基于mDNS協(xié)議的LXI網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)功能設(shè)計(jì)

徐澤君，黃建國，郭艷輝，馬敏

（電子科技大學(xué)自動(dòng)化工程學(xué)院 四川成都 611731）

0 引言

基于LXI總線的儀器已經(jīng)成為當(dāng)前電子測(cè)試領(lǐng)域研究的熱門方向。LXI（LAN eXtensions for Instrumentiation）是以著名的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)（Ethernet）技術(shù)為基礎(chǔ)，構(gòu)成了一種適用于自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的新一代模塊化儀器平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)[4]。利用成熟的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可以很方便地組建基于LXI總線的分布式測(cè)試系統(tǒng)。然而由此帶來的問題就是主控制器如何快速簡便地發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上的儀器設(shè)備。

在LXI 1.1標(biāo)準(zhǔn)中，LXI標(biāo)準(zhǔn)要求所有LXI儀器必須支持VXI-11網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)協(xié)議，該協(xié)議以O(shè)NC/RPC為基礎(chǔ)，解決了分布式測(cè)試系統(tǒng)中儀器的網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)問題[5]。但是隨著測(cè)試系統(tǒng)的不斷擴(kuò)充升級(jí)，該協(xié)議的缺點(diǎn)也日益顯現(xiàn)出來。VXI-11協(xié)議屬于一種被動(dòng)的查詢模式，系統(tǒng)內(nèi)的儀器需要等待主控制器發(fā)來的查詢信息，然后返回應(yīng)答信息，這樣主控制器才能發(fā)現(xiàn)儀器存在于本系統(tǒng)中，如果中途有新的儀器加入系統(tǒng)，主控制器并不能立即感應(yīng)到新儀器，只有重新查詢才能發(fā)現(xiàn)新的儀器設(shè)備[6]，而且當(dāng)系統(tǒng)中儀器較多時(shí)，這樣的查詢過程會(huì)很慢，會(huì)影響測(cè)試系統(tǒng)整體的測(cè)試效率。

針對(duì)以上VXI-11協(xié)議的不足，LXI聯(lián)盟在 1.1之后的版本中提出了新的網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)協(xié)議——基于mDNS的網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)協(xié)議。通過mDNS協(xié)議，LXI設(shè)備可以進(jìn)行更加高效，便捷的發(fā)現(xiàn)操作。

1 mDNS協(xié)議

mDNS是由IETF Zeroconf和DNS 擴(kuò)展工作組成員共同努力的成果，mDNS對(duì)DNS做了最小化的更改，能夠?yàn)楸镜匦⌒途W(wǎng)絡(luò)提供類似DNS的服務(wù)。mDNS協(xié)議使用和DNS協(xié)議一樣的編程接口，運(yùn)行語義和數(shù)據(jù)包格式[3]。DNS協(xié)議是一種標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，mDNS協(xié)議只是增加了DNS協(xié)議所沒有的多播模式，因此開發(fā)基于mDNS協(xié)議的程序比較簡單。

在本地組建的小型網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，比如分布式的測(cè)試系統(tǒng)，如果想要實(shí)現(xiàn)域名解析的功能，需要為該網(wǎng)絡(luò)配備一臺(tái)DNS服務(wù)器，這樣做不僅成本昂貴而且需要的技術(shù)復(fù)雜，因此mDNS的出現(xiàn)彌補(bǔ)了這一缺陷。使用mDNS技術(shù)使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)每臺(tái)設(shè)備都具備DNS服務(wù)器的功能，從而不必為網(wǎng)絡(luò)單獨(dú)配備一臺(tái)DNS服務(wù)器，大大節(jié)約了成本。

mDNS協(xié)議是一種端到端的名稱服務(wù)，當(dāng)設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)時(shí)，主動(dòng)向多播地址(224.0.0.251)和端口號(hào)(5353)通告自己的主機(jī)名和能夠提供的服務(wù)[3]，這樣使得主控器和其他設(shè)備能夠立刻感應(yīng)到新的設(shè)備。

2 DNS-SD協(xié)議

DNS-SD協(xié)議是一種以mDNS協(xié)議為基礎(chǔ)的服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議，通過該協(xié)議LXI設(shè)備可以向本地網(wǎng)絡(luò)通告自身所能提供的服務(wù)名稱。DNS-SD協(xié)議利用DNS協(xié)議中的PTR、SRV和TXT記錄來聲明所能提供的服務(wù)，它工作在單播和多播兩種模式下[1]。SRV記錄通告發(fā)現(xiàn)的主機(jī)名和端口號(hào)，PTR記錄保存LXI設(shè)備的服務(wù)名稱。通過PTR記錄查找一個(gè)具體的服務(wù)類型列表來實(shí)現(xiàn)服務(wù)發(fā)現(xiàn)的功能，所以僅通過查找?guī)в蟹?wù)類型標(biāo)簽的PTR記錄就可以找到相應(yīng)的服務(wù)。PTR記錄僅包含一條信息，那就是服務(wù)名稱，和SRV記錄的命名方式類似。SRV資源記錄把服務(wù)名字映射為提供服務(wù)的服務(wù)器名字，其中包含了服務(wù)器的域名和端口號(hào)[2]。

在某些情況下網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)需要獲得除了IP地址和端口號(hào)之外的更多信息，TXT記錄就是用來保存域名的附加文本信息，其內(nèi)容要按照一定的格式編寫。TXT記錄里名稱和值成對(duì)出現(xiàn)，最大長度不超過255個(gè)字節(jié)，并且任何服務(wù)名稱都有一個(gè)“txtvers”記錄，該記錄指明版本號(hào)，總是放在首位，例如“txtvers=1”。TXT記錄的結(jié)尾沒有結(jié)束符，包含的字節(jié)總數(shù)要少于1300，以適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)單幀所能發(fā)送的字節(jié)數(shù)。特別的是主機(jī)名和端口號(hào)必須保存在SRV記錄中，不能“key=value”的形式存在于TXT記錄中。圖1是TXT記錄的一種組成形式[3]：

圖1 TXT記錄的組成形式

其中附加信息之前的數(shù)字表示的是附加信息的字符串長度。

LXI協(xié)議要求支持DNS-SD協(xié)議的設(shè)備至少可以通告如圖2所示的服務(wù)信息。

其中針對(duì)HTTP服務(wù)，TXT關(guān)鍵字部分的內(nèi)容是：

_http._tcp txtvers=1 path=/

針對(duì)LXI服務(wù)，TXT關(guān)鍵字部分的內(nèi)容是：

LXI服務(wù)的TXT記錄中保存的信息有生產(chǎn)廠商，型號(hào)，串號(hào)，固件版本號(hào)，這與向儀器發(fā)送*IDN?命令之后返回的信息是一致的。

圖2 LXI基本服務(wù)

3 mDNS協(xié)議程序設(shè)計(jì)

mDNS實(shí)現(xiàn)由兩部分組成，一部分是上位機(jī)mDNS客戶端，另一部分是儀器內(nèi)部mDNS 服務(wù)器端。

3.1 上位機(jī)mDNS客戶端

上位機(jī)mDNS客戶端的作用是實(shí)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上的儀器和進(jìn)行資源管理，功能類似于Agilent公司提供的IO Libraries。APPLE公司在mDNS協(xié)議的實(shí)現(xiàn)應(yīng)用上已經(jīng)比較成熟，其mDNS協(xié)議的實(shí)現(xiàn)被稱為Bonjour。支持Bonjour的設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中自動(dòng)傳播它們自己的服務(wù)信息并聆聽其它設(shè)備的服務(wù)信息，Bonjour使局域網(wǎng)中的系統(tǒng)和服務(wù)在沒有網(wǎng)絡(luò)管理員的情況下很容易被找到。

Bonjour顯示局域網(wǎng)內(nèi)支持組播域名協(xié)議的設(shè)備和應(yīng)用的名稱，采用multicast DNS來解決區(qū)域網(wǎng)內(nèi)設(shè)備命名沖突。目前Bonjour可以支持多種系統(tǒng)平臺(tái)，包括Windows、MAC OS X、Linux和VxWorks等。Linux中廣泛使用的mDNS協(xié)議實(shí)現(xiàn)是Avahi，同樣是一種zeroconf協(xié)議的實(shí)現(xiàn)。

在這里使用APPLE公司的軟件Bonjour（Windows版本）作為上位機(jī)mDNS客戶端，該軟件不僅能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)主機(jī)名和服務(wù)名，而且會(huì)在IE瀏覽器下安裝一個(gè)Bonjour插件，該插件可以自動(dòng)顯示網(wǎng)絡(luò)中支持mDNS協(xié)議的并提供WEB服務(wù)的設(shè)備主機(jī)名。

瀏覽器左邊的列表框用來顯示網(wǎng)絡(luò)中儀器的主機(jī)名。當(dāng)支持mDNS協(xié)議的儀器加入到網(wǎng)絡(luò)中時(shí)，列表中就會(huì)自動(dòng)顯示儀器的主機(jī)名。

3.2 儀器內(nèi)部mDNS服務(wù)器端

儀器內(nèi)部mDNS服務(wù)器的主要功能是向多播地址224.0.0.251和端口號(hào)5353發(fā)送數(shù)據(jù)包聲明本地的主機(jī)名和服務(wù)名，并且解決主機(jī)名和服務(wù)器名沖突的問題。程序流程圖如圖3所示。

圖3 服務(wù)器端程序設(shè)計(jì)流程圖

在儀器啟動(dòng)時(shí)，mDNS服務(wù)器端程序?qū)@取本地主機(jī)名、服務(wù)器名、IP地址和端口號(hào)等信息，建立本地DNS數(shù)據(jù)庫，然后組建mDNS數(shù)據(jù)包，主機(jī)名和端口號(hào)包含在SRV記錄中，服務(wù)名稱包含在PTR記錄中，TXT記錄包含生產(chǎn)廠商等附加信息。組建完數(shù)據(jù)包之后向多播地址224.0.0.251和5353端口發(fā)送該數(shù)據(jù)包，本機(jī)的儀器信息將會(huì)在本地局域網(wǎng)內(nèi)傳播，凡是加入到該多播組的設(shè)備都能收到該數(shù)據(jù)包。主控制器收到儀器發(fā)送過來的數(shù)據(jù)包之后就能夠提取出儀器的主機(jī)名和IP地址等信息，進(jìn)而通過這些信息獲取儀器信息。

為了避免網(wǎng)絡(luò)中的主機(jī)名發(fā)生沖突，引起設(shè)備混淆。在聲明本地信息的同時(shí)，儀器還在監(jiān)聽5353端口，看是否收到其他設(shè)備發(fā)來的具有相同格式信息的數(shù)據(jù)包。如果收到其他設(shè)備發(fā)來的數(shù)據(jù)包，那將數(shù)據(jù)包內(nèi)的儀器的主機(jī)名提取出來，與本地的主機(jī)名進(jìn)行比較，假如一樣，那就發(fā)生了名字沖突，本地的設(shè)備將會(huì)修改本機(jī)的名稱，修改的方法是在原來名稱的后面加上數(shù)字來加以區(qū)別，例如本地主機(jī)名為“mydevice”，那將會(huì)修改為“mydevice_1”，這樣就避免了主機(jī)名沖突。

如果本地主機(jī)名因?yàn)槊Q沖突而改變，那么該主機(jī)名將不會(huì)輕易再改變，即使在儀器重啟之后，本地主機(jī)名仍然是修改后的名稱。除非用戶重新設(shè)置主機(jī)名，或者啟動(dòng)LAN配置重啟機(jī)制，那么主機(jī)名將會(huì)恢復(fù)到出廠設(shè)置的主機(jī)名。如果服務(wù)名稱也由于名稱沖突而改變，其處理方法與處理主機(jī)名沖突的方法一致。

如果監(jiān)聽端口沒有收到其它儀器發(fā)送過來的mDNS數(shù)據(jù)包，那么該儀器將繼續(xù)組建包含本機(jī)信息的mDNS數(shù)據(jù)包并且持續(xù)向多播地址發(fā)送。用戶需要停止mDNS功能時(shí)候，可以讓儀器在停止之前發(fā)送停止數(shù)據(jù)包，告知網(wǎng)絡(luò)上的其他設(shè)備本機(jī)將停止提供mDNS服務(wù)功能，這樣主控器收到停止數(shù)據(jù)包后將會(huì)把列表中的儀器主機(jī)名刪除。如果用戶重新啟用儀器的mDNS服務(wù)，主控制器的列表中就會(huì)重新出現(xiàn)儀器的主機(jī)名。

4 測(cè)試結(jié)果

為了與DNS名稱解析域相區(qū)分，運(yùn)行mDNS協(xié)議的設(shè)備都位于“.local”域中，表明要訪問的設(shè)備在本地網(wǎng)絡(luò)中。如果用戶想要使用主機(jī)名來訪問設(shè)備主頁，那么用戶可以在瀏覽器的地址欄輸入主機(jī)名加“.local”的方式來訪問。假如設(shè)備主機(jī)名為“mydevice”，那么就可以在IE瀏覽器地址欄輸入“mydevice.local”，然后瀏覽器同樣會(huì)向多播地址224.0.0.251和端口號(hào)5353發(fā)送DNS請(qǐng)求數(shù)據(jù)包，然后儀器端的mDNS服務(wù)器程序就會(huì)解析該請(qǐng)求，并且將儀器的IP地址和端口號(hào)返回給瀏覽器，這樣瀏覽器就可以訪問設(shè)備主頁了。

打開主控電腦的IE瀏覽器，將主控電腦與LXI設(shè)備同時(shí)連接到交換機(jī)上，打開設(shè)備，IE瀏覽器內(nèi)的Bonjour插件的窗口上就會(huì)自動(dòng)顯示網(wǎng)絡(luò)中支持mDNS協(xié)議并且提供WEB服務(wù)的設(shè)備名。如圖4所示。

圖4 Bonjour列表

在上圖中，雙擊Bonjour列表里的設(shè)備名“UESTC_LXI”，則瀏覽器自動(dòng)去訪問“uestc_lxi.local”,并且打開設(shè)備的主頁。

實(shí)現(xiàn)HTTP服務(wù)發(fā)現(xiàn)功能還可以通過另外一種形式，那就是可以在命令行提示符下輸入命令[7]：

dns-sd-Z _http._tcp local

通過此命令可以看到mDNS數(shù)據(jù)包中各種記錄的詳細(xì)內(nèi)容，如圖5所示。

圖5 HTTP服務(wù)發(fā)現(xiàn)結(jié)果

同樣的方法，在命令行下輸入命令：

dns-sd-Z _lxi._tcp local

通過此命令來發(fā)現(xiàn)LXI服務(wù)，返回的儀器信息與向儀器發(fā)送*IDN?命令所返回的信息是一致的。如圖6所示。

圖6 LXI服務(wù)發(fā)現(xiàn)結(jié)果

5 小結(jié)

VXI-11協(xié)議是LXI儀器的基本的網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)協(xié)議，mDNS協(xié)議的出現(xiàn)彌補(bǔ)了VXI-11協(xié)議速度慢，更新不及時(shí)的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了快速簡潔的網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)功能。本文基于LXI 1.3版本對(duì)mDNS協(xié)議的規(guī)定，實(shí)現(xiàn)了HTTP服務(wù)和LXI服務(wù)名的發(fā)現(xiàn)功能，并且解決了名稱沖突問題。在組建復(fù)雜的LXI測(cè)試系統(tǒng)中，mDNS協(xié)議將會(huì)在網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)方面發(fā)揮很好的作用。

[1]王巖,王雄,曾鵬.零配置網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的研究[J].計(jì)廣東通信技術(shù),20075,3(12):1685-1687.

[2]王彪. LXI關(guān)鍵技術(shù)研究[D].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2009.

[3]Ashley Butterworth,Matthew Xavier Mora.Device Discovery with mDNS and DNS-SD [P].Apple Inc，2009.

[4]馬敏,陳光礻禹.一種基于以太網(wǎng)的新型儀器平臺(tái)——LXI[J].電測(cè)與儀表,2006,43(1):57-59.

[5]LXI Standard Rev.1.3[S]. LXI Consortium, Inc.,October30.2008.

[6]鐘世春,馬敏,王厚軍. LXI儀器中VXI-11協(xié)議的研究與實(shí)現(xiàn)[J].電子科技大學(xué)學(xué)報(bào),2010,39(4):65-66.

[7]趙濤,于月芬,李建剛. LXI總線網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)機(jī)制研究[J].電測(cè)與儀表,2008,45(510):31-34.