基於W5500+STM32的SNMP協議應用

概述

工具： PC  W5500EVB Net-SNMP軟體包
編譯環境：Keil4 &IAR
功能：通過網路管理協議SNMP及基本的控制命令實現簡單的LED控制
一、W5500簡介
   

韓國WIZnet公司生產的乙太網控制晶片W5500整合了五層結構中的前四層，即物理層、資料鏈路層、網路層和傳輸層，並在內部利用硬體實現了TCP/IP協議棧。開發者無需專業的網路知識，使用W5500如同控制外部儲存器一樣簡單，為使用者提供了最簡單的網路接入方法。全硬體TCP/IP協議棧完全獨立於主控晶片，可以降低主晶片負載且無需移植繁瑣的TCP/IP協議棧，便於產品實現網路化更新。乙太網控制晶片W5500具有以下特點：

1、W5500支援硬體TCP/IP協議，包括TCP、UDP、ICMP、IPv4、ARP、IGMP、PPPoE和乙太網的PHY和MAC層，TCP/IP協議的硬體實現
2、支援8個獨立的SOCKET同時工作，可同時工作在不同的工作模式；
3、支援高速SPI介面（SPI MODE 0，3），SPI的時鐘最高可達到80MHz，極大地提高了網路通訊的資料傳輸速率；
4、內部整合32KB儲存器用於傳送/接收快取；
5、內嵌10BaseT/100BaseTX乙太網物理層（PHY）；
6、支援自動協商（10/100-Based全雙工/半雙工）；
7、工作電壓為3.3V，但I/O訊號口可承受5V電壓；

 
二、SNMP協議簡介

    SNMP：“簡單網路管理協議”，用於網路管理的協議。
SNMP定義在IP協議上，使用無連線的UDP進行通訊，SNMP支援5個基本的操作，分別是：GetRequest、GetNextRequest、SetRequest、GetResponse和Trap，這 5個操作來自各自的PDU結構。SNMP採用的是一個請求—應答的通訊方式，Trap除外，Trap不需要應答。
在具體實現上，SNMP為管理員提供了一個網管平臺(NMS)，又稱為管理站，負責網管命令的發出、資料儲存、及資料分析。被監管的裝置上執行一個SNMP代理(Agent)，代理實現裝置與管理站的SNMP通訊。管理站與代理端通過MIB進行介面統一，MIB定義了裝置中的被管理物件。管理站和代理都實現了相應的MIB物件，使得雙方可以識別對方的資料，實現通訊。管理站向代理申請MIB中定義的資料，代理識別後，將管理裝置提供的相關狀態或引數等資料轉換為MIB定義的格式，應答給管理站，完成一次管理操作。Agent在161埠監聽傳來的GetRequest、GetNextRequest和SetRequest命令，NMS在162埠監聽傳來的Trap。SNMP操作請求被封裝成一個簡單的UDP分組，接收端處理完請求後應答一個UDP的SNMP訊息報文；一個請求對應一個應答就完成了一次操作。
SNMP的工作方式：管理員需要向裝置獲取資料，所以SNMP提供了讀操作；管理員需要向裝置執行設定操作，所以SNMP提供了寫操作；裝置需要在重要狀況改變的時候，向管理員通報事件的發生，所以SNMP提供了Trap操作。對於網路管理，我們面對的資料是裝置的配置、引數、狀態等資訊，面對的操作是讀取和設定；同時，因為網路裝置眾多，為了能及時得到裝置的重要狀態，還要求裝置能主動地彙報重要狀態，這就是報警功能。

Get：讀取網路裝置的狀態資訊。
Set：遠端配置裝置引數。
Trap：管理站及時獲取裝置的重要資訊。

下面是管理資訊庫的物件標識

    物件命名樹的頂級物件有三個，即ISO、ITU-T和這兩個組織的聯合體。Internet（標號是1）在ISO 下的被標識組織的dod下,其識別符號為{1.3.6.1}。Internet結點下面的第二個結點是mgmt（管理），標號是2。其標識為{1.3.6.1.2.1}或{Internet(1).2.1}。這種標識為物件識別符號，即ObjectID ，簡稱OID。這裡要提一下MIB中的物件{1.3.6.1.4.1}，即enterprises（企業），其所屬結點數已超過3000。例如IBM為{1.3.6.1.4.1.2}，Cisco為{1.3.6.1.4.1.9}，Novell為{1.3.6.1.4.1.23}等。世界上任何一個公司、學校只要用電子郵件發往iana-mib@isi.edu進行申請即可獲得一個結點名。這樣各廠家就可以定義自己的產品的被管理物件名，使它能用SNMP進行管理。


三、Net-SNMP軟體包
    目前，開發SNMP的軟體包有許多可以選擇如SNMP++、AGENT++、NET-SNMP等。這裡我們選用的是NET-SNMP。首先它是一個開源軟體，其次基於C語言開發，便於移植。
net-snmp早先是在Unix平臺下開發的。現可以移植到 Linux 、 Windows等多個平臺。Net-snmp是一個代理端軟體，但也提供管理端的查詢工具。安裝有兩種方式：一是直接安裝的二進位制包，二是需要編譯的原始碼。我們在windows平臺上安裝的二進位制包，在windows上的二進位制包的安裝就非常簡單了，只需按提示就可完成。原始碼和二進位制包可從www.net-snmp.org網站下載，本文中所用的是net-snmp5.2.1.2的版本。之所以要先安裝一個可執行的net-snmp系統，是因為我們開發程式執行環境的配置檔案，是按照預設安裝路徑內部設定搜尋的；另外，還可以利用其提供的配置工具來生成配置檔案，利用提供的查詢工具來測試程式。執行net-snmp之前先要進行環境設定，否則無法查詢到結果。

四、系統設計  

1. 硬體設計
    下圖是控制板實物圖和LED內部接線圖。MCU選用Cotex M3系列STM32F103晶片，乙太網控制晶片選用WIZnet的W5500。程式以控制D3為例詳細介紹SNMP協議的應用。D3和MCU的PA3相連，低電平有效。
   
2.程式設計
    在分析細節程式碼之前，我們還是先來看一下主函式。在這裡完成了對W5500EVB的初始化，並在主函式中加入簡單的LED燈閃爍提示，同時也為SNMP協議啟動做好準備，之後便進入SNMP協議操作程式。SNMP協議操作程式主要是snmplib和snmpdemo兩個子函式。以下是系統基本的工作流程。

    在snmplib程式中詳細介紹了SNMP協議的工作流程。以下主要對報警報文的傳送進行簡單地分析。NMS網管平臺在UDP模式下開啟162埠監聽傳來的Trap，成功得到Trap後關閉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中開啟161埠監聽傳來的GetRequest、GetNextRequest和SetRequest命令。成功開啟埠以後，首先通過讀取空閒接收快取暫存器來判斷是否接收到資料。如果接收到資料，就通過recvfrom（）從具體的埠和地址把資料讀出來。之後判斷資料是否正確，若果不正確就返回再次讀取，如果資料正確，就傳送到網路端執行命令。。最後關閉SOCK_SNMP，執行下一次操作。
int32 SnmpXDaemon()
{
int32 snmpfd = 0;
int32 fromlen = 0;
int32 retStatus = 0;
int32 len = 0;
uint8 loopsnmpd = 1;
uint8 svr_addr[6];
uint16  svr_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子函式下有兩個函式，第一個定義了一個大的陣列，將MIB的不同物件都放在其中，這樣我們就可在具體的位置得到需要的資訊。
本次實驗中控制LED動作的MIB物件分別定義為：
{8, {0x2b, 6, 1, 4, 1, 0, 2, 0},SNMPDTYPE_INTEGER, 4, {“”},        NULL, setWIZnetLed}
其中8為OID長度，0x2b是ASN.1中“1.3”的縮寫，即：1*40+3=0x2b。整個OID其實為1.3.6.1.4.1.0.2.0。setfuction函式為setWIZnetLed：
void setWIZnetLed(int32 val)
{
wiznetLedStatus = val;
if ( wiznetLedStatus==0 )
GPIO_SetBits(GPIOA, LED3); // LED in the W5500-EVB
else
GPIO_ResetBits(GPIOA, LED3);
}
此為函式名，同樣也為函式的指標，在解析SET函式過程中有一句程式碼：snmpData[id].setfunction(snmpData[id].u.intval)；
就是執行了該函式，其中snmpData[id].u.intval 為從set Request當中解析到的繫結變數值。下面為查詢LED狀態的MIB物件：
{8, {0x2b, 6, 1, 4, 1, 0, 1, 0}, SNMPDTYPE_OCTET_STRING, 30, {“”},getWIZnetLed, NULL}
其中getWIZnetLed定義為：
void getWIZnetLed(void *ptr, uint8 *len)
{
if ( wiznetLedStatus==0 )
*len = sprintf((int8 *)ptr, “LED Off”);
else
*len = sprintf((int8 *)ptr, “LED On”);
}
五、測試效果及注意問題
1. 測試效果
    首先開啟網路連線，點選本地連線選擇屬性，設定PC為靜態IP（與W5500在同一網段），完成後點選確定。用網線把PC和W5500EVB連線，開啟串列埠軟體，選擇正確的COM口並開啟串列埠，以獲取除錯資訊。點選復位可以看到LED2在閃爍，之後進入SNMP Agent模式，以下是正常進入系統後串列埠的列印資訊。

然後開啟執行–>“CMD” , 輸入 “cd \usr\bin”, 之後輸入 SNMP命令。

上圖輸入“snmpget -v 1 -c public 192.168.1.111 .1.3.6.1.4.1.0.2.0”回車，通過Get命令得到此變數為1。
輸入“snmpget -v 1 -c public 192.168.1.111 .1.3.6.1.4.1.0.1.0”回車，如上圖所示，得到LED狀態為“LED ON”。
輸入“snmpset -v 1 -c public 192.168.1.111 .1.3.6.1.4.1.0.2.0 i 0”回車，如上圖所示，設定變數為0。
輸入“snmpget -v 1 -c public 192.168.1.111 .1.3.6.1.4.1.0.2.0”回車，如圖所示，得到該變數為0。
輸入“snmpget -v 1 -c public 192.168.1.111 .1.3.6.1.4.1.0..0”回車，如上圖所示，得到LED狀態為“LED OFF”。

通過以上5步可以清楚地發現，通過snmpset命令可以方便快速設定LED的狀態；在不清楚LED狀態的情況下，也可以通過snmpget命令得到，從而實現快速有效的控制。
我們通過串列埠助手可得下圖Request 和Response 包
 
2.注意問題

1．最基本的要注意保持程式和串列埠工具波特率一致，否則無法正常觀察操作資訊，以免引起誤導
2．切記如果是EVB和電腦通過網線直接，需修改電腦IP為靜態IP且和W5500EVB設定IP在同一個網段，否則不能實現測試效果，如果是通過路由器測試則不需修改
3．如果大家需要在自己的除錯板測試，需要將所有LED燈修改為和自己的除錯版對應，以免產生錯誤
4．輸入測試指令時要注意不同指令之間的空格以及點，Public後面的IP地址正是你在程式中給除錯板設定IP地址；後面的OID資訊跟snmpdemo子函式下定義的陣列中資訊對應，對照看也可以幫助大家理解
5．Net-SNMP軟體一定要安裝，安裝哪個盤不限制，但是安裝在C盤最好，更方便SNMP協議啟動

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