局域網下基于智能路由器的NAS 應用系統

王樂欣

（武漢郵電科學研究院，湖北武漢 430073）

當今，國內NAS（Network Attached Storage）市場主要被臺灣企業占據[1]，市場上的NAS 存儲系統專業性強、存儲容量大，未能在家庭中廣泛使用。家用NAS 的普及并不理想，一方面它存在專業操作性太強、價格高昂、能耗大等問題，另一方面人們更熱衷于通過硬盤和網盤備份。硬盤僅能滿足用戶的數據存儲需求，網盤雖然具備強大的文件管理與共享功能，但是用戶數據最終存儲于服務器商，存在一定的風險，可能會導致用戶數據泄露或者丟失[2-3]。

該文設計和實現的局域網下基于智能路由器的NAS 應用系統，以“傻瓜式”、輕量級、低成本為核心進行開發，普通用戶訪問系統地址，輸入賬號和密碼即可進行文件操作，用戶數據通過路由器存儲在本地。系統具備文件管理與共享的功能，解決了家庭用戶數據存儲、共享問題。所開發系統基于家庭已有智能路由器設備，減輕了設備冗余，減少了用戶多設備開銷，使用簡單，擴展靈活。

1 系統總體結構設計

1.1 系統結構

系統整體框架如圖1 所示，路由操作系統為Linux，利用其擴展USB 接口掛載存儲設備作為存儲介質，部署Samba 服務，連接路由器與應用系統之間的通信。系統采用B/S 結構，用戶在瀏覽器中輸入系統地址，登錄成功后即可上傳文件或獲取服務器數據，其共分為三層：瀏覽器、Web 服務器和數據庫服務器[4]。

1.2 系統功能模塊設計

根據家庭用戶對數據存儲與分享的日常需求，系統需要實現數據上傳、下載、分享、刪除等功能。為了進一步方便用戶管理文件，系統增加分類、排序、收藏、搜索等功能，同時用戶也可以查看文件被分享、收藏和下載的次數。系統功能模塊設計如圖2所示。

1.3 數據庫設計

數據庫設計的合理與否，直接影響到系統的效能及拓展性[5]。所構建系統，主要使用數據庫存儲以下幾方面的數據。

用戶信息表（users）：用于存放用戶信息。包括用戶ID（uid）、用戶名（name）、密碼（password）、注冊時間（time）以及最后一次退出系統的時間（lastLogin Time）、token、用戶文件數量（fileNumbers）、文件大小（filesize）。

總文件表（allInfo）：用于存放所有上傳文件信息。包括uid、文件名（filename）、path（存儲地址）、mime、文件類型（type）、size、上傳時間。

共享文件表（share）：用于存放共享文件信息。包括分享者uid、type、文件在allInfo 中的id、鏈接密碼（可選）、分享時間、過期時間（可選）。

回收表（recycle）：用于存放被刪除文件信息。包括文件在文件信息表中的id、被刪除文件的用戶id、filename、path、type、文件大小、刪除時間。

文件信息表（info）：用于存放文件信息、hash、type、path、md5、filesize，上傳多次的重復文件只保存一條信息。

收藏表（collection）：用于存放uid、文件在allInfo中的id、path、filesize 和收藏時間。

1.4 環境搭建與相關技術

系統采用B/S 架構進行設計，用戶不需要安裝客戶端，通過瀏覽器即可操作。采用Xampp 集成環境，不需要單獨搭建Apache、MySQL、PHP 和PERL。項目采用Navicat 數據庫管理工具，Navicat 自帶圖形用戶界面，數據庫的創建、管理簡易快捷，如用戶權限設置、數據庫備份或移植，數據查看也更直觀[6-7]。后臺業務邏輯開發采用PHP 的ThinkPHP 框架，前端使用了Javascript、HTML、Ajax 等Web 編程技術。

2 部署Samba服務

客戶端和服務器之間的通信使用SMB（Server Message Block）協議，在Linux 系統上采用免費軟件Samba 來實現SMB 協議。為了在NAS 系統中引入Samba 服務，選取Samba 軟件包用于提供相關開源服務，Samba 啟動的關鍵服務是smbd 和nmbd，同時也需要其他服務程序[8]。smbd 管理Samba 主機分享的目錄，nmbd 管理如NetBIOS name 和群組等的解析。linux 主機需要設定一個架構在NetBIOS 協議上的名稱NetBIOS Name。Linux 主機必需要加入Windows主機的群組，才能使用Windows 提供的檔案數據，在同一個群組當中，NetBIOS Name 具有唯一性[9]。Samba 服務的核心在于smb.conf 配置，如下所示：

消息頭用[]表示，參數格式Parameter=value。重點配置參數工作群組workgroup，確保群組在所在局域網內相同。netbios name 是主機名。security 用來規定Samba 主機的安全登入項目，security 等于share 時，不進行安全登入，亦即沒有設定賬號與密碼，security 等于user 時，設定主機的密碼文件作為登入的驗證檔案[10]。usb1 表示共享目錄，writable 表示是否可以寫入，public 表示是否讓所有可以登錄的使用者看到這個項目。

用戶可在路由器管理界面配置Samba 的開啟、是否允許匿名操作、用戶名和密碼。路由器開啟Samba 后，管理系統便可通過用戶名和密碼建立與路由器共享盤之間的連接。

3 系統功能模塊實現

系統主要頁面包括用戶登錄頁面、系統主頁面和個人設置界面。用戶注冊或者登錄后到主頁面才可使用系統相關功能，主頁面同時提供個人設置界面的入口以及退出系統的出口。

3.1 登錄模塊

用戶登錄模塊用于實現用戶初次注冊、二次登錄的權限認證。用戶初次登錄需要用戶名和密碼，認證成功后便可獲取token 信息，后續的認證可直接通過token 進行。用戶登錄流程如圖3 所示。

3.2 用戶設置模塊

該模塊實現對用戶基本信息進行查看和維護功能。用戶基本信息包括手機號、郵箱、昵稱、頭像等。同時該模塊會記錄用戶的活動信息（比如最近登錄時間）。用戶設置流程如圖4 所示。

3.3 文件管理模塊

文件上傳功能是文件管理系統的核心，用于傳輸用戶本地數據，文件的管理也是基于用戶所上傳的文件來實現的[11]。文件上傳采用Plupload 插件，上傳方式有flash、HTML5 和silverlight 等。Plupload 會根據所屬環境，選擇最適合的方式進行文件傳輸，HTML5 有最大優先級。支持大文件切割成小塊上傳，如果上傳列表中存在文件大小大于chunk_size 但是小于max_file_size 的文件，Plupload 會將其分解成最大為chunk_size 的幾個小塊，然后再將文件中的各個文件（包括分解后的小塊）依次上傳給服務器[12-13]。

文件上傳、下載過慢是文件傳輸中常碰到的難題之一。該應用系統針對這一問題，采用MD5 消息摘要算法。用戶上傳的文件通過MD5 消息摘要算法處理后生成唯一的MD5 碼，二次上傳文件會查詢對比MD5 碼，若文件的MD5 已存在，則只需復制服務器上的文件，即可實現文件秒傳。

MD5 消息摘要算法具體過程如下：

1）數據填充

對信息進行數據填充，使信息的長度對512 取模得448，如果信息長度為L，則需滿足Lmod 512=448[14]。

填充方法：在信息后面添加一個1，1 后面添加多個0，添加后的信息長度為（N×512+448）。

2）記錄信息長度

以64 位為間隔來存儲填充前的信息長度。將這64 位加在第一步結果的后面，若信息長度大于264 位，則只使用低64 位的值（Lmode 264），這樣信息長度就變為512 的整數倍，即N×512+448+64=(N+1)×512 位[15]。

3）初始化四個32 位鏈接變量

A=0X01234567，B=0X89ABCDEF，

C=0XFEDCBA98，D=0X76543210。

4）四輪循環運算

循環N+1 次，A 復制到a，B 復制到b，C 復制到c，D 復制到c，這樣就得到了8 個初始變量。共有四輪主循環，一輪操作16 次，每一輪運算含一個非線性函數。每次操作對復制后的初始變量執行非線性函數運算。非線性函數為：

繼續定義四個分別用于四輪變換的函數，每輪只使用FF、HH、GG 和II 中的一種操作。將512 bit 的數據子段拆分為Mj(j=0,1,2,…,15)子塊。＜＜＜s表示循環左移s位，四個函數為FF(a,b,c,d,Mj,s,ti)，GG(a,b,c,d,Mj,s,ti)，HH(a,b,c,d,Mj,s,ti)，II(a,b,c,d,Mj,s,ti)，用公式分別表示如下：

經過多步計算，輸出四組32 位長度的散列值，通過級聯得到128 位長度的數字簽名[16]。

文件分類：根據每個文件的mime 劃分為相對應的type 類型存儲在數據庫中，根據不同type 值把文件分為圖片、音樂、文檔、視頻、其他。從數據庫中選擇所對應的type 值實現文件分類。

文件下載：用戶將上傳到系統中的文件、其他用戶共享文件下載到本地的操作，下載功能利用fileDown()函數實現[17]。

文件排序：文件排序支持根據文件名、文件上傳日期和文件大小三種方式排序，用戶根據自己的需求選擇對應方式對文件排序，方便用戶更直觀地查看文件。

文件刪除：文件刪除包括單文件刪除和多文件刪除，可以利用搜索功能對指定文件進行刪除，文件刪除功能利用fileDel()函數實現，所刪除的文件還會在回收站中記錄。

文件共享：文件共享包括分享給我和我的分享，用于存儲他人分享給所屬賬戶，以及所屬賬戶分享給他人的文件。用戶既可以實現一對一文件共享，又可以實現一對多的文件共享。

文件收藏：文件收藏用來存儲用戶收藏的重要文件，用戶可把一些重要的文件點擊收藏，再次訪問便可直接到收藏文件夾快速訪問文件。

回收站：回收站存儲已經刪除的文件信息，防止用戶誤刪文件。用戶可在回收站模塊選擇還原資料和徹底刪除文件，刪除后不能再找回。

4 結束語

該文提出并實現了一種局域網下基于智能路由器的NAS 應用系統，普通用戶訪問系統地址，輸入賬號和密碼即可進行文件操作，解決了現有NAS 專業性操作強的問題。支持用戶上傳文件至路由器外掛的存儲設備，并對上傳的文件進行分類式、精細化管理，在實現現有網盤文件管理功能的同時解決現有網盤數據存儲在云端的安全性問題。系統具備文件共享功能，用戶既可以實現一對一文件共享，又可以實現一對多的文件共享。所開發系統基于家庭已有設備智能路由器，減輕設備冗余，減少用戶多設備開銷，同時對NAS 應用今后的發展方向具有很大的意義。所實現的系統雖然具備基本的用戶數據存儲、共享、管理功能，性能尚可，出于安全考慮，應用系統只提供了局域網內的訪問接入方式。從實際的應用場景出發，將考慮實現廣域網下的智能路由器NAS應用系統。