基于嵌入式Linux的SOHO路由器設計

　針對目前SOHO路由器設計方案難以滿足高速接入網(wǎng)用戶要求和存在系統(tǒng)穩(wěn)定性方面的不足,以嵌入式Linux操作系統(tǒng)為基礎,提出一種新的 SOHO(Small Office and Home Office)路由器設計方案,有效地提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。

　　0 引言

　　隨著通信技術、網(wǎng)絡技術的迅速發(fā)展，大量網(wǎng)絡設備接入網(wǎng)絡，互聯(lián)網(wǎng)用戶數(shù)量正以幾何級數(shù)增長。研究表明，IPv4 地址空間將在2011 年前耗盡，因此IPv4 地址資源非常緊缺。SOHO 路由器利用私有網(wǎng)絡IP 地址有效地緩解目前 IP 地址短缺的危機，為公司、家庭等小型局域網(wǎng)提供高效、廉價的共享上網(wǎng)方案。當前SOHO 路由器設計，采用

　　ARM7TDMI+μClinux 設計架構(gòu)，ARM7 內(nèi)核微處理器工作頻率為50M 左右，而以太網(wǎng)控制芯片工作頻率一般為100M，處理器速度難以滿足高速接入網(wǎng)用戶要求；μClinux 操作系統(tǒng)，不具有內(nèi)存保護機制，任何程序都有可能導致內(nèi)核崩潰，系統(tǒng)穩(wěn)定性較差。本文采用ARM920T 內(nèi)核微處理器，工作頻率200M，足以滿足高速接入網(wǎng)用戶要求，它具有先進的MMU 體系結(jié)構(gòu)，支持WinCE、EPOC32、Linux 操作系統(tǒng)。Linux 操作系統(tǒng)，具有內(nèi)存保護機制和強大的網(wǎng)絡控制功能，能防止惡意程序?qū)ο到y(tǒng)的破壞并實現(xiàn)*濾防火墻，有效地提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。

　　1 SOHO 路由器原理

　　路由器有位于網(wǎng)絡中心的核心路由器、連接企業(yè)級網(wǎng)絡的企業(yè)路由器以及把家庭或小單位用戶接入網(wǎng)絡的 SOHO 路由器。SOHO 路由器能夠?qū)崿F(xiàn)自動配置和基本數(shù)據(jù)包路由、過濾功能。從嚴格意義上來講，SOHO 路由器并不能完全稱之為路由器，它只實現(xiàn)部分傳統(tǒng)路由器的功能。SOHO 路由器采用NAT(Network Address TranslaTIon)轉(zhuǎn)換技術，把局域網(wǎng)內(nèi)部私用有IP 地址轉(zhuǎn)換成一個合法的公網(wǎng)IP 地址，使私有網(wǎng)絡中多臺主機共享一個合法的 IP 地址訪問因特網(wǎng)。

　　本文利用 Linux 內(nèi)核支持IP Masquerade（IP 偽裝）技術實現(xiàn)NAT 轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)多臺主機共享訪問因特網(wǎng)。IP Masquerade 工作原理：客戶機將實現(xiàn)IP Masquerade 的Linux 機器設置為缺省網(wǎng)關，當IP Masquerade 的Linux 機器收到客戶機的數(shù)據(jù)包時，對其進行改寫，將源地址替換為自己的IP 地址，將源端口號換成一個新的端口號，并且對該過程進行記錄；當接收到響應數(shù)據(jù)包時，如果其端口號正是先前所指定的端口號則再對該數(shù)據(jù)包進行改寫，將其目的IP 地址及目的端口號替換為原來記錄的客戶機IP 地址和端口號，然后再發(fā)送給客戶機。

　　2 系統(tǒng)硬件設計

　　系統(tǒng)以 S3C2410X 微處理器為核心，外擴存儲器、以太網(wǎng)控制器、交換控制器、配以必要的調(diào)試接口、電源電路和時鐘發(fā)生電路構(gòu)成，硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1 所示。