PLC單片機局域網(wǎng)嵌入式NAT穿透技術(shù)研究

吳蔚

摘 要：加強對嵌入式NAT穿透技術(shù)的深入理解，通過對PLC單片機局域網(wǎng)結(jié)構(gòu)形式的分析，可以實現(xiàn)嵌入式設(shè)備與局域網(wǎng)內(nèi)逐漸之間信息的正常傳遞，擴大局域網(wǎng)內(nèi)NAT技術(shù)的實際應(yīng)用范圍。基于此，本文將從不同的角度對PLC單片機局域網(wǎng)嵌入式NAT穿透技術(shù)進行必要地研究，以便為智能化遠程監(jiān)控系統(tǒng)服務(wù)范圍的擴大提供必要的參考信息。

關(guān)鍵詞：PLC單片機；NAT穿透技術(shù)；局域網(wǎng)；智能化遠程監(jiān)控系統(tǒng)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.24.013

為了滿足人們生產(chǎn)生活的實際需求，需要加強嵌入式設(shè)備的有效使用，按照合理的方式優(yōu)化計算機系統(tǒng)中操作系統(tǒng)的服務(wù)功能，實現(xiàn)系統(tǒng)硬件與軟件的一體化。與此同時，結(jié)合PLC單片機局域網(wǎng)的實際需求，確保主機向Internet提供更多的服務(wù)，需要加強NAT穿透技術(shù)的合理利用，優(yōu)化遠程監(jiān)控嵌入式系統(tǒng)的服務(wù)功能。

1 網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換（NAT）技術(shù)概述

為了更好地適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)快速發(fā)展的具體要求，需要加強對不同IP地址的合理利用，避免IP地址匱乏問題的出現(xiàn)。結(jié)合現(xiàn)階段IPv4環(huán)境特點，可知提高網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換（NAT）技術(shù)的利用效率，有利于處理IP地址匱乏問題，確保網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部通信的正常進行。NAT技術(shù)使用中具有良好的轉(zhuǎn)換功能，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中私有地址與公網(wǎng)地址映射，滿足內(nèi)網(wǎng)用戶與外界進行正常通信的實際需求。與此同時，不同類型的地址轉(zhuǎn)換（NAT）方式使用中適用范圍有所區(qū)別，增強了大量用戶處理使用IP地址過程中可能存在問題的實際作用效果。像網(wǎng)絡(luò)地址與端口轉(zhuǎn)換（NPAT）及基礎(chǔ)NAT轉(zhuǎn)換方式，都屬于網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換（NAT）的組成部分，使用為地址控制及內(nèi)部主機訪問外部過程控制效果的增強帶來了重要的保障作用。

2 PLC單片機局域網(wǎng)嵌入式NAT穿透技術(shù)的設(shè)計分析

結(jié)合嵌入式系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成及工作性質(zhì)，可知采取必要的措施實現(xiàn)局域網(wǎng)內(nèi)主機與外網(wǎng)設(shè)備的正常通信，對于嵌入式系統(tǒng)運行效率的提高至關(guān)重要。PLC單片機局域網(wǎng)內(nèi)實用高效NAT穿透技術(shù)實際作用的充分發(fā)揮，需要明確其中的設(shè)計要點。具有表現(xiàn)在：（1）確定公網(wǎng)主機與局域網(wǎng)嵌入式設(shè)備的通訊方式。擁有公網(wǎng)IP的主機因為無法知道嵌入式設(shè)備在NAT，上映射的公網(wǎng)IP地址和端口，它無法向嵌入式設(shè)備發(fā)送任何數(shù)據(jù)包，這得提供第三方的幫助才能讓彼此建立連接。工作在局域網(wǎng)的嵌入式系統(tǒng)通過NAT時被網(wǎng)關(guān)映射成公網(wǎng)地址和端口并與服務(wù)器保持會話，當公網(wǎng)主機C想和嵌入式系統(tǒng)X連接時，它先從服務(wù)器S獲取 x的公網(wǎng)地址和端口對。這種情況下需要判斷嵌入式系統(tǒng)能否正常地發(fā)送數(shù)據(jù)包，是否可以達到公網(wǎng)主機與局域網(wǎng)嵌入式設(shè)備之間的正常通信。當主機能夠收到嵌入式系統(tǒng)X發(fā)送的數(shù)據(jù)包時，則說明NAT穿透成功，反之亦然；（2）確定私網(wǎng)主機與局域網(wǎng)嵌入式設(shè)備之間的通訊方式。相對而言，這種通訊方式較為復(fù)雜，主要在于其中的公網(wǎng)IP及端口是未知，無法發(fā)送請求信息。因此，需要通過第三方服務(wù)器的作用，促使嵌入式系統(tǒng)可以通過NATA的作用，實現(xiàn)與私網(wǎng)主機的正常連接。

3 PLC單片機局域網(wǎng)實現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)NAT穿透技術(shù)的要點分析

3.1 選擇與服務(wù)器正常通信的技術(shù)

局域網(wǎng)IP地址及端口的存在，可以使嵌入式系統(tǒng)進行有效地登錄及訪問。在具體的操作過程在，應(yīng)結(jié)合NAT穿透技術(shù)的轉(zhuǎn)換作用，為嵌入式系統(tǒng)提供必要的IP地址及端口，確保局域網(wǎng)內(nèi)主機與外界服務(wù)器之間可以正常地通信，保持UDP通話的有效性。實現(xiàn)這樣的操作目標，關(guān)鍵在于嵌入式系統(tǒng)運行中應(yīng)定期刷新與之相關(guān)的公網(wǎng)地址與端口。具體表現(xiàn)在：（1）在一定的時間間隔內(nèi)，向服務(wù)器發(fā)送可以正常使用的數(shù)據(jù)包，確保公網(wǎng)地址IP及對應(yīng)的端口的有效性；（2）合理設(shè)置定時器，重復(fù)使用UDP數(shù)據(jù)包，并在定時器中預(yù)先設(shè)置好的中斷程序中加入記錄時間間隔的變量；（3）在設(shè)置好的程序中對數(shù)據(jù)包的信號量進行實時地 分析，確保數(shù)據(jù)包能夠處于激活的狀態(tài)，可以達到服務(wù)器正常發(fā)送的相關(guān)要求。

3.2 加強解析服務(wù)器技術(shù)的有效使用

采取必要的措施明確發(fā)送給服務(wù)器激活數(shù)據(jù)包的格式，可以為獲取數(shù)據(jù)包的正常發(fā)送及利用效率的提高提供可靠地保障。實際操作中需要預(yù)先將UDP包封裝好，標明其IP地址與對應(yīng)的服務(wù)器端口，并對與數(shù)據(jù)包相關(guān)的函數(shù)進行調(diào)用，實現(xiàn)網(wǎng)內(nèi)主機與外部服務(wù)器之間的正常通信。

運用解析服務(wù)器技術(shù)的該過程中，接收端解析發(fā)送命令時主要利用的是判別UDP包類型的相關(guān)函數(shù)。當系統(tǒng)接受到來自某一服務(wù)器的數(shù)據(jù)包時，服務(wù)器中的調(diào)用函數(shù)將會通過解析函數(shù)的作用對數(shù)據(jù)包進行針對性地處理，并對UDP包中的命令字進行必要地判別，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)包的完全解析。同時，未來增強嵌入式系統(tǒng)中主機與公網(wǎng)IP地址及端口號的連接效果。需要對UDP中的有效負載進行必要地分離，進而完成后續(xù)的解析計劃，確保嵌入式為系統(tǒng)運行中接收段解析數(shù)據(jù)包的有效性。

3.3 實現(xiàn)UDP數(shù)據(jù)包的正常發(fā)送

當公網(wǎng)IP地址及端口確定后，也需要對網(wǎng)關(guān)中經(jīng)過NAT處理的IP地址與端口進行必要地識別，確保UDP數(shù)據(jù)包的正常發(fā)送。而在實際的操作中，由于UDP數(shù)據(jù)包具有可封裝的特點，利用常規(guī)的方法很難真正地識別。同時，由于激活的數(shù)據(jù)包與發(fā)送的UDP數(shù)據(jù)包之間具有高度的相似性，需要采取科學(xué)的調(diào)用方式將數(shù)據(jù)包及時地發(fā)送出去。此時，通過嵌入式系統(tǒng)向嵌入式主機進行UDP數(shù)據(jù)包的正常發(fā)送，可以實現(xiàn)NAT穿透技術(shù)的有效使用，發(fā)送出經(jīng)過打“包”后的UDP數(shù)據(jù)包，完成嵌入式主機與外界設(shè)備之間數(shù)據(jù)的正常傳輸。當UDP數(shù)據(jù)包正常發(fā)送后，可視為局域網(wǎng)內(nèi)NAT穿透技術(shù)的使用達到了預(yù)期的效果，最大限度地滿足了嵌入式系統(tǒng)與外界設(shè)置之間數(shù)據(jù)包發(fā)送的實際需求。

4 結(jié)束語

PLC單片機局域網(wǎng)嵌入式NAT穿透技術(shù)實際作用的充分發(fā)揮，可以為非授權(quán)主機安全性的提高提供可靠地保障，促使遠程監(jiān)控嵌入式系統(tǒng)使用中能夠達到預(yù)期的效果，最大限度地完善嵌入式系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)。在未來局域網(wǎng)建設(shè)的過程中，NAT穿透技術(shù)的實際應(yīng)用范圍將會不斷地擴大，可以滿足UDP數(shù)據(jù)包發(fā)送過程中的多樣化需求。

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