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电能质量监控系统技术方案1130


电能质量监测系统技术方案
一、电能质量监测系统硬件性能检测模块
电能质量监测系统硬件性能检测模块主要实现读取系统服务器硬件信息和 检测系统服务器时钟两个功能。

一、读取系统服务器硬件信息 1.使用 WMI 技术读取局域网内各服务器的硬件信息,主要包括: (1)CPU:主要包括基本信息和统计信息。 基本信息包括:CPU 编号、版本信息、产

品名称、制造商名称、缓存尺寸、 时钟频率、地址宽度、数据宽度等。 统计信息包括:CPU 使用率、各进程 CPU 使用率等。

(2)内存:主要包括基本信息和统计信息。 其中基本信息包括:物理内存、实际物理内存、可用实际物理内存、空闲实 际物理内存、虚拟内存、可用虚拟内存、空闲虚拟内存等。 统计信息包括:内存使用率等。

(3)磁盘:主要包括基本信息和统计信息。 其中基本信息包括:总容量、类型、硬盘 ID、硬盘盘符、容量、文件类型、 可用空间、剩余空间等。 统计信息包括:磁盘使用率等。

(4)声卡:主要包括产品名称、PNPDeviceID、制造商名称等。 (5)显卡:主要包括名称、PNPDeviceID、驱动程序文件、驱动版本号、显示 处理器等。 (6)网卡:主要包括网卡、默认网关、IP 地址、默认 DNS、子网掩码、MAC 地 址等(前提服务器有网卡)。 (7)操作系统:主要包括序列号、操作系统、版本号、制造商、服务器名等。 (8)主板:主要包括主板序列号、制造商、型号等。

2.工作机制
WMI技术 工控机 服务器

ConnectionOptions类ManagementScope 类
连接 连接服务器成功 接收

ManagementObjectSearcher类 ObjectQuery类 ManagementObjectCollection类 ManagementObject类
读取 读取服务器信息成功 接收

3.工作流程

使用WMI技术连接服务器

使用WIN32类库获取服务器信息

Win32_Processor Win32_Process

Win32_PhysicalMemory Win32_OperatingSystem

Win32_LogicalDisk Win32_DiskDrive

Win32_BaseBoard Win32_SoundDevice Win32_VideoController Win32_OperatingSystem Win32_NetworkAdapterConfiguration

CPU信息

内存信息

磁盘信息

主板信息 声卡信息 显卡信息 操作系统 网卡信息

4.具体说明 (1)WMI 技术 WMI(Windows Management Instrumentation,Windows 管理规范)是一项 核心的 Windows 管理技术; 用户可以使用 WMI 管理本地和远程计算机。Windows 2K/XP 和 Windows 98 都支持 WMI。 (2)WMI 连接 ConnectionOptions 类主要的功能是为建立的 WMI 连接提供所需的所有设 置。 要成功完成 WMI 连接就要提供服务器 WMI 用户名和口令。 ConnectionOptions 类可以通过其属性来提供这些信息。表 01 是 ConnectionOptions 类的一些主要 属性及其简单的说明。其中最常用的属性是 Password 和 Username。 属性 Authority Locale Password Username 说明 获取或设置将用于验证指定用户的权利。 获取或设置将用于连接操作的区域设置。 提供用于 WMI 连接操作的口令。 提供用于 WMI 连接操作的用户名。

表01:ConnectionOptions 类常用属性及其说明 在利用 WMI 对远程计算机进行操作的时候,首先要进行 WMI 连接,WMI 连接

主要是使用的是 ManagementScope 类。 利用属性 Options, WMI 建立提供参数; 为 利用方法 Connect,建立与服务器的 WMI 连接。 (3)读取服务器硬件信息 ManagementObjectSearcher 类根据指定的查询检索 WMI 对象的集合。主要 通过 Get 方法进行 WMI 查询。表02是其 ManagementObjectSearcher 类的常用属 性及其说明。 属性 Options Query Scope 说明 有关如何搜索对象的选项 在搜索器中调用的查询 在其中查找对象的范围 表02:ManagementObjectSearcher 类常用属性及其说明 ObjectQuery 类用于在 ManagementObjectSearcher 中指定查询。其中的查 询字符串是一种类似 SQL 语言的 WQL 语言。 eg.WQL 语言: "select * from Win32_Processor" ManagementObjectCollection 类表示在 ManagementObjectSearcher 中使用 Get 方法查询后得到的 WMI 实例的不同集合其中包括命名空间、 范围和查询观察 程序等。 ManagementObject 类为单个管理对象或类。通过 ManagementObject 中的方 法可以调用 ManagementObject 对应的对象,从而执行相应的操作。 ManagementObject 类是一个内容丰富的类,表03和表04分别是其常用的属性和 方法。 属性 ClassPath Options Path Scope 说明 对象的类的路径。 检索对象时要使用的其他信息。 对象的 WMI 路径。 此对象在其中驻留的范围。 表 03:ManagementObject 类常用属性及其说明 方法 说明

Clone CopyTo Delete Get GetRelated GetRelationshi ps InvokeMethod Put

创建对象的一个副本。 将对象复制到另一个位置。 删除对象。 绑定到管理对象。 获取与该对象(联系对象)相关的对象的集合。 获取该对象的关联的集合。 调用对应的对象方法。 提交对对象所做的更改。 表 04:ManagementObject 类常用方法及其说明

(4)WIN32类库中 Win32_Processor 对象 1)CPU 编号 使用 Win32_Processor 对象的 ProcessorId 属性获取服务器的 CPU 编号。 2)CPU 版本信息 使用 Win32_Processor 对象的 Version 属性获取服务器的 CPU 版本信息。 3)CPU 产品名称 使用 Win32_Processor 对象的 Name 属性获取服务器的 CPU 产品名称。 4)CPU 的制造商名称 使用 Win32_Processor 对象的 Manufacturer 属性获取服务器的 CPU 制造商 名称。 5)CPU 的缓存尺寸 使用 Win32_Processor 对象的 L2CacheSize 属性获取服务器的 CPU 二级缓存 尺寸。 使用 Win32_Processor 对象的 L3CacheSize 属性获取服务器的 CPU 三级缓存 尺寸。 6)CPU 的时钟频率 使用 Win32_Processor 对象的 MaxClockSpeed 属性获取服务器的 CPU 的最大 时钟频率。 使用 Win32_Processor 对象的 CurrentClockSpeed 属性获取服务器的 CPU

的当前时钟频率。 使用 Win32_Processor 对象的 ExtClock 属性获取服务器的 CPU 的外部时钟 频率。 7)CPU 的地址宽度 使用 Win32_Processor 对象的 AddressWidth 属性获取服务器的 CPU 的地址 宽度(如 32 位)。 8)CPU 的数据宽度 使用 Win32_Processor 对象的 DataWidth 属性获取服务器的 CPU 的数据宽度 (如 32 位)。 9)CPU 使用率 使用 Win32_Processor 对象的 LoadPercentage 属性获取服务器的 CPU 使用 率及平均使用率。 (5)WIN32 类库中 Win32_Process 对象 1)各进程 CPU 使用率 A.通过计数器获取 idle 空闲进程 cpu 占用率 r1; B.使用 Win32_Process 类对象的 TotalProcessorTime 属性获取各进程的 cpu 时间,求和,得各进程 cpu 时间和 t1; C.通过 t1/(100-r1)得到总 cpu 时间 t; /D.对各进程,通过 TotalProcessorTime 获得进程 cpu 时间 tnew,计算: (Tnew-told)/t, 即得该进程的 cpu 占用率,其中 told 是程序中记录的该进程上 一次的 TotalProcessorTime。 (6)WIN32类库中 Win32_PhysicalMemory 对象 1)物理内存 使用 Win32_PhysicalMemory 对象的 Capacity 属性获取服务器的物理内存 (7)WIN32类库中 Win32_OperatingSystem 对象 1)实际物理内存: 使用 Win32_OperatingSystem 对象的 TotalVisibleMemorySize 属性获得服 务器的实际物理内存(内存条容量-高位内存-系统内核占用的内存)。 2)空闲的实际物理内存

使用 Win32_OperatingSystem 对象的 FreePhysicalMemory 属性获取服务器 的空闲的实际物理内存。 3)可用实际物理内存=总物理内存-空闲物理内存。 4)总虚拟内存 使用 Win32_OperatingSystem 对象的 TotalVisibleMemorySize 属性获取服 务器的虚拟内存。 5)空闲虚拟内存 使用 Win32_OperatingSystem 对象的 FreeVirtualMemory 属性获取服务器空 闲虚拟内存。 6)可用虚拟内存=总虚拟内存-空闲虚拟内存。 7)内存使用率=可用的实际物理内存/实际物理内存。 8)序列号 使用Win32_OperatingSystem对象的SerialNumber属性获得服务器的操作系 统序列号。 9)操作系统 使用Win32_OperatingSystem对象的Caption属性获得服务器的操作系统版 本名称。 10)版本号 使用Win32_OperatingSystem对象的Version属性获得服务器的操作系统版 本号。 11)制造商 使用Win32_OperatingSystem对象的Manufacturer属性获得服务器的操作系 统制造商。 12)服务器名 使用Win32_OperatingSystem对象的csname属性获得服务器的操作系统服务 器名。 (8)WIN32类库中 Win32_DiskDrive 对象 1)磁盘盘符 使用Win32_DiskDrive对象的Name属性获取服务器的磁盘总盘符。

2)总容量: 通过Win32_DiskDrive对象的Size属性获取服务器的磁盘总容量。 3)类型: 通过Win32_DiskDrive对象的DriveType属性获取服务器的磁盘类型(包括No type、Floppy disk 、Hard disk、Removable drive or network drive、CD-ROM、 RAM disk)。 (9)WIN32 类库中 Win32_LogicalDisk 对象 1)各硬盘盘符 使用Win32_LogicalDisk对象的Name属性获取服务器各硬盘的盘符。 2)各硬盘容量 使用Win32_LogicalDisk对象的Size属性获取服务器各硬盘的容量。 3)各硬盘的文件类型 使用Win32_LogicalDisk对象的FileSystem属性获取服务器各硬盘的文件类 型(如果NFTS)。 4)各硬盘的可用空间 使用Win32_LogicalDisk对象的FreeSpace属性获取服务器各硬盘的文件类 型(如果NFTS)。 5)各硬盘的已用空间=各硬盘容量-各硬盘可用空间。 6)各硬盘的使用率=各硬盘的已用空间/各硬盘容量。 (10)WIN32类库中 Win32_BaseBoard 对象 1)主板序列号 使用Win32_BaseBoard对象SerialNumber属性获取服务器主板序列号。 2)主板制造商 使用Win32_BaseBoard对象Manufacturer属性获取服务器主板制造商。 3)主板型号 使用Win32_BaseBoard对象Product属性获取服务器主板型号。 (11)WIN32类库中 Win32_SoundDevice 对象 1)产品名称 使用Win32_SoundDevice对象的ProductName属性获取服务器声卡的产品名

称。 2)PNPDeviceID 使用Win32_SoundDevice对象的PNPDeviceID属性获取服务器声卡的 PNPDeviceID。 3)制造商名称 使用Win32_SoundDevice对象的Manufacturer属性获取服务器声卡的制造商 名称。 (12)WIN32类库中 Win32_VideoController 对象 1)显卡名称 使用Win32_VideoController对象的Name属性获取服务器显卡名称。 2)PNPDeviceID 使用Win32_VideoController对象的PNPDeviceID属性获取服务器显卡的 PNPDeviceID。 3)驱动程序文件 使用Win32_VideoController对象的DriverVersion属性获取服务器显卡的 驱动程序文件。 4)驱动版本号 使用Win32_VideoController对象的InstalledDsplayDrivers属性获取服务 器显卡的驱动版本号。 5)显示处理器 使用Win32_VideoController对象的VideoProcessor属性获取服务器显卡的 显示处理器。 6)分辨率:当前垂直分辨率、当前水平分辨率 使用Win32_VideoController对象的CurrentVerticalResolution属性来获 取服务器显卡的当前垂直分辨率。 使用Win32_VideoController对象的CurrentHorizontalResolution属性来 获取服务器显卡的当前水平分辨率。 7)刷新速率:最大刷新速率、当前刷新速率、最小刷新速率 使用Win32_VideoController对象的MaxRefreshRate属性来获取服务器显卡

的最大刷新速率。 使用Win32_VideoController对象的CurrentRefreshRate属性来获取服务器 显卡的当前刷新速率。 使用Win32_VideoController对象的MinRefreshRate属性来获取服务器显卡 的最小刷新速率。 (13)WIN32类库中 Win32_NetworkAdapterConfiguration 对象 1)网卡 使用Win32_NetworkAdapterConfiguration对象的Description属性获得服 务器的网卡信息。 2)默认网关 使用Win32_NetworkAdapterConfiguration对象的DefaultIPGateway属性获 得服务器的默认网关。 3)IP地址 使用Win32_NetworkAdapterConfiguration对象的IPAddress属性获得服务 器的IP地址 4)默认DNS 使用Win32_NetworkAdapterConfiguration对象的DNSServerSearchOrder属 性获得服务器的默认DNS。 5)子网掩码 使用Win32_NetworkAdapterConfiguration对象的IPSubnet属性获得服务器 的子网掩码。 6)MAC地址 使用Win32_NetworkAdapterConfiguration对象的MACAddress属性获得服务 器的MAC地址。 二、检测系统服务器时钟 1.工作机制

NTP服务器

工控机

服务器

NTP协议 接收 返回标准时间 发送UDP报文

NTP协议 接收 返回服务器时间

时间误差

2.NTP 报文协议格式

3.工作流程 (1)工控机向 NTP 服务器发送 NTP 报文, 得到工控机上的时钟与标准时钟 的误差 t1。 (2)工控机向服务器发送 NTP 报文,得到工控机的时钟与服务器的误差 t2。 (3)对 t1 与 t2 进行数据处理,得到服务器上的时钟与标准时钟的误差。

二、电能质量监测系统网络平台检测模块
一、功能介绍

网络平台检测模块主要实现对指定网络进行扫描,获取所有的活跃 IP 信息, 并进一步进行端口扫描,操作系统检测以及漏洞检测。

主机发现

端口扫描

操作系统检测

漏洞检测

整体架构

程序运行主界面

扫描配置界面

二、工作机制 1.ARP 协议 因为既有网络层地址(例如,因特网 IP 地址),又有链路层地址(即局域网地址), 因此有必要在两者之间进行转化。对于因特网,这就是地址解析协议(Address Resolution Protocol,ARP) 。每个因特网主机和局域网上的路由器都有一个 ARP 模块。 因此,一台主机发送一个 ARP 查询包查询另一个局域网内的主机的 MAC 地 址,若该主机存活的话,就会返回它的 MAC 地址,若不存活,就不会返回。所 以就给局域网内的所以机器发送 ARP 查询包,根据返回的 ARP 包确定哪些局域 网的机器是存活的。

2.ICMP 扫描 ICMP 因特网控制消息协议,主机、路由器和网关使用它来进行网络层信息 的交互。ICMP 信息有一个类型字段和一个代码字段。众所周知的 ping 程序给指 定的主机发送 ICMP 类型 8 编码 0 的信息。目的主机,看到回应请求后,返回一 个类型 0 编码 0 的 ICMP 回应应答,表示该主机存活。

3.TCP 连接 IP 地址和端口被称作套接字,它代表一个 TCP 连接的一个连接端。为了获得 TCP 服务,必须在发送机的一个端口上 和接收机的一个端口上建立连接。TCP 数据包的结构如下:

TCP 连接用两个连接端来区别,也就是(连接端 1,连接端 2) 。连接端互相 发送数 据包。 一个 TCP 数据包包括一个 TCP 头,后面是选项和数据。一个 TCP 头包含 6 个标志位。它们的意义分别为: ? ? ? ? ? ? ? ? ? SYN: 标志位用来建立连接,让连接双方同步序列号。如果 SYN=1 而 ACK=0,则表示该数据包为连接请求,如果 SYN=1 而 ACK=1 则表示接受连接。 FIN: 表示发送端已经没有数据要求传输了,希望释放连接。 RST: 用来复位一个连接。RST 标志置位的数据包称为复位包。一般情况 下,如果 TCP 收到的一个分段明显不是属于该主 机上的任何一个连接,则向远端发送一个复位包。 URG: 为紧急数据标志。如果它为 1,表示本数据包中包含紧急数据。此 时紧急数据指针有效。 ACK: 为确认标志位。如果为 1,表示包中的确认号时有效的。否则,包 中的确认号无效。 PSH: 如果置位,接收端应尽快把数据传送给应用层。 TCP 连接的建立

TCP 是一个面向连接的可靠传输协议。面向连接表示两个应用端在利用 TCP 传送数据前必须先建立 TCP 连接。 TCP 的可靠性通过校验和,定时器,数据序 号和应答来提供。 通过给每个发送的字节分配一个序号,接收端接收到数据后发 送应答,TCP 协议保证了数据的可靠传输。数据序号用来保证数据的顺序,剔除 重复的数据。在一个 TCP 会话中,有两个数据流(每个连接端从另外一端接收数 据,同时向对方发送数据) ,因此在建立连接时,必须要为每一个数据流分配 ISN (初始序号) 。为了了解实现过程,我们假设客户端 C 希望跟服务器端 S 建立连

接,然后分析连接建立的过程(通常称作三阶段握手) 。 一些实现细节 大部分 TCP/IP 实现遵循以下原则: 1:当一个 SYN 或者 FIN 数据包到达一个关闭的端口,TCP 丢弃数据包同时发 送一个 RST 数据包。 2:当一个 RST 数据包到达一个监听端口,RST 被丢弃。 3:当一个 RST 数据包到达一个关闭的端口,RST 被丢弃。 4:当一个包含 ACK 的数据包到达一个监听端口时,数据包被丢弃,同时发 送一个 RST 数据包。 5:当一个 SYN 位关闭的数据包到达一个监听端口时,数据包被丢弃。 6:当一个 SYN 数据包到达一个监听端口时,正常的三阶段握手继续,回答 一个 SYN|ACK 数据包。 7:当一个 FIN 数据包到达一个监听端口时,数据包被丢弃。"FIN 行为"(关 闭得端口返回 RST,监听端口丢弃包) ,在 URG 和 PSH 标志位置位时同样要发生。所有的 URG,PSH 和 FIN,或者没有 任何标记的 TCP 数据包都会引起"FIN 行为"。

4.对于主机发现,当扫描 IP 位于局域网范围内时,可采用 ARP 请求来确定 该主机是否存活,可以获得更高的扫描效率。当扫描 IP 位于其他网络时,则采 用常规的 ICMP 报文来进行主机探测。

5.TCP 端口扫描的主要方式如下: 1) 全 TCP 连接 全 TCP 连接是长期以来 TCP 端口扫描的基础。 扫描主机尝试 (使用三次握手)

与目的机指定端口建立建立正规的连接。 连接由系统调用 connect()开始。 对于每一个监听端口, connect()会获得成功, 否则返回-1,表示端口不可访问。由于通常情况下,这不需要什么特权,所以 几乎所有的用户(包括多用户环境下)都可以通过 connect 来实现这个技术。 这种扫描方法很容易检测出来(在日志文件中会有大量密集的连接和错误记 录) 。Courtney,Gabriel 和 TCP Wrapper 监测程序通常用来进行监测。另外,TCP Wrapper 可以对连接请求进行控制, 所以它可以用来阻止来自不明主机的全连接 扫描。

2) TCP SYN 扫描 在这种技术中,扫描主机向目标主机的选择端口发送 SYN 数据段。如果应答 是 RST, 那么说明端口是关闭的, 按照设定就探听其它端口; 如果应答中包含 SYN 和 ACK, 说明目标端口处于监听状态。 由于所有的扫描主机都需要知道这个信息, 传送一个 RST 给目标机从而停止建立连接。 由于在 SYN 扫描时, 全连接尚未建立, 所以这种技术通常被称为半打开扫描。 SYN 扫描的优点在于即使日志中对扫描有所记录,但是尝试进行连接的记录 也要比全扫描少得多。 缺点是在大部分操作系统下,发送主机需要构造适用于这 种扫描的 IP 包,通常情况下,构造 SYN 数据包需要超级用户或者授权用户访问 专门的系统调用。

3) 秘密(FIN)扫描 秘密扫描技术 由于这种技术不包含标准的 TCP 三次握手协议的任何部分,所以无法被记录 下来,从而必 SYN 扫描隐蔽得多。另外,FIN 数据包能够通过只监测 SYN 包的包 过滤器。 秘密扫描技术使用 FIN 数据包来探听端口。当一个 FIN 数据包到达一个关闭 的端口,数据包会被丢掉,并且回返回一个 RST 数据包。否则,当一个 FIN 数据 包到达一个打开的端口,数据包只是简单的丢掉(不返回 RST) 。

6.UDP 扫描 UDP 扫描发送空的(没有数据)UDP 报头到每个目标端口。 如果返回 ICMP 端口 不可到达错误(类型 3,代码 3),该端口是 closed(关闭的)。 其它 ICMP 不可到达 错误(类型 3,代码 1,2,9,10,或者 13)表明该端口是 filtered(被过滤的)。偶 尔地,某服务会响应一个 UDP 报文,证明该端口是 open(开放的)。如果几次重 试后还没有响应, 该端口就被认为是 open|filtered(开放|被过滤的)。 这意味着该 端口可能是开放的,也可能包过滤器正在封锁通信。可以用版本扫描(-sV)帮助区 分真正的开放端口和被过滤的端口。

7.操作系统指纹识别 主要使用 TCP/IP 协议栈指纹来识别不同的操作系统和设备。 RFC 规范中, 在 有些地方对 TCP/IP 的实现并没有强制规定,由此不同的 TCP/IP 方案中可能都 有自己的特定方式。 Nmap 主要是根据这些细节上的差异来判断操作系统的类型 的。 具体实现方式如下: 1. 从网上获取内部包含了 2600 多已知系统的指纹特征(在文件 os-db 文件 中)。将此指纹数据库作为进行指纹对比的样本库。 2. 分别挑选一个 open 和 closed 的端口,向其发送经过精心设计的 TCP/UDP/ICMP 数据包,根据返回的数据包生成一份系统指纹。 3. 将探测生成的指纹与 os-db 中指纹进行对比,查找匹配的系统。如果无法 匹配,以概率形式列举出可能的系统。 操作系统指纹识别还有其他多种多样的方式来进行检测,通过多种方式结合 使用可以有效提高判断的正确率。

8.漏洞检测
通过远程检测目标主机 TCP/IP 不同端口的服务, 记录目标给予的回答。 通过这种方法, 可以搜集到很多目标主机的各种信息(例如:是否能用匿名登陆,是否有可写的 FTP 目录, 是否能用 Telnet,httpd 是否是用 root 在运行) 。在获得目标主机 TCP/IP 端口和其对应的 网络访问服务的相关信息后, 与网络漏洞扫描系统提供的漏洞库进行匹配, 如果满足匹配条 件,则视为漏洞存在。此外,通过模拟黑客的进攻手法,对目标主机系统进行攻击性的安全

漏洞扫描,如测试弱势口令等,也是扫描模块的实现方法之一。如果模拟攻击成功,则视为 漏洞存在。

三、工作流程

四、具体说明

主要类如下:

Scanner 类
功能:对指定 IP 进行扫描

类成员: scanTimeout:对主机进行 ping 操作的最大时延 tcpTimeout:对 TCP 端口进行扫描的最大时延 udpTimeout:对 UDP 端口进行扫描的最大时延 tcpPortsList:需要扫描的 tcp 端口 udpPortsList:需要扫描的 udp 端口 tcpScanType:对 TCP 端口进行扫描时采用的方式 udpScanType:对 UDP 端口进行扫描时采用的方式

类主要方法: bool isAcitve(string ip, out string sys) 判断该 IP 是否可以连通,并粗略地判断操作系统

void portScan(string ip, out List<int> tcpPorts, out List<int> udpPorts) 对主机进行端口扫描

void judgeSystem() 判断操作系统信息

void vulTest() 对主机进行漏洞扫描

MainForm 类

功能:程序主窗口类 类成员: 所有的窗口控件

类主要方法: 各控件的响应方法

void process(string ip) 对指定 IP 进行扫描,并更新界面

IPForm 类以及 RangeForm 类 输入扫描 IP 的窗口类


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