利用ActiveX實現(xiàn)設(shè)備監(jiān)控信息流的旁路捕獲*

王憲平,許江來,崔 帥,周哲帥

(北京空間信息中繼傳輸技術(shù)研究中心,北京100094)

利用ActiveX實現(xiàn)設(shè)備監(jiān)控信息流的旁路捕獲*

王憲平**,許江來,崔 帥,周哲帥

(北京空間信息中繼傳輸技術(shù)研究中心,北京100094)

在工作實踐中,通常依據(jù)基帶終端工作日志對設(shè)備出現(xiàn)的問題和故障現(xiàn)象進行分析檢查,但是由于工作日志中的監(jiān)控信息流要素記錄不完整,或者在相對完整的工作日志記錄中不能得到第三方的信息驗證,給問題分析檢查工作帶來了一定的困難。另外,雖然市面上有一些網(wǎng)絡(luò)抓包軟件,但是專業(yè)的針對性不太強,大多是英文版,使用不方便。為了提高問題分析驗證的能力,通過開發(fā)具有獨立性好、針對性強的ActiveX控件,實現(xiàn)了基帶終端監(jiān)控信息流的旁路記錄與分析,是一種簡便有效的工作手段。通過研究分析基帶終端的監(jiān)控信息流圖,進行了實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)抓包功能的ActivX控件設(shè)計,給出了一個基帶終端監(jiān)控信息流的旁路捕獲軟件的應(yīng)用實例。

基帶終端;設(shè)備監(jiān)控;ActiveX控件;信息流;旁路捕獲

本文分析了基帶終端的監(jiān)控信息流圖以及IP層、傳輸層信息格式接口,進行了實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)抓包功能的ActiveX控件設(shè)計,并給出了一個基帶終端監(jiān)控信息流的旁路記錄分析的應(yīng)用實例。

2 基帶終端監(jiān)控信息流

基帶終端設(shè)備按照任務(wù)類別分下為中低速數(shù)傳終端、高速終端、測控終端、測距終端等。下面以中低速數(shù)傳終端為例說明基帶終端監(jiān)控信息流。

中低速數(shù)傳終端均采用工控機形式,由工控機主板完成本機監(jiān)控及數(shù)據(jù)處理功能。工控機主板包括一個Windows操作系統(tǒng)和一個Vxworks實時操作系統(tǒng),Windows操作系統(tǒng)完成設(shè)備監(jiān)控功能,通過一個千兆網(wǎng)口連接監(jiān)控網(wǎng)與上位監(jiān)控進行信息交換; Vxworks實時操作系統(tǒng)完成設(shè)備數(shù)據(jù)處理功能,通過兩個千兆網(wǎng)口連接數(shù)據(jù)網(wǎng)與控管中心進行信息交換。終端設(shè)備內(nèi)部前返向調(diào)制解調(diào)單元通過CPCI總線與Vxworks系統(tǒng)連接,Windows操作系統(tǒng)與Vxworks操作系統(tǒng)通過內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)連接。

控制信息由上位監(jiān)控通過監(jiān)控網(wǎng)下發(fā)到中低速終端的Windows主板,在Windows上經(jīng)過識別處理后形成監(jiān)控命令,通過內(nèi)部網(wǎng)送Vxworks系統(tǒng),再通過CPCI總線下發(fā)到調(diào)制器、接收機板卡,實現(xiàn)參數(shù)控制。調(diào)制器、接收機的狀態(tài)信息由CPCI總線上報到Vxworks操作系統(tǒng),再通過內(nèi)部網(wǎng)送Windows操作系統(tǒng),在Windows上實現(xiàn)狀態(tài)顯示、記錄,并通過監(jiān)控網(wǎng)上報上位監(jiān)控。在網(wǎng)卡處的傳輸層協(xié)議只有TCP和UDP兩種協(xié)議類型,設(shè)備的信息流如圖1所示。

圖1　中低速數(shù)傳終端信息流圖Fig.1 Information flow diagram of low speed data transmission terminal

3 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包捕獲的原理

以太網(wǎng)(Ethernet)具有共享介質(zhì)的特征,信息是以報文的形式在網(wǎng)絡(luò)上傳輸,當網(wǎng)絡(luò)適配器設(shè)置為監(jiān)聽模式(混雜模式,Promiscuous)時,由于采用以太網(wǎng)廣播信道爭用的方式,使得監(jiān)聽系統(tǒng)與正常通信的網(wǎng)絡(luò)能夠并聯(lián)連接,并可以捕獲任何一個在同一沖突域上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包。由于以太網(wǎng)采用廣播信道爭用的方式,使得各個站點可以獲得其他站點發(fā)送的數(shù)據(jù),運用這一原理使信息捕獲系統(tǒng)能夠攔截我們所要的信息。

網(wǎng)卡的缺省工作模式包含廣播模式和直接模式,即它只接收廣播幀和發(fā)給自己的幀。如果采用混雜模式,一個站點的網(wǎng)卡將接收同一網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有站點所發(fā)送的數(shù)據(jù)包,這樣就可以達到對于網(wǎng)絡(luò)信息監(jiān)視捕獲的目的。

網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包捕獲的工作原理如下:

(1)打開網(wǎng)卡,并設(shè)為混雜模式;

(2)回調(diào)函數(shù)在得到監(jiān)聽命令后,從網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動程序處收集數(shù)據(jù)包把監(jiān)聽到的數(shù)據(jù)包負責傳送給過濾程序;

(3)當監(jiān)聽到有數(shù)據(jù)包到達時,首先調(diào)用分組驅(qū)動程序,該程序?qū)?shù)據(jù)傳遞給每一個參與進程的分組過濾程序;

(4)然后由過濾程序決定哪些數(shù)據(jù)包應(yīng)該丟棄,哪些數(shù)據(jù)包應(yīng)該接收,是否需要將接收到的數(shù)據(jù)拷貝到相應(yīng)的應(yīng)用程序;

(5)通過分組過濾器后,將數(shù)據(jù)未過濾掉的數(shù)據(jù)包提交給核心緩沖區(qū),然后等待系統(tǒng)緩沖區(qū)滿后,再將數(shù)據(jù)包拷貝到用戶緩沖區(qū)[1];監(jiān)聽程序可以直接從用戶緩沖區(qū)中讀取捕獲的數(shù)據(jù)包;

(6)另打開一個進程,用于將用戶緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)包寫入文件存儲,便于事后分析。

控件設(shè)計需在類模塊中引用 wsock32.dll和kernel32.dll兩個動態(tài)鏈接庫,wsock32.dll是Windows Sockets應(yīng)用程序接口,用于支持Internet和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序內(nèi)核;kernel32.dll是Windows 9x/Me中非常重要的32位動態(tài)鏈接庫文件,屬于內(nèi)核級文件,它控制著系統(tǒng)的內(nèi)存管理、數(shù)據(jù)的輸入輸出操作和中斷處理。另外,還引用了API函數(shù)CopyMemory、WSAStartup、WsACleanup,其中CopyMemory的功能是將一塊內(nèi)存的數(shù)據(jù)從一個位置復(fù)制到另一個位置;WSAStartup作用是啟動Windows Sockets套接字,當它完成了 Windows Sockets的使用后,調(diào)用WSACleanup將其從 Windows Sockets的實現(xiàn)中注銷,并且該實現(xiàn)釋放為應(yīng)用程序或DLL分配的任何資源。

4 ActiveX設(shè)計

ActiveX指的是一組包括控件、DLL和ActiveX文檔的組件,它通常是以動態(tài)鏈接庫的形式存在,具備屬性、方法、事件性能機制,在Visual Basic(VB)獨立執(zhí)行軟件中運行[2]。

本文使用VB(Visual Basic)開發(fā)工具創(chuàng)建ActiveX控件,進行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的捕獲和過濾的設(shè)計。ActiveX控件通過屬性、方法、事件三大接口要素將用戶需求功能進行集成包裝,方便在多個應(yīng)用程序中進行引用,提高軟件開發(fā)效率。

4.1 ActiveX的屬性

屬性主要設(shè)計了Mode、CatchIP、LocalIP、Begin 4類[3]。

Mode屬性:當屬性Mode=0時,控件獲得完整包數(shù)據(jù)(包括IP頭+TCP/UDP/ICMP頭+實際數(shù)據(jù));當屬性Mode=1時,獲得網(wǎng)絡(luò)包中的實際數(shù)據(jù)(不包括IP頭、TCP/UDP/ICMP頭)。該屬性分為讀入(Get Mode)及寫入(Let Mode)兩個屬性。

CatchIP屬性:指定要捕捉的IP地址,若為空字符串則捕捉本網(wǎng)卡上可截獲的所有數(shù)據(jù)包(即本網(wǎng)段數(shù)據(jù)包),分為讀入(Get CatchIP)及寫入(Let CatchIP)兩個屬性。

LocalIP屬性:只讀屬性,LocalIP為本機IP地址,利用該屬性賦給CatchIP,實現(xiàn)僅捕捉本機IP數(shù)據(jù)。

Begin屬性:開始或停止抓包,當BeginValue= True則開始,=False則停止,分為讀入(Get Begin)及寫入(Let Begin)兩個屬性。

以VB開發(fā)工具創(chuàng)建CatchIP屬性示例如下:

Public Property Get CatchIP()As String

CatchIP=vCatchIP End Property

Public Property Let CatchIP(CatchIPValue As String)

vCatchIP=Trim(CatchIPValue)

CopyMemory vCatchIP_Byte(0),inet_addr(vCatch-IP),4'為提高處理速度,同時將字符串IP轉(zhuǎn)換成4字節(jié)IP

End Property

4.2 ActiveX的方法

控件方法設(shè)計GetIpHeader、GetTCPHeader、GetUDPHeader、GetData、GetDataLen、DataCopy共6類[3]。

GetIpHeader方法:從完整數(shù)據(jù)包中獲得IP協(xié)議頭,輸入?yún)?shù)PackBuff(完整數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)),輸出參數(shù)IPHeader(IP協(xié)議頭數(shù)據(jù))。

GetTCPHeader方法:從完整數(shù)據(jù)包中獲得TCP協(xié)議頭,輸入?yún)?shù)PackBuff(完整數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)),輸出參數(shù)TCPHeader(TCP協(xié)議頭數(shù)據(jù))。

GetUDPHeader方法:從完整數(shù)據(jù)包中獲得UDP協(xié)議頭,輸入?yún)?shù)PackBuff(完整數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)),輸出參數(shù)UDPHeader(UDP協(xié)議頭數(shù)據(jù))。

GetData方法:從完整數(shù)據(jù)包中獲得實際數(shù)據(jù),輸入?yún)?shù)PackBuff(完整數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)),輸出參數(shù)DataBuff()(數(shù)據(jù)包中的實際數(shù)據(jù)),DataLen為實際數(shù)據(jù)長度。

GetDataLen方法:從完整數(shù)據(jù)包中獲得實際數(shù)據(jù)長度,輸入?yún)?shù)PackBuff為完整數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù),輸出參數(shù)GetDataLen為實際數(shù)據(jù)長度。

DataCopy方法:復(fù)制字節(jié)數(shù)據(jù)。

以VB開發(fā)工具創(chuàng)建GetData方法示例如下:

Public Sub GetData(DataBuff()As Byte,PackBuff()As Byte,DataLen As Long)

Tmp_Int=(PackBuff(0)Mod 16)*4 'IPHeader長度

Select Case PackBuff(9)

Case IPproto_TCP

DataStart=Tmp_Int+(PackBuff(Tmp_Int+ 12)16)*4 'IPHeader長+TCPHeader長

Case IPproto_UDP

DataStart=Tmp_Int+8 'IPHeader長+ UDPHeader長

Case Else DataStart=Tmp_Int 'IPHeader長,隨后即作為數(shù)據(jù)End Select

DataLen=PackBuff(2)*256&+PackBuff(3) -DataStart '數(shù)據(jù)長度

If DataLen＞0 Then

CopyMemoryDataBuff(0),PackBuff (DataStart),DataLen

End If

End Sub

4.3 ActiveX的事件[3]

控件RecevAll或Recev事件,接收Winsock異步中斷,并根據(jù)本控件的Mode屬性,產(chǎn)生控件事件RecevAll或Recev。

RecevAll或 Recev事件流程如圖2所示。首先,控件進程讀網(wǎng)卡上數(shù)據(jù)到buffer(),判別是否捕捉所有IP地址的數(shù)據(jù)包,若Mode屬性=0,調(diào)用GetData方法[4],從完整數(shù)據(jù)包中獲得實際數(shù)據(jù);若Mode屬性=1,調(diào)用GetIpHeader方法、GetTCPHeader方法、GetUDPHeader方法,從完整數(shù)據(jù)包中獲得IP協(xié)議頭、TCP協(xié)議頭、UDP協(xié)議頭以及實際數(shù)據(jù)[5],同時送內(nèi)部存儲和界面顯示。

圖2　RecevAll和Recev事件流程示意Fig.2 RecevAll and Recev event flow diagram

4.4 ActiveX的發(fā)布

在VB開發(fā)平臺中選擇“文件”—＞“生成ActiveX.ocx”,將 ActiveX.ocx拷貝到 windowssystem32目錄下。在windows運行命令框里輸入“regsvr32 c:windowssystem32ActiveX.ocx”,注冊ActiveX.ocx[6]。

5 旁路捕獲實例

在VB開發(fā)平臺中,新建工程 “旁路捕獲測試工程”,然后在工程內(nèi)增加“旁路捕獲軟件”窗體,如圖3所示。在左側(cè)工具箱中添加上述生成的ActiveX.ocx,將ActiveX拖入窗體,在窗體上增加List標準控件和3個文本框控件,分別用于顯示旁路捕獲包的概要信息、字段序號、十六進制源碼、二進制源碼。窗體左側(cè)抓包條件里有“僅有效數(shù)據(jù)”和“完整包數(shù)據(jù)”兩個選項,分別對應(yīng)ActiveX的Mode屬性。另有“指定本地IP”、“指定遠程IP”、“指定本地端口”、“指定遠程端口”、“屏蔽本地端口”、“屏蔽遠程端口”6個選擇項,其中“指定本地IP”表示僅捕獲經(jīng)過本地IP網(wǎng)卡的數(shù)據(jù)包;“指定遠程IP”表示僅捕獲經(jīng)過遠程IP網(wǎng)卡的數(shù)據(jù)包;當“指定本地IP”、“指定遠程IP”均為空時,將捕獲所有局域網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)包;“指定本地端口”表示僅僅通過本地某一固定端口的數(shù)據(jù)包能被捕獲;“指定遠程端口”表示僅僅通過遠程某一固定端口的數(shù)據(jù)包能被捕獲;“屏蔽本地端口”表示除了通過本地某一固定端口的數(shù)據(jù)包不被捕獲外,通過本地其他所有端口的數(shù)據(jù)包都被捕獲;“屏蔽遠程端口”表示除了通過遠程某一固定端口的數(shù)據(jù)包不被捕獲外,通過遠程其他所有端口的數(shù)據(jù)包都被捕獲;當“指定本地端口”、“指定遠程端口”、“屏蔽本地端口”、“屏蔽遠程端口”4個選擇項均為空時,表示除了通過本地和遠程所有端口的數(shù)據(jù)包都被捕獲。“開始”和“停止”按鈕分別開始響應(yīng)或終止RecevAll或者Recev事件,具體是響應(yīng)RecevAll事件還是Recev事件,由ActiveX的Mode屬性決定:當Mode=0時觸發(fā)RecevAll事件,PackData()為網(wǎng)絡(luò)完整包數(shù)據(jù)(包括IP頭+TCP/UDP/ICMP頭+實際數(shù)據(jù));當Mode=1時觸發(fā)Recev事件,Data()僅為網(wǎng)絡(luò)包中的實際數(shù)據(jù)(不包括IP頭、TCP/UDP/ICMP頭)[7-8]。

圖3　“旁路捕獲測試工程”布局示意Fig.3"Bypass capture test project"layout

旁路捕獲軟件運行界面如圖4所示,本次捕獲由ActiveX的Mode屬性設(shè)置為1(“僅有效數(shù)據(jù)”),觸發(fā)事件為Recev事件,Data()僅為網(wǎng)絡(luò)包中的實際數(shù)據(jù)(不包括IP頭、TCP/UDP/ICMP頭)[9]。在左上方顯示本次捕獲包數(shù) 1 184,總字節(jié)數(shù)為298 803 B。在List列表里顯示了捕獲包的概要信息,其中高亮處顯示的是捕獲的第8包數(shù)據(jù),該包數(shù)據(jù)是從源地址IP地址21.71.24.64端口號139發(fā)往目的地址IP地址21.71.27.88端口號1076的TCP協(xié)議包數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)包長度為39,對應(yīng)的十六進制碼在下方顯示為00 00 00 23 FF 53 4D 42 75 CC 00 00 C0……假定中低速終端(IP地址21.71.27.88端口號1076)對上位監(jiān)控(IP地址21.71.24.64端口號139)方向的監(jiān)控數(shù)據(jù)異常,此數(shù)據(jù)解析源碼可以和中低速終端(IP地址21.71.27.88端口號1076)對上位監(jiān)控(IP地址21.71.24.64端口號139)方向的接口協(xié)議數(shù)據(jù)進行比對,可以作為問題分析的第三方驗證手段[10]。

圖4　旁路捕獲軟件運行示意圖Fig.4 Screen shot when bypass capturing software is running

6 結(jié) 論

本文設(shè)計的實現(xiàn)數(shù)據(jù)包捕獲的ActiveX,將復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)套接字、數(shù)據(jù)緩沖、實時抓包捕獲等技術(shù)封裝在控件內(nèi)部,以容易編程操作的控件對象屬性、方法、事件提供給用戶接口,便于用戶快速開發(fā)具有特定功能的應(yīng)用程序完成預(yù)定的任務(wù)。ActiveX技術(shù)可以靈活、高效地實現(xiàn)可交互、重入、重用、完全分布式、與語言無關(guān)的各種應(yīng)用,但是,ActiveX技術(shù)也有一些明顯缺點,其依賴于Windows平臺,對廣泛應(yīng)用的UNIX平臺目前仍不兼容,仍需要不斷完善和發(fā)展。

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王憲平(1963—),男,山東陽谷人,1986年獲學(xué)士學(xué)位,現(xiàn)為高級工程師,主要研究方向為航天測控;

WANG Xianping was born in Yanggu, Shandong Province,in 1963.He received the B. S.degree in 1986.He is now a senior engineer. His research concerns space TT&C.

Email:13501309577@163.com

許江來(1966—),男,湖北巴東人,1999年獲碩士學(xué)位,現(xiàn)為高級工程師,主要研究方向為航天測控;

XU Jianglai was born in Badong,Hubei Province,in 1966. He received the M.S.degree in 1999.He is now a senior engineer.His research concerns space TT&C.

Email:mybird1234@163.com

崔 帥(1986—),男,河北平山人,2014年獲博士學(xué)位,現(xiàn)為工程師,主要研究方向為航天測控;

CUI Shuai was born in Pingshan,Hebei Province,in 1986. He received the Ph.D.degree in 2014.He is now an engineer. His research concerns space TT&C.

Email:slj529191@126.com

周哲帥(1984—),男,浙江蘭溪人,2012年獲博士學(xué)位,現(xiàn)為工程師,主要研究方向為航天測控。

ZHOU Zheshuai was born in Lanxi,Zhejiang Province,in 1984.He received the Ph.D.degree in 2012.He is now an engineer.His research concerns space TT&C.

Email:tasiby@163.com

Bypass Capturing of Equipment Monitoring Information Flow Using ActiveX

WANG Xianping,XU Jianglai,CUI Shuai,ZHOU Zheshuai
(Beijing Spatial Information Relay Transmission Technology Research Center,Beijing 100094,China)

In practice,equipment problems and faults are usually analyzed according to the log of baseband terminal.However,incomplete records of monitoring information in the log stream elements,or lack of the information of third party verification in a relatively complete log record,brings difficulty for problem analysis and examination.In addition,although there are some packet-capture softwares on the market,they are not so professional for a special field and mostly in English,so they are not convenient to use.In order to improve the ability of problem analysis,through developing independent and targeted ActiveX control,bypass recording and analysis of monitoring integration baseband terminal is realized,which is a simple and effective means of work.By analyzing the baseband terminal monitoring information flow graph,ActivX control with network data packet-capture function is designed and an example of applying baseband terminal monitoring information flow bypass capturing software is provided.

baseband terminal;equipment monitoring;ActiveX control;information flow;bypass capturing

1 引 言

基帶終端設(shè)備是衛(wèi)星地面站的重要組成部分,與天伺饋、信道設(shè)備協(xié)同工作,共同完成衛(wèi)星平臺測控、數(shù)據(jù)中繼、定軌測量等任務(wù)。隨著測控通信技術(shù)和計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展,衛(wèi)星地面站都不同程度地建設(shè)了設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng),實現(xiàn)了測控設(shè)備的有人值守、無人操作、遠程監(jiān)控和自動化運行。在工作實踐中,我們通常依據(jù)基帶終端工作日志,對設(shè)備出現(xiàn)的問題和故障現(xiàn)象進行分析會診,取得了一定的效果。但是,基帶終端工作日志對監(jiān)控信息流的記錄要素不全,主要表現(xiàn)在僅僅記錄設(shè)備內(nèi)部交換信息流,對設(shè)備外部交換信息流記錄較少,出現(xiàn)問題時不能得到第三方的信息驗證,分析問題有時陷入兩難的境地。為了提高問題分析驗證的能力,衛(wèi)星地面站不同程度地配備了第三方網(wǎng)絡(luò)抓包(Network Traffic Monitor,NTM)等專用設(shè)備,但是受費用等限制,只能在骨干路由等有限的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點進行配置,在設(shè)備監(jiān)控級層面留有盲區(qū),不利于設(shè)備問題和故障現(xiàn)象分析、驗證工作的實施。因此,通過開發(fā)具有獨立性好、針對性強的ActiveX控件,實現(xiàn)基帶終端監(jiān)控信息流的旁路記錄與分析,不失為一種有效的工作手段。

**通信作者:13501309577@163.com 13501309577@163.com

TN80;TP274

A

1001-893X(2016)11-1283-05

10.3969/j.issn.1001-893x.2016.11.018

2016-06-24;

2016-10-31

date:2016-06-24;Revised date:2016-10-31

引用格式:王憲平,許江來,崔帥,等.利用ActiveX實現(xiàn)設(shè)備監(jiān)控信息流的旁路捕獲[J].電訊技術(shù),2016,56(11):1283-1287.[WANG Xianping, XU Jianglai,CUI Shuai,et al.Bypass capturing of equipment monitoring information flow using ActiveX[J].Telecommunication Engineering, 2016,56(11):1283-1287.]