摘要：文章描述了編寫(xiě)的基于 OpenWrt 的開(kāi)放式路由動(dòng)態(tài)帳號(hào)密碼管理的應(yīng)用設(shè)計(jì)，詳細(xì)講述了設(shè)計(jì)的用途、應(yīng)用結(jié)構(gòu)及功能。

1、硬件結(jié)構(gòu)

整個(gè)硬件系統(tǒng)主要分成兩部分，普通路由器硬件和基于單片機(jī)的人際交換系統(tǒng)。為了降低開(kāi)發(fā)的難度，路由器硬件部分我們直接用現(xiàn)有的路由器進(jìn)行改造，主要有兩方面的改造：提升硬件性能，加大內(nèi)存和，存儲(chǔ)芯片容量，使路由器能夠運(yùn)行我們要是使用的OpenWRT系統(tǒng)；引出通信接口，與人機(jī)交換系統(tǒng)通信，通信接口采用TTL電平的串行異步通信接口。人機(jī)交換系統(tǒng)采用宏晶公司的51單片機(jī)作為主控，負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)LCD顯示屏、輸入按鈕和微型打印機(jī)，并使用與路由器通信。

適當(dāng)選用路由器硬件可以有效地簡(jiǎn)化整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難度，為了降低應(yīng)用開(kāi)發(fā)的難度，可以直接使用以能夠運(yùn)行OpenWRT系統(tǒng)為賣(mài)點(diǎn)的路由器的硬件，這樣可以避免系統(tǒng)移植帶來(lái)的麻煩，直接進(jìn)入應(yīng)用開(kāi)發(fā)。如果需要使用自己做的硬件時(shí)，系統(tǒng)移植無(wú)法避免，但是軟件和硬件可以同步開(kāi)發(fā)，減少開(kāi)發(fā)周期。

2、應(yīng)用結(jié)構(gòu)

2.1概述

整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)行在一個(gè)嵌入式Linux系統(tǒng)OpenWRT上，實(shí)現(xiàn)的功能是wifi無(wú)密碼可直接連接，但是要上網(wǎng)必須先經(jīng)過(guò)網(wǎng)頁(yè)認(rèn)證，否則不過(guò)瀏覽什么網(wǎng)站都被定向到認(rèn)證頁(yè)面，和CMCC的熱點(diǎn)類(lèi)似，但整個(gè)系統(tǒng)在一個(gè)普通路由器上實(shí)現(xiàn)。認(rèn)證系統(tǒng)主要分成三部分，分別為web服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)控制和賬戶(hù)管理。整個(gè)應(yīng)用結(jié)構(gòu)上以賬戶(hù)管理為中心，提供接口與web服務(wù)器交換用戶(hù)數(shù)據(jù)，根據(jù)用戶(hù)信息操作網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，并與人機(jī)交換系統(tǒng)連接，提供后臺(tái)用戶(hù)管理操作。

2.2web服務(wù)器搭建

由于整個(gè)系統(tǒng)集成在一個(gè)路由器上，硬件資源相對(duì)緊缺，搭建普通web服務(wù)器占用資源較多，綜合考慮，我們?cè)贠penWRT默認(rèn)的web配置界面系統(tǒng)的基礎(chǔ)上創(chuàng)建用于認(rèn)證的網(wǎng)頁(yè)和相關(guān)的數(shù)據(jù)交換接口。OpenWRT默認(rèn)的界面是采用LuCi，整個(gè)web服務(wù)器由uhttpd和LcCi組成。uhttpd是簡(jiǎn)化版的web服務(wù)器端軟件，專(zhuān)用于嵌入式系統(tǒng)；LuCi由lua語(yǔ)言編寫(xiě)，集成OpenWRT系統(tǒng)配置工具，與shell和C語(yǔ)言程序交換非常容易，可調(diào)用C語(yǔ)言寫(xiě)的庫(kù)，執(zhí)行效率很高，非常適用于嵌入式系統(tǒng)。

要在這個(gè)系統(tǒng)上建立用于認(rèn)證的web服務(wù)，利用uhttpd建立多個(gè)網(wǎng)站，一個(gè)是路由器配置用的，已經(jīng)可用的，還要使用不同的端口再建立一個(gè)。我們可以通過(guò)配置uhttpd增加監(jiān)聽(tīng)端口，端口選擇不能與ssh等服務(wù)專(zhuān)用的端口沖突，我們用了8086端口，這個(gè)端口對(duì)應(yīng)的網(wǎng)站用于處理被網(wǎng)絡(luò)控制部分重定向這里的訪問(wèn)請(qǐng)求，同時(shí)承擔(dān)與用戶(hù)終端交換認(rèn)證數(shù)據(jù)。我們新建的網(wǎng)站也是使用LuCi，與用于配置的網(wǎng)站共用大部分代碼以節(jié)省資源。

2.3網(wǎng)絡(luò)控制

網(wǎng)路控制部分使用IPtable來(lái)控制網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)IPtable實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行攔截、丟棄和重定向這幾個(gè)重要網(wǎng)絡(luò)控制功能。網(wǎng)絡(luò)控制部分的所有網(wǎng)絡(luò)操作都是基于上述幾個(gè)基本功能進(jìn)行的。

網(wǎng)絡(luò)控制部分初始化時(shí)，攔截所有要訪問(wèn)網(wǎng)外的內(nèi)網(wǎng)IP數(shù)據(jù)包，即源地址是內(nèi)網(wǎng)IP，目的地址是外網(wǎng)IP的數(shù)據(jù)包，并把攔截到的數(shù)據(jù)包重定向到web服務(wù)器監(jiān)聽(tīng)的8086端口。瀏覽器或者其他應(yīng)用訪問(wèn)網(wǎng)站一般是通過(guò)域名來(lái)訪問(wèn)的，訪問(wèn)的過(guò)程是通過(guò)DNS服務(wù)器解析域名，解析成功后獲得網(wǎng)站真正的地址才能訪問(wèn)到網(wǎng)站，當(dāng)解析域名失敗時(shí)，部分瀏覽器會(huì)認(rèn)為IP網(wǎng)絡(luò)有故障，停止訪問(wèn)。為了讓瀏覽器能夠解析域名，需要放行DNS數(shù)據(jù)包。DNS是使用UDP協(xié)議的，端口為53，所以初始化時(shí)需要放行53端口的UDP協(xié)議數(shù)據(jù)包。初始化完后還要提供兩個(gè)操作接口，允許指定IP訪問(wèn)外網(wǎng)和攔截指定IP。

2.4賬戶(hù)管理

賬戶(hù)管理是整個(gè)應(yīng)用的中心，負(fù)責(zé)用戶(hù)的數(shù)據(jù)管理，通過(guò)web服務(wù)器與用戶(hù)終端交換數(shù)據(jù)，通過(guò)人機(jī)交換系統(tǒng)與后臺(tái)管理交換用戶(hù)信息，根據(jù)用戶(hù)狀態(tài)調(diào)用網(wǎng)絡(luò)控制部分提供的接口，實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶(hù)上網(wǎng)的控制。

增加賬戶(hù)通過(guò)人機(jī)交換系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，人機(jī)交換只有一個(gè)按鍵和一個(gè)LCD顯示屏，按一下按鍵實(shí)現(xiàn)新建用戶(hù)，并把用戶(hù)名和密碼嵌入到登錄頁(yè)面的URL的參數(shù)中，再把URL轉(zhuǎn)換為二維碼輸出到LCD顯示屏，用戶(hù)連接wifi后掃描二維碼即可實(shí)現(xiàn)認(rèn)證上網(wǎng)。

賬戶(hù)刪除由系統(tǒng)自動(dòng)完成，每新建一個(gè)賬戶(hù)，系統(tǒng)都會(huì)給賬戶(hù)在線時(shí)間和一個(gè)有效時(shí)間，一天內(nèi)不使用，賬戶(hù)自動(dòng)清除，賬戶(hù)在線時(shí)間到了，關(guān)閉當(dāng)前用戶(hù)的上網(wǎng)權(quán)限并清除賬戶(hù)。