基于USB Key認證的VPN網絡自動連接的設計與實現

王 華，饒傳新，馬思銳，汪 軍

(宜昌市氣象局，宜昌 443000)

0 引言

氣象觀測數據是開展氣象預報預警服務的基礎，其傳輸的時效性嚴重影響著服務的質量。因此，保障觀測數據傳輸的及時率一直是氣象信息部門的重要任務。在影響數據傳輸及時率的因素當中，網絡是重要因素之一。為此，湖北省氣象局在氣象專線網絡的基礎上，建立了VPN網絡作為備份網絡。該VPN網絡采用安達通VPN網絡安全互聯解決方案，各地市(州)、縣氣象局臺站通過USB Key認證的方式接入。USB Key一般部署在負責數據采集的電腦上，當專線網絡出現故障時，值班人員通過打開VPN客戶端軟件并執行登錄操作來實現VPN網絡的連接。

手動啟用VPN網絡的方式在非值守時段和無人值守業務中存在兩點不足：一是難以及時發現氣象專線網絡故障；二是在遠程屏幕共享無效的情況下，只能到現場進行VPN網絡連接操作。這兩點不足導致故障的排除時間無法滿足數據傳輸時效性要求，對數據傳輸及時率存在一定影響。

文章針對手動啟用VPN網絡存在的不足，提出基于Ping命令進行氣象專線網絡連通性監測、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，并開發了相應的軟件，實現了安達通VPN客戶端的自動啟動和登錄操作。在實際應用中，該軟件能夠及時主動發現專線網絡故障，減少了手動操作，提高了觀測數據傳輸的及時率。

1 系統設計

1.1 系統流程

基于USB Key認證的安達通VPN網絡需要手動連接的原因是：1)缺乏專線網絡故障監測機制，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。即使保存了相關參數，也需要點擊界面上的“登錄”按鈕執行連接操作。安達通VPN客戶端登錄界面協議有http和https兩個選項；認證方式有用戶名/密碼、數字證書和USBKEY 3個選項。

由上述分析可知，解決專線網絡監測和VPN客戶端自動交互是實現安達通VPN網絡自動連接的關鍵。

1.2 網絡監測

文章采用Ping進行網絡監測。Ping是常用的網絡診斷工具，它既是Windows、Linux和Unix操作系統下的一個命令，也是通信協議TCP/IP的一部分，利用它可以檢查網絡是否連通[1-3]。利用操作系統控制臺的Ping命令無法滿足網絡連通測試自動化的要求，因此，文章在MFC框架下，利用socket網絡編程實現了Ping功能。網絡監測的基本原理是：定期(如每隔6 min)利用Ping命令向目標IP地址發送4個數據包，計算4個數據包的平均響應時間，若平均響應時間大于1000 ms，則判定為網絡故障(無故障情況下平均響應時間不超過50 ms)；反之，則網絡正常。需要注意的是，在目標服務器出現故障的情況下，平均響應時間也很長，但此時不能判定為網絡故障，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，才判定為網絡故障。

1.3 模擬鼠標鍵盤

模擬鼠標鍵盤的作用是自動執行設定的鼠標鍵盤操作，而無需人工干預。在模擬鼠標鍵盤方面，大漠插件和按鍵精靈是兩款優秀的工具。大漠插件(dm.dll)是一款集前后臺、文字識別、圖色、按鍵鼠標、窗口和內存等功能于一身的綜合插件，它由Microsoft Visual C++ 6.0編程環境下的COM接口編程實現，適用于所有語言的調用[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，自動執行一系列鼠標鍵盤動作[5，6]。按鍵小精靈是腳本經過按鍵精靈軟件編譯后生成的可執行文件，它可以脫離按鍵精靈軟件環境獨立執行。

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系。因此，只要能確定圖中的關系式，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系

設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的軟件初始位置數據。對兩組數據進行一元線性擬合，得到的擬合關系如圖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系式，擬合優度均為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系

由以上關系式，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 系統實現

2.1 系統界面

目標服務器IP地址指的是臺站觀測數據最終需要送達的地址；服務器上一跳地址指的是通過tracert路由追蹤命令得到的倒數第2條路由地址；安達通VPN安裝路徑指的是可執行文件TpnMangr.exe的路徑；監控時間間隔(秒)即進行網絡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(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則，編寫實現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，將腳本轉化為可獨立執行的按鍵小精靈，MFC項目通過調用按鍵小精靈實現模擬鼠標鍵盤功能。

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。圖中擬合關系式為1.3節確定的關系式。使用大漠插件可實現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據，避免出現錯誤。判斷的依據是檢測編輯框像素，使用的是CmpColor()函數。使用按鍵精靈實現上述功能時，依據功能選用合適的函數并正確使用即可。

圖3 模擬登錄安達通客戶端的基本流程

3 結束語

VPN網絡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，但同時也給網絡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命令首先實現了專線網絡故障監控及專線網絡故障情況下安達通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)在執行模擬鼠標鍵盤操作時，電腦突然出現的彈窗可能會對系統執行結果產生一定影響，因此，最好對彈窗進行清理或攔截設置；

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

文章通過一元線性擬合，實現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，將其相應的模擬鼠標鍵盤操作追加到系統中，并設置版本選項，增強系統的通用性。