在实际网络中,许多不在同一地点的局域网之间需要交互信息。为实现专用无线网与局域网之间的互连,研制具备下述功能的网关。首先,实现IP级互连,即某一局域网的IP数据报经过网关的转换后可以通过无线网传到另一网关,再经转换后,IP数据报可到达另一局域网的相应的主机上,如图1所示;其次,实现连接认证。当网关启动时,与另一网关进行连接认证,当认证通过时,才建立IP连接。

实验采用自主开发的软件,工作在Windows 9x操作系统下,在局域网中获得所有的IP数据报,通过判断、修改Ethernet头信息,将IP数据报送至串口,通过连接在串口的无线设备发送出去。目的网络的网关串口上连接的无线设备接收到后,通过网关转发到目的计算机。从功能上说,网关计算机实现的是路由器的功能。

1 路由器功能

路由器的功能主要有以下五个方面:

(1)网络间截获发送到远地网段的报文,起转发的作用;

(2)选择最合理的路由,引导通信;

(3)路由器在转发报文的过程中,为了便于在网络间传送报文,按照预定的规则把大的数据包分解成适当大小的数据包,到达目的地后再把分解的数据包包装成原有形式;

(4)多协议的路由器可以连接使用不同通信协议的网络段,作为不同通信协议网络段通信连接的平台;

(5)路由器的主要任务是把通信引导到目的地网络,然后到达特定的节点站地址。后一个功能是通过网络地址分解完成的。

根据本项目的具体要求,所设计的无线网关实现了路由器的一部分功能,但并不是一个完整意义上的路由器。

2 系统设计与实现

2.1 系统结构

系统结构如图1所示。

对LAN而言,无线数据链是隐含在网关内的协议实体,它对LAN1和LAN2都是透明的。对外部而言,半网关1和半网关2构成一个整体网关,它完成与IP有关的信息处理,路由选择和LAN内部物理寻址。两个LAN间的IP数据报传输处理过程如图2所示。这里网关主要解决转发决策、时延处理、地址转换等。

2.2 半网关的体系结构

半网关的体系结构如图3所示。

其中:

VxD:从本地LAN接收和向本地LAN发送MAC帧(VxD是Windows 95/98下虚拟设备驱动程序);

LAN接收:去掉VxD传递的数据中的MAC帧控制信息,并根据目的IP地址决定是否将其转给IP处理模块;

LAN发送:根据IP模块转来的目的IP地址,查找对应的MAC地址,进而组成完整的MAC帧交由VxD发送到本地LAN；

IP处理模块:负责路由选择和其他IP层处理,并将LAN接收模块交来的IP数据报处理后交给Line发送模块,将Line接收模块交来的IP数据报交给本地LAN发送模块;

Line接收模块:把从数据链路接收的完整IP数据报交给IP处理模块;

Line发送模块:把从IP处理模块接收的IP数据报发送到数据链路上。

由上述功能可以看出,若把网关看作是一个双向系统,那么入口端负责IP数据报的过滤,出口端负责IP数据报的转发。连接认证模块负责在建立IP连接前两个半网关的认证。

管理模块:负责半网关的进程调度,并提供地址库的修改接口。

对网卡的操作通过调用VxD软件实现。

此外,半网关中附有一个地址库,存储本地LAN的IP地址和对应的MAC地址的信息,供LAN发送和接收模块查询或调用。