网络唤醒原理浅析(Wake On LAN)

之前我的一篇文章《网络唤醒全攻略(Wake On Lan)》介绍过如何设置远程唤醒电脑，着重于使用，这篇主要从原理方面解析一下当中的奥妙；

原理

将唤醒魔术包发送的被唤醒机器的网卡上，魔术包指AMD公司开发的唤醒数据包，具有远程唤醒的网卡都支持这个标准，用16进制表示如下：

6对“FF”前缀+16次重复MAC地址,举个例子假如我的网卡MAC地址是：AA:BB:CC:DD:EE:FF
那么魔术包就是:

0xFFFFFFFFFFAABBCCDDEEFF11AABBCCDDEEFF11AABBCCDDEEFF11AABBCCDDEEFF11AABBCCDDEEFF11AABBCCDDEEFF11AABBCCDDEEFF11AABBCCDDEEFF11AABBCCDDEEFF11AABBCCDDEEFF11AABBCCDDEEFF11AABBCCDDEEFF11AABBCCDDEEFF11AABBCCDDEEFF11AABBCCDDEEFF11AABBCCDDEEFF11

但是传送的时候必须封包成二进制格式才可以传送，简单来说，我们抽2个区段分析：
FFFFFFFFFFF 转成： 11111111 11111111 11111111 11111111 11111111 11111111

AABBCCDDEEFF11 转成：‭10101010 10111011 11001100 11011101 11101110 11111111 00010001‬

那么封包后就是把每个字节连接在一起：

11111111 11111111 11111111 11111111 11111111  11111111 10101010 10111011 11001100 11011101 11101110 11111111 00010001‬
……..10101010 10111011 11001100 11011101 11101110 11111111 00010001‬（第16次）

开发实现

关键代码（Java）:

private String Wake(String name, String host, String mac, int port) {
       try {
           byte[] macBytes = getMacBytes(mac);//转成字节类型
           byte[] bytes = new byte[6 + 16 * macBytes.length];
           for (int i = 0; i < 6; i++) {
               bytes[i] = (byte) 0xff;
           }
           for (int i = 6; i < bytes.length; i += macBytes.length) {
               System.arraycopy(macBytes, 0, bytes, i, macBytes.length); //放入16个MAC地址
           }
           InetAddress address = InetAddress.getByName(host);
           DatagramPacket packet = new DatagramPacket(bytes, bytes.length, address, port);
           DatagramSocket socket = new DatagramSocket();
           socket.send(packet);
           socket.close();
           return "wol_package_sent_success";
       } catch (Exception e) {
           return "wol_package_sent_fail";
       }
   }

mpty-paragraph" style="margin-top: -0.8em; margin-bottom: -0.8em; color: rgb(18, 18, 18); font-family: -apple-system, BlinkMacSystemFont, "Helvetica Neue", "PingFang SC", "Microsoft YaHei", "Source Han Sans SC", "Noto Sans CJK SC", "WenQuanYi Micro Hei", sans-serif; font-size: medium; white-space: normal; background-color: rgb(255, 255, 255);">

private static byte[] getMacBytes(String mac) throws IllegalArgumentException {
        byte[] bytes = new byte[6];
        String[] hex = mac.split("(\\:|\\-)");
        if (hex.length != 6) {
            throw new IllegalArgumentException("Invalid MAC address.");
        }
        try {
            for (int i = 0; i < 6; i++) {
                bytes[i] = (byte) Integer.parseInt(hex[i], 16);
            }
        } catch (NumberFormatException e) {
            throw new IllegalArgumentException("Invalid hex digit in MAC address.");
        }
        return bytes;
    }

数据包流向示意图

局域网

魔术包通过手机或者电脑发送；
数据包经过路由器广播到每台机器；
被唤醒的电脑收到魔术包并且匹配成功，执行唤醒；
经过试验发现，如果电脑是待机状态，可以通过主机名或者具体IP如：192.168.1.200唤醒，如果是关机了则没有办法，我想应该是待机时候路由器分配给这个电脑的IP地址没有消失；

公网

魔术包通过路由器的域名：http://mypc.router.net 发送到路由器；
路由器收到数据，通过端口转发到相应的IP地址，192.168.1.100和端口9，告诉这台机器可以唤醒，ARP绑定必须存在，这个是因为很多无法远程唤醒的关键所在；看过另一种处理就是转发地址改成192.168.1.255 子网广播地址，端口不变也是9，好像就不用ARP绑定，这种方法理论上行得通，我这边暂时就不试验，试过的同学可以告诉我;
被唤醒的电脑收到魔术包并且匹配成功，执行唤醒；

思考

可以看到局域网和公网唤醒存在差别：

局域网被唤醒的IP地址是广播地址：192.168.1.255，路由器收到后通过广播，数据包一定可以发送192.168.1.100这台机器；
公网唤醒我们无办法填写具体的内网地址，只能配置路由器的公网IP，然后通过数据转发到具体的电脑IP地址，由于不是广播地址，也由于路由器ARP映射表在电脑关机后一定时间会丢失，所以路由器没有办法知道192.168.1.100是MAC所对应那台机器，所以魔术包被丢弃，所以要么增加ARP绑定，要么添加端口转发规则到广播地址，困扰多年无法远程唤醒的问题解决。

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