基于嵌入式操作系统VxWorks的NAT网关研制

摘要

NAT技术是用于将一个地址域(如专用Intranet)映射到另一个地址域(如Intternet)的标准方法。NAT允许一个机构专用Intranct中的主机透明地连接到公共域中的主机，无需内部主机拥有越来越缺乏的注册Internet地址。这样可以在多个子网中使用相同的IP地址，从而减少合法注册IP地址的使用。同时，NAT技术的应用超出了仅作为一种解决IP地址的匮乏问题短期解决策略，更广泛应用于网络安全，负载均衡，虚拟路由等多个方面，具有广泛的TCP/IP应用基础。 本文详细阐述了NAT技术的基本概念，工作原理，对各种不同的NAT类型也进行了分析，叙述了NAT型网关技术，总结了解决方案和工作模式。 然后在此基础上，重点分析了网络地址转换系统的设计方案，通过分析基于MPC860的网关设计方案和VxWorks操作系统网络特性，提出了一个基于嵌入式操作系统VxWork的NAT系统设计方案，该方案具有松耦合、可扩展、可移植等良好特点。 基于以上研究基础，开发出了基于嵌入式操作系统VxWorks的NAT网关。本系统具有动态地址转换以及对NAT映射表进行时间控制的功能。采用VxWorks的Hook机制获取网络中的包，并在此基础上对截获的IP包进行处理，根据需要对IP包头进行相应的处理以实现NAT功能。同时，还对NAT映射表进行了控制，通过记录NAT表项的生存时间，删除长期不用的NAT表项，从而防止了随时间增加NAT映射表中的表项将会增加而占用大量存储空间的问题。在实现上述功能的同时采用了VxWorks的信号量机制解决了内存冲突问题。 最后，对本系统进行了详细的测试，测试结果显示本网关可以满足局域网中计算机正常上网的需求，并可以正常使用各种网络功能，同时还对本系统的稳定性进行了测试，百万级数据包交换没有出现任何错误。

目录

文摘

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引 言

第一章绪论

1.1课题的研究背景

1.1.1嵌入式系统的发展现状

1.1.2嵌入式处理器分类与现状

1.1.3几种流行的嵌入式操作系统比较

1.1.4嵌入式系统的发展趋势

1.2嵌入式NAT网关

1.3本论文的研究工作

1.4小结

第二章实时嵌入式操作系统VxWorks概述

2.1嵌入式实时操作系统

2.2 VxWorks简介

2.3 VxWorks操作系统内核实现

2.3.1任务管理

2.3.2通信、同步和互斥机制

2.3.3中断管理

2.3.4信号机制

2.3.5时钟管理

2.4 VxWorks的系统任务

2.5 VxWorks的集成开发环境

2.6 VxWorks的配置裁剪与产生

2.7 VxWorks下BSP资源及其功能

2.7.1 VxWorks下配置目录以及文件介绍

2.7.2 VxWorks的初始化流程

2.8 小结

第三章嵌入式处理器MPC860的应用与研究

3.1 MPC860嵌入式通信处理器系统结构

3 2 MPC860通信处理器POWERPC内核

3.2.1 PowerPC内核结构以及功能介绍

3.2.2 PowerPC内核Cache的使用与控制

3.2.3存储器管理单元(MMU)

3.3系统接口单元

3.3.1系统配置与保护

3.3.2 MPC860中断结构与配置

3.4通信处理模块

3.4.1 CPM通信处理器

3.4.2 SDMA通道和IDMA模拟通道

3.4.3串行接口(SI)

3.4.4 CPM中断控制器

3.5 小结

第四章网络地址转换技术

4.1 NAT技术的基本原理

4.1.1基本概念

4.1.2基本原理

4.1.3工作类型

4.2小结

第五章网络地址转换技术的设计

5.1基于VxWorks的NAT协议开发

5.1.1 VxWorks的网络层次结构

5.1.2设计需求

5.1.3支撑环境

5.1.4设计方案讨论

5.2 NAT系统功能实现

5.2.1主要功能模块

5.2.2 IP数据包处理模块

5.2.3 NAT时间控制模块

5.3 NAT系统功能测试

5.3.1硬件环境

5.3.2网络结构图

5.3.3测试结果

5.4 小结

第六章结论与展望

6.1本文结论

6.2展望

参考文献

致谢

在学研究成果