基于TCP的Telnet服务器设计

前面我们已经实现了基于RAW API的TCP服务器和客户端，也在此基础上实现了HTTP应用。接下来我们实现一个基于TCP的Telnet服务器应用。

1 、 Telnet****协议简介

Telnet协议是TCP/IP协议族中的一员，是Internet远程登陆服务的标准协议和主要方式。它为用户提供了在本地计算机上完成远程主机工作的能力。在终端使用者的电脑上使用telnet程序，用它连接到服务器。终端使用者可以在telnet程序中输入命令，这些命令会在服务器上运行，就像直接在服务器的控制台上输入一样。可以在本地就能控制服务器。要开始一个telnet会话，必须输入用户名和密码来登录服务器。Telnet是常用的远程控制Web服务器的方法。

Telnet是位于OSI模型的第7层---应用层上的一种协议，是一个通过创建虚拟终端提供连接到远程主机终端仿真的TCP/IP协议。这一协议需要通过用户名和口令进行认证，是Internet远程登陆服务的标准协议。应用Telnet协议能够把本地用户所使用的计算机变成远程主机系统的一个终端。它提供了三种基本服务：

• Telnet定义一个网络虚拟终端为远程系统提供一个标准接口。客户机程序不必详细了解远程系统，他们只需构造使用标准接口的程序；
• Telnet包括一个允许客户机和服务器协商选项的机制，而且它还提供一组标准选项；.
• Telnet对称处理连接的两端，即Telnet不强迫客户机从键盘输入，也不强迫客户机在屏幕上显示输出。

2 、 TELNET****服务器的设计

Telnet是一种基于TCP实现的远程登录方式，Telnet协议也分配有固定端口23，在这里我们就是用这一端口来实现一个Telnet服务器。这个服务器可以提供给多个客户端访问。

我们要实现的这个Telnet服务器是比较简单的一个设计。当客户端成功链接到服务器后，服务器就会提示用户登录，成功登陆后就可以向服务器发送命令，当发送不同的命令时，服务器给出不同的响应。具体的操作流程设计如下：

从上面的流程图看其实我们设计的Telnet服务器功能已经非常明确了。但有两点需要描述一下。首先是关于连接状态的设定，在这里我们只是简单的将状态定义为两种：已登录和未登录。如果已登录则按命令交互来解析。如果未登录则按登录密码来解析。

另一方面，为了实现命令交互，我们需要为Telnet服务器设定命令。我们简单的设定6种命令："hello"、"date"、"time"、"version"、"quit"与"help"等命令。事实上我们实现Telnet服务器主要就是处理：如何接收和响应这些命令。

3 、 TELNET****服务器的实现

我们已经设计了Telnet服务器的基本功能。接下来就是如何实现它了。我们已经有前面实现TCP服务器的基础。所以实现他的重点就是我们设计的Telnet服务器了。

我们依然采用实现普通TCP服务器结构来实现Telnet服务器，只是在信息处理回调函数上更复杂一点。还有就是端口方面我们采用Telnet的惯用端口。首先必然是Telnet服务器的初始化。

1 /* TELNET服务器初始化配置*/
 2 void Telnet_Server_Initialization(void)
 3 {
 4   struct tcp_pcb *pcb;                            
 5  
 6   /* 生成一个新的TCP控制块 */
 7   pcb = tcp_new();                                   
 8  
 9   /* 控制块邦定到本地IP和对应端口 */
10   tcp_bind(pcb, IP_ADDR_ANY, TCP_TELNET_SERVER_PORT);      
11  
12   /* 服务器进入侦听状态 */
13   pcb = tcp_listen(pcb);                       
14  
15   /* 注册服务器accept回调函数 */
16   tcp_accept(pcb, TelnetServerAccept);                                       
17 }

其实初始化部分就是我们已经熟悉的TCP服务器的初始化，只是使用了Telnet的惯用端口。接下来就是实现在初始化中注册的Telnet服务器接收回调函数。该函数为tcp_accept_fn类型，注册到了监听控制块的accept字段。在服务器上有新连接建立时就会被内核调用。

1 /* TELNET接收回调函数，客户端建立连接后，本函数被调用 */
 2 static err_t TelnetServerAccept(void *arg, struct tcp_pcb *pcb, err_t err)
 3 {    
 4   u32_t remote_ip;
 5   char linkInfo [100];
 6   u8_t iptab[4];
 7   telnet_conn_arg *conn_arg = NULL;
 8   remote_ip = pcb->remote_ip.addr;
 9  
10   iptab[0] = (u8_t)(remote_ip >> 24);
11   iptab[1] = (u8_t)(remote_ip >> 16);
12   iptab[2] = (u8_t)(remote_ip >> 8);
13   iptab[3] = (u8_t)(remote_ip);
14  
15   //生成登录提示信息
16   sprintf(linkInfo, "Welcome to Telnet! your IP:Port --> [%d.%d.%d.%d:%d]\\r\\n", \\
17                    iptab[3], iptab[2], iptab[1], iptab[0], pcb->remote_port);  
18  
19   conn_arg = mem_calloc(sizeof(telnet_conn_arg), 1);
20   if(!conn_arg)
21   {
22     return ERR_MEM;
23   }
24  
25   conn_arg->state = TELNET_SETUP;
26   conn_arg->client_port = pcb->remote_port;
27   conn_arg->bytes_len = 0;
28   memset(conn_arg->bytes, 0, MAX_MSG_SIZE);
29  
30   tcp_arg(pcb, conn_arg);
31  
32   /* 注册Telnet服务器连接错误回调函数 */
33   tcp_err(pcb, TelnetServeConnectError);
34   /* 注册Telnet服务器消息处理回调函数*/
35   tcp_recv(pcb, TelnetServerCallback);
36  
37   /* 连接成功，发送登录提示信息 */ 
38   tcp_write(pcb, linkInfo, strlen(linkInfo), 1);
39   tcp_write(pcb, LOGIN_INFO, strlen(LOGIN_INFO), 1);
40  
41   return ERR_OK;
42 }

在这个函数中，我们实现的功能主要是三方面：注册Telnet服务器消息处理回调函数；注册Telnet服务器连接错误回调函数；初始化Telnet服务器的状态。这个初始化是在连接建立后，Telnet服务器与客户端的交互初始化，比如登录状态，用户提示等。

在上面的函数中，我们注册了两个回调函数，接下来必然就是实现这两个函数。我们先来实现Telnet服务器信息处理回调函数。这个函数其实就是我们前面注册过的TCP服务器数据接收处理函数。这个函数是tcp_recv_fn类型。这是使用RAW API实现TCP服务器最重要的函数，因为我们实现的TCP服务器究竟有什么功能，完全依赖于这个函数及其所调用的函数。

1 /* TELNET服务器信息处理回调函数，在有消息需要处理时，调用此函数 */
 2 static err_t TelnetServerCallback(void *arg, struct tcp_pcb *pcb, struct pbuf *p, err_t err)
 3 {
 4   telnet_conn_arg *conn_args = (telnet_conn_arg *)arg;
 5   char sndbuf[50];
 6   int strlen = 0;
 7   int ret = 0;
 8  
 9   if(NULL == conn_args || pcb->remote_port != conn_args->client_port)
10   {
11     if(p!= NULL)
12     {
13       pbuf_free(p);
14     }
15     return ERR_ARG;
16   }
17  
18   if (p != NULL)
19   {       
20     /* 更新接收窗口 */
21     tcp_recved(pcb, p->tot_len);
22  
23     ret = TelnetCommandInput(pcb, conn_args, p);
24  
25     if(ret == 1)//是完整命令
26     {
27       switch(conn_args->state)
28       {
29       case TELNET_SETUP:
30         {
31           if(strcmp(conn_args->bytes,PASSWORD) == 0)//密码正确
32           {
33             strlen = sprintf(sndbuf,"##Hello! This is an LwIP-based Telnet Server##\\r\\n");
34             tcp_write(pcb, sndbuf, strlen,TCP_WRITE_FLAG_COPY);
35             strlen = sprintf(sndbuf,"##Created by Moonan...                      ##\\r\\n");
36             tcp_write(pcb, sndbuf, strlen,TCP_WRITE_FLAG_COPY);
37             strlen = sprintf(sndbuf,"##Enter help for help.  Enter quit for quit.##\\r\\n");
38             tcp_write(pcb, sndbuf, strlen,TCP_WRITE_FLAG_COPY);
39             strlen = sprintf(sndbuf,"LwIP Telnet>");
40             tcp_write(pcb,sndbuf,strlen, 1);
41  
42             conn_args->state = TELNET_CONNECTED;//转换状态
43           }
44           else//密码错误，提示重新登录
45           {
46             strlen = sprintf(sndbuf,"##PASSWORD ERROR! Try again:##\\r\\n");
47             tcp_write(pcb, sndbuf, strlen,TCP_WRITE_FLAG_COPY);
48           }
49           memset(conn_args->bytes, 0, MAX_MSG_SIZE);
50           conn_args->bytes_len = 0;
51           break;
52         }
53       case TELNET_CONNECTED:
54         {
55           if(TelnetCommandParse(pcb, conn_args->bytes) == 0)
56           {
57             memset(conn_args->bytes, 0, MAX_MSG_SIZE);
58             conn_args->bytes_len = 0;
59           }
60           else
61           {
62             /* 服务器关闭连接 */
63             ServerCloseTelnetConnection(pcb);
64           }
65           break;
66         }
67       default:
68         {
69           break;
70         }
71       }
72     }
73     pbuf_free(p);
74   } 
75   else if (err == ERR_OK)
76   {
77     /* 服务器关闭连接 */
78     ServerCloseTelnetConnection(pcb);
79   }
80  
81   return ERR_OK;
82  
83 }

在这个函数中，我们实现了Telnet服务器的各种功能，如登录验证，命令检查，命令响应等。已经具备一个Telnet服务器的基本框架。接下来还要实现Telnet连接错误回调函数。这个函数是tcp_err_fn类型，在这个程序中主要完成连接异常结束时的一些处理，可以释放一些必要的资源。在这个函数被内核调用时，连接实际上已经断开，相关控制块也已经被删除。所以在这个函数中我们可以重新初始化连接及其资源。

1 /* TELNET连接错误回调函数，连接故障时调用本函数 */
2 static void TelnetServeConnectError(void *arg, err_t err)
3 {
4   Telnet_Server_Initialization();
5 }

至此，我们就实现了一个简单的Telnet服务器，当然它只是一个雏形，需要开发更复杂的功能则需要修改这几个回调函数。

4 、 TELNET****服务器总结

我们已经实现了一个简单的Telnet服务器。当然，我们的目的主要是以此来学习基于LwIP的复杂的TCP应用。事实上理解了TCP服务器的实现机制，诸如此类基于TCP的高级应用协议并不是特别复杂的事情。