基于USB Key認證的VPN網(wǎng)絡(luò)自動連接的設(shè)計與實現(xiàn)

王 華，饒傳新，馬思銳，汪 軍

(宜昌市氣象局，宜昌 443000)

0 引言

氣象觀測數(shù)據(jù)是開展氣象預(yù)報預(yù)警服務(wù)的基礎(chǔ)，其傳輸?shù)臅r效性嚴重影響著服務(wù)的質(zhì)量。因此，保障觀測數(shù)據(jù)傳輸?shù)募皶r率一直是氣象信息部門的重要任務(wù)。在影響數(shù)據(jù)傳輸及時率的因素當中，網(wǎng)絡(luò)是重要因素之一。為此，湖北省氣象局在氣象專線網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，建立了VPN網(wǎng)絡(luò)作為備份網(wǎng)絡(luò)。該VPN網(wǎng)絡(luò)采用安達通VPN網(wǎng)絡(luò)安全互聯(lián)解決方案，各地市(州)、縣氣象局臺站通過USB Key認證的方式接入。USB Key一般部署在負責數(shù)據(jù)采集的電腦上，當專線網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時，值班人員通過打開VPN客戶端軟件并執(zhí)行登錄操作來實現(xiàn)VPN網(wǎng)絡(luò)的連接。

手動啟用VPN網(wǎng)絡(luò)的方式在非值守時段和無人值守業(yè)務(wù)中存在兩點不足：一是難以及時發(fā)現(xiàn)氣象專線網(wǎng)絡(luò)故障；二是在遠程屏幕共享無效的情況下，只能到現(xiàn)場進行VPN網(wǎng)絡(luò)連接操作。這兩點不足導(dǎo)致故障的排除時間無法滿足數(shù)據(jù)傳輸時效性要求，對數(shù)據(jù)傳輸及時率存在一定影響。

文章針對手動啟用VPN網(wǎng)絡(luò)存在的不足，提出基于Ping命令進行氣象專線網(wǎng)絡(luò)連通性監(jiān)測、基于大漠插件和按鍵精靈進行模擬鼠標鍵盤操作的改進方案，并開發(fā)了相應(yīng)的軟件，實現(xiàn)了安達通VPN客戶端的自動啟動和登錄操作。在實際應(yīng)用中，該軟件能夠及時主動發(fā)現(xiàn)專線網(wǎng)絡(luò)故障，減少了手動操作，提高了觀測數(shù)據(jù)傳輸?shù)募皶r率。

1 系統(tǒng)設(shè)計

1.1 系統(tǒng)流程

基于USB Key認證的安達通VPN網(wǎng)絡(luò)需要手動連接的原因是：1)缺乏專線網(wǎng)絡(luò)故障監(jiān)測機制，即無法確定何時啟動安達通VPN客戶端；2)安達通VPN客戶端啟動后，需要與用戶交互，如選擇認證方式、輸入密碼等操作。即使保存了相關(guān)參數(shù)，也需要點擊界面上的“登錄”按鈕執(zhí)行連接操作。安達通VPN客戶端登錄界面協(xié)議有http和https兩個選項；認證方式有用戶名/密碼、數(shù)字證書和USBKEY 3個選項。

由上述分析可知，解決專線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測和VPN客戶端自動交互是實現(xiàn)安達通VPN網(wǎng)絡(luò)自動連接的關(guān)鍵。

1.2 網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測

文章采用Ping進行網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測。Ping是常用的網(wǎng)絡(luò)診斷工具，它既是Windows、Linux和Unix操作系統(tǒng)下的一個命令，也是通信協(xié)議TCP/IP的一部分，利用它可以檢查網(wǎng)絡(luò)是否連通[1-3]。利用操作系統(tǒng)控制臺的Ping命令無法滿足網(wǎng)絡(luò)連通測試自動化的要求，因此，文章在MFC框架下，利用socket網(wǎng)絡(luò)編程實現(xiàn)了Ping功能。網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測的基本原理是：定期(如每隔6 min)利用Ping命令向目標IP地址發(fā)送4個數(shù)據(jù)包，計算4個數(shù)據(jù)包的平均響應(yīng)時間，若平均響應(yīng)時間大于1000 ms，則判定為網(wǎng)絡(luò)故障(無故障情況下平均響應(yīng)時間不超過50 ms)；反之，則網(wǎng)絡(luò)正常。需要注意的是，在目標服務(wù)器出現(xiàn)故障的情況下，平均響應(yīng)時間也很長，但此時不能判定為網(wǎng)絡(luò)故障，因此，還需要檢測到達目標IP的上一跳IP是否正常，只有兩者均不可達時，才判定為網(wǎng)絡(luò)故障。

1.3 模擬鼠標鍵盤

模擬鼠標鍵盤的作用是自動執(zhí)行設(shè)定的鼠標鍵盤操作，而無需人工干預(yù)。在模擬鼠標鍵盤方面，大漠插件和按鍵精靈是兩款優(yōu)秀的工具。大漠插件(dm.dll)是一款集前后臺、文字識別、圖色、按鍵鼠標、窗口和內(nèi)存等功能于一身的綜合插件，它由Microsoft Visual C++ 6.0編程環(huán)境下的COM接口編程實現(xiàn)，適用于所有語言的調(diào)用[4]；按鍵精靈是一款模擬鼠標鍵盤動作的軟件，通過它不需要任何編程知識就可以寫出功能強大的腳本。通過腳本，可以讓按鍵精靈代替雙手，自動執(zhí)行一系列鼠標鍵盤動作[5，6]。按鍵小精靈是腳本經(jīng)過按鍵精靈軟件編譯后生成的可執(zhí)行文件，它可以脫離按鍵精靈軟件環(huán)境獨立執(zhí)行。

無論是采用大漠插件還是按鍵精靈進行模擬鼠標鍵盤操作，首先要確定的是鼠標鍵盤操作的位置，即軟件界面元素的屏幕坐標。圖1給出了軟件界面元素屏幕坐標與屏幕分辨率、軟件窗口屏幕初始位置間的關(guān)系。圖1中：屏幕左上方為坐標原點；px_x0、px_y0分別為屏幕的橫向、縱向分辨率；(x0，y0)為軟件打開時的初始屏幕坐標；(xn，yn)為軟件界面上某個元素的屏幕坐標；Δxn、Δyn是(xn，yn)相對于(x0，y0)的坐標偏移量，為定值，不隨屏幕分辨率的改變而改變，其值可以通過按鍵精靈的“抓抓”功能獲得；x0、y0分別與屏幕的橫向、縱向分辨率存在一元線性關(guān)系。因此，只要能確定圖中的關(guān)系式，便可間接獲得軟件界面上元素在任意屏幕分辨率下的屏幕坐標。

圖1 軟件界面元素屏幕位置與屏幕分辨率、軟件窗口屏幕初始位置間的關(guān)系

設(shè)置不同的屏幕分辨率，在每一種屏幕分辨率下打開安達通客戶端，利用按鍵精靈的“抓抓”功能獲取軟件的初始屏幕位置，并記錄屏幕分辨率和相應(yīng)的軟件初始位置數(shù)據(jù)。對兩組數(shù)據(jù)進行一元線性擬合，得到的擬合關(guān)系如圖2所示。圖中，y=0.5x-180、y=0.5x-146分別為安達通客戶端屏幕初始位置的橫坐標、縱坐標與屏幕橫向、縱向分辨率間的擬合關(guān)系式，擬合優(yōu)度均為1.00。

圖2 安達通客戶端屏幕初始坐標與屏幕分辨率間擬合關(guān)系

由以上關(guān)系式，很容易準確地獲取安達通客戶端界面元素的屏幕位置。例如：安達通客戶端界面元素“登錄(L)”按鈕相對于界面的偏移量為(134，253)，則在1024×768的屏幕分辨率下，其屏幕坐標為：x1=0.5×1024-180+134=466，y1=0.5×768-146+253=491；在1920×1080的屏幕分辨率下，其屏幕坐標為：x2=0.5×1920-180+134=914，y2=0.5×1080-146+253=647。

2 系統(tǒng)實現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)界面

目標服務(wù)器IP地址指的是臺站觀測數(shù)據(jù)最終需要送達的地址；服務(wù)器上一跳地址指的是通過tracert路由追蹤命令得到的倒數(shù)第2條路由地址；安達通VPN安裝路徑指的是可執(zhí)行文件TpnMangr.exe的路徑；監(jiān)控時間間隔(秒)即進行網(wǎng)絡(luò)連通檢測的時間間隔，有10、30、60、120、300和600等可選，默認為60；模擬鼠標鍵盤方式可選擇大漠插件或按鍵精靈，兩者相互獨立；注冊按鈕提供大漠插件(dm.dll)的注冊功能，也可手動注冊；手動測試按鈕用于測試系統(tǒng)能否正常工作。

2.2 大漠插件和按鍵精靈

MFC項目中使用大漠插件，需要先下載并注冊該插件。注冊成功后，在MFC項目中選擇“TypeLib中的MFC類”，在“可用的類型庫”中選中“Dm<1.0>”，完成添加后，MFC項目中會增加頭文件Cdmsoft.h。在源文件中包含該頭文件，便可使用大漠插件提供的函數(shù)(注：大漠插件部分高級功能需付費，文章未涉及)。按鍵精靈的使用比大漠插件簡單，下載并安裝按鍵精靈后，按照按鍵精靈的語法規(guī)則，編寫實現(xiàn)模擬鼠標鍵盤動作的腳本文件，腳本功能測試通過后，使用按鍵精靈提供的按鍵小精靈制作功能，將腳本轉(zhuǎn)化為可獨立執(zhí)行的按鍵小精靈，MFC項目通過調(diào)用按鍵小精靈實現(xiàn)模擬鼠標鍵盤功能。

圖3給出了使用大漠插件和按鍵精靈模擬登錄安達通客戶端的基本流程。圖中擬合關(guān)系式為1.3節(jié)確定的關(guān)系式。使用大漠插件可實現(xiàn)屏幕橫向和縱向分辨率獲取、鼠標移動、鼠標右鍵單擊、鍵盤輸入等功能，所使用的函數(shù)分別為GetScreenWidth()、GetScreenHeight()、MoveTo()、LeftClick()、KeyPress()。需要注意的是，在進行鍵盤輸入時，需要先判斷待輸入編輯框中是否保存了數(shù)據(jù)，避免出現(xiàn)錯誤。判斷的依據(jù)是檢測編輯框像素，使用的是CmpColor()函數(shù)。使用按鍵精靈實現(xiàn)上述功能時，依據(jù)功能選用合適的函數(shù)并正確使用即可。

圖3 模擬登錄安達通客戶端的基本流程

3 結(jié)束語

VPN網(wǎng)絡(luò)在氣象臺站觀測資料傳輸中起著重要的線路備份作用，其基于USB Key認證的客戶端登錄方式，雖然提高了安全性，但同時也給網(wǎng)絡(luò)的自動切換帶來了難度。文章以安達通VPN為例，在MFC框架下，基于Ping命令首先實現(xiàn)了專線網(wǎng)絡(luò)故障監(jiān)控及專線網(wǎng)絡(luò)故障情況下安達通VPN客戶端的自動啟動；其次，利用大漠插件和按鍵精靈等模擬鼠標鍵盤工具，實現(xiàn)了安達通VPN客戶端登錄操作的自動交互。在實際使用中，有以下3點需要注意：

1)安達通VPN客戶端或按鍵小精靈啟動時，可能會遭到殺毒軟件，如360安全衛(wèi)士、騰訊電腦管家等的攔截，因此，最好在殺毒軟件中將其添加為信任軟件；

2)在執(zhí)行模擬鼠標鍵盤操作時，電腦突然出現(xiàn)的彈窗可能會對系統(tǒng)執(zhí)行結(jié)果產(chǎn)生一定影響，因此，最好對彈窗進行清理或攔截設(shè)置；

3)大漠插件和按鍵精靈均可獨立實現(xiàn)模擬鼠標鍵盤操作，但按鍵精靈比大漠插件多一個環(huán)節(jié)(啟動按鍵小精靈)，且需要在因特網(wǎng)正常的情況下才能使用，因此，優(yōu)先考慮使用大漠插件。

文章通過一元線性擬合，實現(xiàn)了任意屏幕分辨率下模擬鼠標鍵盤工具對V4.0.2.4版本的安達通VPN客戶端的準確操作。但版本不同，其界面布局可能不一樣，能否使用此系統(tǒng)還需要進一步驗證。下一步工作中，文章將研究多個不同版本的安達通VPN客戶端的界面特征，將其相應(yīng)的模擬鼠標鍵盤操作追加到系統(tǒng)中，并設(shè)置版本選項，增強系統(tǒng)的通用性。