基于TCP的Telnet服務器設計

前面我們已經(jīng)實現(xiàn)了基于RAW API的TCP服務器和客戶端，也在此基礎上實現(xiàn)了HTTP應用。接下來我們實現(xiàn)一個基于TCP的Telnet服務器應用。

1 、 Telnet****協(xié)議簡介

Telnet協(xié)議是TCP/IP協(xié)議族中的一員，是Internet遠程登陸服務的標準協(xié)議和主要方式。它為用戶提供了在本地計算機上完成遠程主機工作的能力。在終端使用者的電腦上使用telnet程序，用它連接到服務器。終端使用者可以在telnet程序中輸入命令，這些命令會在服務器上運行，就像直接在服務器的控制臺上輸入一樣?？梢栽诒镜鼐湍芸刂品掌?。要開始一個telnet會話，必須輸入用戶名和密碼來登錄服務器。Telnet是常用的遠程控制Web服務器的方法。

Telnet是位于OSI模型的第7層---應用層上的一種協(xié)議，是一個通過創(chuàng)建虛擬終端提供連接到遠程主機終端仿真的TCP/IP協(xié)議。這一協(xié)議需要通過用戶名和口令進行認證，是Internet遠程登陸服務的標準協(xié)議。應用Telnet協(xié)議能夠把本地用戶所使用的計算機變成遠程主機系統(tǒng)的一個終端。它提供了三種基本服務：

• Telnet定義一個網(wǎng)絡虛擬終端為遠程系統(tǒng)提供一個標準接口?？蛻魴C程序不必詳細了解遠程系統(tǒng)，他們只需構(gòu)造使用標準接口的程序；
• Telnet包括一個允許客戶機和服務器協(xié)商選項的機制，而且它還提供一組標準選項；.
• Telnet對稱處理連接的兩端，即Telnet不強迫客戶機從鍵盤輸入，也不強迫客戶機在屏幕上顯示輸出。

2 、 TELNET****服務器的設計

Telnet是一種基于TCP實現(xiàn)的遠程登錄方式，Telnet協(xié)議也分配有固定端口23，在這里我們就是用這一端口來實現(xiàn)一個Telnet服務器。這個服務器可以提供給多個客戶端訪問。

我們要實現(xiàn)的這個Telnet服務器是比較簡單的一個設計。當客戶端成功鏈接到服務器后，服務器就會提示用戶登錄，成功登陸后就可以向服務器發(fā)送命令，當發(fā)送不同的命令時，服務器給出不同的響應。具體的操作流程設計如下：

從上面的流程圖看其實我們設計的Telnet服務器功能已經(jīng)非常明確了。但有兩點需要描述一下。首先是關(guān)于連接狀態(tài)的設定，在這里我們只是簡單的將狀態(tài)定義為兩種：已登錄和未登錄。如果已登錄則按命令交互來解析。如果未登錄則按登錄密碼來解析。

另一方面，為了實現(xiàn)命令交互，我們需要為Telnet服務器設定命令。我們簡單的設定6種命令："hello"、"date"、"time"、"version"、"quit"與"help"等命令。事實上我們實現(xiàn)Telnet服務器主要就是處理：如何接收和響應這些命令。

3 、 TELNET****服務器的實現(xiàn)

我們已經(jīng)設計了Telnet服務器的基本功能。接下來就是如何實現(xiàn)它了。我們已經(jīng)有前面實現(xiàn)TCP服務器的基礎。所以實現(xiàn)他的重點就是我們設計的Telnet服務器了。

我們依然采用實現(xiàn)普通TCP服務器結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)Telnet服務器，只是在信息處理回調(diào)函數(shù)上更復雜一點。還有就是端口方面我們采用Telnet的慣用端口。首先必然是Telnet服務器的初始化。

1 /* TELNET服務器初始化配置*/
 2 void Telnet_Server_Initialization(void)
 3 {
 4   struct tcp_pcb *pcb;                            
 5  
 6   /* 生成一個新的TCP控制塊 */
 7   pcb = tcp_new();                                   
 8  
 9   /* 控制塊邦定到本地IP和對應端口 */
10   tcp_bind(pcb, IP_ADDR_ANY, TCP_TELNET_SERVER_PORT);      
11  
12   /* 服務器進入偵聽狀態(tài) */
13   pcb = tcp_listen(pcb);                       
14  
15   /* 注冊服務器accept回調(diào)函數(shù) */
16   tcp_accept(pcb, TelnetServerAccept);                                       
17 }

其實初始化部分就是我們已經(jīng)熟悉的TCP服務器的初始化，只是使用了Telnet的慣用端口。接下來就是實現(xiàn)在初始化中注冊的Telnet服務器接收回調(diào)函數(shù)。該函數(shù)為tcp_accept_fn類型，注冊到了監(jiān)聽控制塊的accept字段。在服務器上有新連接建立時就會被內(nèi)核調(diào)用。

1 /* TELNET接收回調(diào)函數(shù)，客戶端建立連接后，本函數(shù)被調(diào)用 */
 2 static err_t TelnetServerAccept(void *arg, struct tcp_pcb *pcb, err_t err)
 3 {    
 4   u32_t remote_ip;
 5   char linkInfo [100];
 6   u8_t iptab[4];
 7   telnet_conn_arg *conn_arg = NULL;
 8   remote_ip = pcb->remote_ip.addr;
 9  
10   iptab[0] = (u8_t)(remote_ip >> 24);
11   iptab[1] = (u8_t)(remote_ip >> 16);
12   iptab[2] = (u8_t)(remote_ip >> 8);
13   iptab[3] = (u8_t)(remote_ip);
14  
15   //生成登錄提示信息
16   sprintf(linkInfo, "Welcome to Telnet! your IP:Port --> [%d.%d.%d.%d:%d]\\r\\n", \\
17                    iptab[3], iptab[2], iptab[1], iptab[0], pcb->remote_port);  
18  
19   conn_arg = mem_calloc(sizeof(telnet_conn_arg), 1);
20   if(!conn_arg)
21   {
22     return ERR_MEM;
23   }
24  
25   conn_arg->state = TELNET_SETUP;
26   conn_arg->client_port = pcb->remote_port;
27   conn_arg->bytes_len = 0;
28   memset(conn_arg->bytes, 0, MAX_MSG_SIZE);
29  
30   tcp_arg(pcb, conn_arg);
31  
32   /* 注冊Telnet服務器連接錯誤回調(diào)函數(shù) */
33   tcp_err(pcb, TelnetServeConnectError);
34   /* 注冊Telnet服務器消息處理回調(diào)函數(shù)*/
35   tcp_recv(pcb, TelnetServerCallback);
36  
37   /* 連接成功，發(fā)送登錄提示信息 */ 
38   tcp_write(pcb, linkInfo, strlen(linkInfo), 1);
39   tcp_write(pcb, LOGIN_INFO, strlen(LOGIN_INFO), 1);
40  
41   return ERR_OK;
42 }

在這個函數(shù)中，我們實現(xiàn)的功能主要是三方面：注冊Telnet服務器消息處理回調(diào)函數(shù)；注冊Telnet服務器連接錯誤回調(diào)函數(shù)；初始化Telnet服務器的狀態(tài)。這個初始化是在連接建立后，Telnet服務器與客戶端的交互初始化，比如登錄狀態(tài)，用戶提示等。

在上面的函數(shù)中，我們注冊了兩個回調(diào)函數(shù)，接下來必然就是實現(xiàn)這兩個函數(shù)。我們先來實現(xiàn)Telnet服務器信息處理回調(diào)函數(shù)。這個函數(shù)其實就是我們前面注冊過的TCP服務器數(shù)據(jù)接收處理函數(shù)。這個函數(shù)是tcp_recv_fn類型。這是使用RAW API實現(xiàn)TCP服務器最重要的函數(shù)，因為我們實現(xiàn)的TCP服務器究竟有什么功能，完全依賴于這個函數(shù)及其所調(diào)用的函數(shù)。

1 /* TELNET服務器信息處理回調(diào)函數(shù)，在有消息需要處理時，調(diào)用此函數(shù) */
 2 static err_t TelnetServerCallback(void *arg, struct tcp_pcb *pcb, struct pbuf *p, err_t err)
 3 {
 4   telnet_conn_arg *conn_args = (telnet_conn_arg *)arg;
 5   char sndbuf[50];
 6   int strlen = 0;
 7   int ret = 0;
 8  
 9   if(NULL == conn_args || pcb->remote_port != conn_args->client_port)
10   {
11     if(p!= NULL)
12     {
13       pbuf_free(p);
14     }
15     return ERR_ARG;
16   }
17  
18   if (p != NULL)
19   {       
20     /* 更新接收窗口 */
21     tcp_recved(pcb, p->tot_len);
22  
23     ret = TelnetCommandInput(pcb, conn_args, p);
24  
25     if(ret == 1)//是完整命令
26     {
27       switch(conn_args->state)
28       {
29       case TELNET_SETUP:
30         {
31           if(strcmp(conn_args->bytes,PASSWORD) == 0)//密碼正確
32           {
33             strlen = sprintf(sndbuf,"##Hello! This is an LwIP-based Telnet Server##\\r\\n");
34             tcp_write(pcb, sndbuf, strlen,TCP_WRITE_FLAG_COPY);
35             strlen = sprintf(sndbuf,"##Created by Moonan...                      ##\\r\\n");
36             tcp_write(pcb, sndbuf, strlen,TCP_WRITE_FLAG_COPY);
37             strlen = sprintf(sndbuf,"##Enter help for help.  Enter quit for quit.##\\r\\n");
38             tcp_write(pcb, sndbuf, strlen,TCP_WRITE_FLAG_COPY);
39             strlen = sprintf(sndbuf,"LwIP Telnet>");
40             tcp_write(pcb,sndbuf,strlen, 1);
41  
42             conn_args->state = TELNET_CONNECTED;//轉(zhuǎn)換狀態(tài)
43           }
44           else//密碼錯誤，提示重新登錄
45           {
46             strlen = sprintf(sndbuf,"##PASSWORD ERROR! Try again:##\\r\\n");
47             tcp_write(pcb, sndbuf, strlen,TCP_WRITE_FLAG_COPY);
48           }
49           memset(conn_args->bytes, 0, MAX_MSG_SIZE);
50           conn_args->bytes_len = 0;
51           break;
52         }
53       case TELNET_CONNECTED:
54         {
55           if(TelnetCommandParse(pcb, conn_args->bytes) == 0)
56           {
57             memset(conn_args->bytes, 0, MAX_MSG_SIZE);
58             conn_args->bytes_len = 0;
59           }
60           else
61           {
62             /* 服務器關(guān)閉連接 */
63             ServerCloseTelnetConnection(pcb);
64           }
65           break;
66         }
67       default:
68         {
69           break;
70         }
71       }
72     }
73     pbuf_free(p);
74   } 
75   else if (err == ERR_OK)
76   {
77     /* 服務器關(guān)閉連接 */
78     ServerCloseTelnetConnection(pcb);
79   }
80  
81   return ERR_OK;
82  
83 }

在這個函數(shù)中，我們實現(xiàn)了Telnet服務器的各種功能，如登錄驗證，命令檢查，命令響應等。已經(jīng)具備一個Telnet服務器的基本框架。接下來還要實現(xiàn)Telnet連接錯誤回調(diào)函數(shù)。這個函數(shù)是tcp_err_fn類型，在這個程序中主要完成連接異常結(jié)束時的一些處理，可以釋放一些必要的資源。在這個函數(shù)被內(nèi)核調(diào)用時，連接實際上已經(jīng)斷開，相關(guān)控制塊也已經(jīng)被刪除。所以在這個函數(shù)中我們可以重新初始化連接及其資源。

1 /* TELNET連接錯誤回調(diào)函數(shù)，連接故障時調(diào)用本函數(shù) */
2 static void TelnetServeConnectError(void *arg, err_t err)
3 {
4   Telnet_Server_Initialization();
5 }

至此，我們就實現(xiàn)了一個簡單的Telnet服務器，當然它只是一個雛形，需要開發(fā)更復雜的功能則需要修改這幾個回調(diào)函數(shù)。

4 、 TELNET****服務器總結(jié)

我們已經(jīng)實現(xiàn)了一個簡單的Telnet服務器。當然，我們的目的主要是以此來學習基于LwIP的復雜的TCP應用。事實上理解了TCP服務器的實現(xiàn)機制，諸如此類基于TCP的高級應用協(xié)議并不是特別復雜的事情。