NetBIOS

2025/02/17 更新

本篇文章我们将详细介绍如何在W5500芯片上面实现NetBIOS功能，并通过实战例程，为大家讲解如何通过名称进行PING测试。

该例程用到的其他网络协议，例如DHCP，请参考相关章节。有关 W5500 的初始化过程，请参考Network install，这里将不再赘述。

NetBIOS简介

NetBIOS（Network Basic Input/Output System，网络基本输入输出系统）即网络基本输入输出系统，由 IBM 在 1983 年开发，用于局域网通信。它为网络资源分配唯一名称，支持可靠的会话服务和快速的无连接数据报服务，计算机通过向名称服务器注册和查询，实现基于名称的通信，在局域网共享、网络管理等场景广泛应用。

NetBIOS特点

唯一命名规则：NetBIOS为网络中的每个节点分配一个唯一的名称，长度为16个字符。这一名称在网络中作为节点的标识，方便用户和应用程序识别和访问特定的资源。
动态注册与解析：节点在接入网络时，会动态地将其NetBIOS名称注册到网络中。当一个节点需要与另一个节点通信时，它会通过名称解析机制将NetBIOS名称转换为对应的以太网地址（MAC地址）。这种动态的注册和解析过程使得网络配置更加灵活，节点可以随时加入或离开网络，而无需复杂的手动配置。
面向连接（TCP）和无连接（UDP）通信均支持：它支持广播和组播，支持三个分开的服务：名字、会话和数据报。
较好的兼容性好：该协议具有较好的兼容性，能够与其他网络协议（如TCP/IP）共存。在现代网络环境中，虽然TCP/IP协议占据主导地位，但NetBIOS仍然可以在某些特定的应用场景中发挥作用，并且可以与基于TCP/IP的应用程序进行交互。

NetBIOS应用场景

在实际应用中，我们通常会使用DHCP的方式来配置设备的网络地址，因此，当我们想访问该设备时，还需先去查看IP地址后再进行访问。当我们的设备使用上NetBIOS之后，我们可以直接通过NetBIOS名称来访问设备，解决了设备IP不固定难以访问的问题。

NetBIOS的基本工作流程

接下来，我们以PC端PING一个支持NetBIOS的设备为例，讲解下NetBIOS的工作流程。

当PC端PING的是一个NetBIOS 名称时，首先会查询自身的 NetBIOS 远程缓存名称表中是否存在记录，存在则将NetBIOS名称替代为IP地址，不存在则PC 端发出 NetBIOS 广播请求。
当设备端接收到NetBIOS请求后，会检查该请求中的名称是否与自身的名称相符。若相符，设备端会向请求端回复自身的IP地址。
PC端在收到设备端的响应后，会将该响应中包含的 IP 地址和NetBIOS名称建立映射关系存储到 NetBIOS 远程缓存名称表中。
PC端根据NetBIOS 远程缓存名称表中的映射关系，将NetBIOS名称替换成IP进行PING操作。

NetBIOS报文解析

NetBIOS（Network Basic Input/Output System）报文用于局域网内计算机的设备发现与名称解析。它工作在会话层，通过UDP 137端口进行名称服务，用于主机名与IP地址的映射；UDP 138端口用于数据报服务，支持无连接消息传输；TCP 139端口用于会话服务，支持面向连接的通信。

NetBIOS报文格式如下：

字段解释

Transaction ID (事务 ID)：
用于标识请求与响应的唯一事务 ID，便于匹配查询和应答报文。
Flags (标志位)：
指示报文类型（请求/响应）。
包含广播标志、操作码及其他控制信息。
Questions (查询数量)：
表示当前查询的名称数量，通常为 1。
Answer RRs (回答记录数)：
表示响应中返回的资源记录数。
Authority RRs (授权记录数)：
表示提供的授权名称服务器记录数。
Additional RRs (额外记录数)：
提供额外的附加信息，如 IP 地址或其他补充数据。
Question Name (查询名称)：
查询的 NetBIOS 名称，经过特殊编码，占用 16 字节，末尾以 0x00 结束。
Question Type (查询类型)：
指定查询的类型，如 0x20 表示 NetBIOS 名称查询。
Question Class (查询类)：
指定查询的类，0x01 表示 IN（互联网类查询）。

报文示例


|报文解析|
NetBIOS Name Service
  Transaction ID: 0xa753    	(唯一标识此查询，用于匹配请求与响应)
  Flags: 0x0110, Opcode: Name query, Recursion desired, Broadcast   	(表示这是一个 广播 查询请求)
  Questions: 1     	(字段说明仅查询一个设备名称)
  Answer RRs: 0     	(在响应报文中，该字段会显示解析到的记录数)
  Authority RRs: 0    	(在响应报文中，用于指示哪些服务器可以授权回答该查询)
  Additional RRs: 0   	(在某些NetBIOS响应中可能用于携带更多解析信息)

|报文原文|
a7 54 01 10 00 01 00 00 00 00 00 00

实现过程

接下来，我们看看如何在W5500上实现NetBIOS功能。

在主循环调用do_netbios()函数，如下所示：


while (1)
{
    do_netbios(SOCKET_ID);
}

do_netbios()函数需要传入socket号作为参数，具体内容如下：


/**
*@brief  Execute the NetBIOS name resolver
*@param  socket number
*@return no
*/
void do_netbios(uint8_t sn)
{
    unsigned char state;
    unsigned int  len;
    state = getSn_SR(sn);
    switch (state)
    {
    case SOCK_UDP:
        if ((len = getSn_RX_RSR(sn)) > 0)
        {
            unsigned char     rem_ip_addr[4];
            uint16_t          rem_udp_port;
            char              netbios_name[NETBIOS_NAME_LEN + 1];
            NETBIOS_HDR      *netbios_hdr;
            NETBIOS_NAME_HDR *netbios_name_hdr;
            len = recvfrom(sn, (unsigned char *)&netbios_rx_buf, len, rem_ip_addr, &rem_udp_port);
            printf("rem_ip_addr=%d.%d.%d.%d:%d\r\n", rem_ip_addr[0], rem_ip_addr[1], rem_ip_addr[2], rem_ip_addr[3], rem_udp_port);
            netbios_hdr      = (NETBIOS_HDR *)netbios_rx_buf;
            netbios_name_hdr = (NETBIOS_NAME_HDR *)(netbios_hdr + 1);
            // If the packet is a NetBIOS query packet
            if (((netbios_hdr->flags & ntohs(NETB_HFLAG_OPCODE)) == ntohs(NETB_HFLAG_OPCODE_NAME_QUERY)) && ((netbios_hdr->flags & ntohs(NETB_HFLAG_RESPONSE)) == 0) && (netbios_hdr->questions == ntohs(1)))
            {
                printf("netbios name query question\r\n");
                // Decode the NetBIOS package
                netbios_name_decoding((char *)(netbios_name_hdr->encname), netbios_name, sizeof(netbios_name));
                printf("name is %s\r\n", netbios_name);
                // If the query is made against the native Netbios
                if (strcmp(netbios_name, NETBIOS_W5500_NAME) == 0)
                {
                    uint8_t       ip_addr[4];
                    NETBIOS_RESP *resp = (NETBIOS_RESP *)netbios_tx_buf;
                    // Handle the header of the NetBIOS response packet
                    resp->resp_hdr.trans_id      = netbios_hdr->trans_id;
                    resp->resp_hdr.flags         = htons(NETB_HFLAG_RESPONSE | NETB_HFLAG_OPCODE_NAME_QUERY | NETB_HFLAG_AUTHORATIVE | NETB_HFLAG_RECURS_DESIRED);
                    resp->resp_hdr.questions     = 0;
                    resp->resp_hdr.answerRRs     = htons(1);
                    resp->resp_hdr.authorityRRs  = 0;
                    resp->resp_hdr.additionalRRs = 0;
                    // Process the header data of the NetBIOS response packet
                    memcpy(resp->resp_name.encname, netbios_name_hdr->encname, sizeof(netbios_name_hdr->encname));
                    resp->resp_name.nametype = netbios_name_hdr->nametype;
                    resp->resp_name.type     = netbios_name_hdr->type;
                    resp->resp_name.cls      = netbios_name_hdr->cls;
                    resp->resp_name.ttl      = htonl(NETBIOS_NAME_TTL);
                    resp->resp_name.datalen  = htons(sizeof(resp->resp_name.flags) + sizeof(resp->resp_name.addr));
                    resp->resp_name.flags    = htons(NETB_NFLAG_NODETYPE_BNODE);
                    getSIPR(ip_addr);
                    memcpy(resp->resp_name.addr, ip_addr, 4);
                    // Send a response packet
                    sendto(sn, (unsigned char *)resp, sizeof(NETBIOS_RESP), rem_ip_addr, rem_udp_port);
                    printf("send response\r\n");
                }
            }
        }
        break;

    case SOCK_CLOSED:
        close(sn);
        socket(sn, Sn_MR_UDP, NETBIOS_PORT, 0);
        break;

    default:
        break;
    }
}

进入do_netbios()函数会执行一个UDP协议的状态机，当收到消息后，首先会判断是否为NetBIOS报文，如果为NetBIOS报文则会进入netbios_name_decoding()函数解析NetBIOS名称，当名称与W5500的NetBIOS名称一致时，则返回响应报文。

netbios_name_decoding()函数如下：


static int netbios_name_decoding(char *name_enc, char *name_dec, int name_dec_len)
{
  char *pname;
  char  cname;
  char  cnbname;
  int   index = 0;
  // Decode the name of the former NetBIOS
  pname = name_enc;
  for (;;)
  {
      /* Every two characters of the first level-encoded name
    * turn into one character in the decoded name. */
      cname = *pname;
      if (cname == '\0')
          break; // no more characters
      if (cname == '.')
          break; // scope ID follows
      if (cname < 'A' || cname > 'Z')
      {
          // Not legal.
          return -1;
      }
      cname   -= 'A';
      cnbname  = cname << 4;
      pname++;

      cname = *pname;
      if (cname == '\0' || cname == '.')
      {
          /* No more characters in the name - but we're in
      * the middle of a pair.  Not legal. */
          return -1;
      }
      if (cname < 'A' || cname > 'Z')
      {
          // Not legal.
          return -1;
      }
      cname   -= 'A';
      cnbname |= cname;
      pname++;

      // Do we have room to store the character?
      if (index < NETBIOS_NAME_LEN)
      {
          // Yes - store the character.
          name_dec[index++] = (cnbname != ' ' ? cnbname : '\0');
      }
  }
  return 0;
}