = 0;

response_msg.index = 0;

errorStatus = errorIndex = 0;

if (parseSNMPMessage() != -1)

{

sendto(SOCK_SNMP, response_msg.buffer, response_msg.index, svr_addr, svr_port);

} dumpCode("\r\n[Response]\r\n","\r\n",response_msg.buffer,response_msg.index);

}

close(SOCK_SNMP);

return(0);

}

在snmpdemo子函数下有两个函数，第一个定义了一个大的数组，将MIB的不同对象都放在其中，这样我们就可在具体的位置得到需要的信息。

本次实验中控制LED动作的MIB对象分别定义为：

{8, {0x2b, 6, 1, 4, 1, 0, 2, 0},SNMPDTYPE_INTEGER, 4, {""}, NULL, setWIZnetLed}

其中8为OID长度，0x2b是ASN.1中“1.3”的缩写，即：1*40+3=0x2b。整个OID其实为1.3.6.1.4.1.0.2.0。setfuction函数为setWIZnetLed：

void setWIZnetLed(int32 val)

{

wiznetLedStatus = val;

if ( wiznetLedStatus==0 )

GPIO_SetBits(GPIOA, LED3); // LED in the W5500-EVB

else

GPIO_ResetBits(GPIOA, LED3);

}

此为函数名，同样也为函数的指针，在解析SET函数过程中有一句代码：snmpData[id].setfunction(snmpData[id].u.intval)；

就是执行了该函数，其中snmpData[id].u.intval 为从set Request当中解析到的绑定变量值。下面为查询LED状态的MIB对象：

{8, {0x2b, 6, 1, 4, 1, 0, 1, 0}, SNMPDTYPE_OCTET_STRING, 30, {""},getWIZnetLed, NULL}

其中getWIZnetLed定义为：

void getWIZnetLed(void *ptr, uint8 *len)

{

if ( wiznetLedStatus==0 )

*len = sprintf((int8 *)ptr, "LED Off");

else

*len = sprintf((int8 *)ptr, "LED On");

}

五、测试效果及注意问题

1. 测试效果

首先打开网络连接，点击本地连接选择属性，设置PC为静态IP（与W5500在同一网段），完成后点击确定。用网线把PC和W5500EVB连接，打开串口软件，选择正确的COM口并打开串口，以获取调试信息。点击复位可以看到LED2在闪烁，之后进入SNMP Agent模式，以下是正常进入系统后串口的打印信息。