基于W5500+STM32的SNMP协议应用

概述

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[email protected]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];
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。

然后打开运行–>“CMD” , 输入 “cd \usr\bin”, 之后输入 SNMP命令。

上图输入“snmpget -v 1 -c public 192.168.1.111 .1.3.6.1.4.1.0.2.0”回车，通过Get命令得到此变量为1。
输入“snmpget -v 1 -c public 192.168.1.111 .1.3.6.1.4.1.0.1.0”回车，如上图所示，得到LED状态为“LED ON”。
输入“snmpset -v 1 -c public 192.168.1.111 .1.3.6.1.4.1.0.2.0 i 0”回车，如上图所示，设置变量为0。
输入“snmpget -v 1 -c public 192.168.1.111 .1.3.6.1.4.1.0.2.0”回车，如图所示，得到该变量为0。
输入“snmpget -v 1 -c public 192.168.1.111 .1.3.6.1.4.1.0..0”回车，如上图所示，得到LED状态为“LED OFF”。

通过以上5步可以清楚地发现，通过snmpset命令可以方便快速设置LED的状态；在不清楚LED状态的情况下，也可以通过snmpget命令得到，从而实现快速有效的控制。
我们通过串口助手可得下图Request 和Response 包
 
2.注意问题

1．最基本的要注意保持程序和串口工具波特率一致，否则无法正常观察操作信息，以免引起误导
2．切记如果是EVB和电脑通过网线直接，需修改电脑IP为静态IP且和W5500EVB设置IP在同一个网段，否则不能实现测试效果，如果是通过路由器测试则不需修改
3．如果大家需要在自己的调试板测试，需要将所有LED灯修改为和自己的调试版对应，以免产生错误
4．输入测试指令时要注意不同指令之间的空格以及点，Public后面的IP地址正是你在程序中给调试板设置IP地址；后面的OID信息跟snmpdemo子函数下定义的数组中信息对应，对照看也可以帮助大家理解
5．Net-SNMP软件一定要安装，安装哪个盘不限制，但是安装在C盘最好，更方便SNMP协议启动

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