网页制作与网站建设宝典 第2版,网站开发多少钱一个月,网上智慧团建系统入口,网站建设 英语词汇1、LWIP的结构lwip是瑞典计算机科学院(SICS)的Adam Dunkels 开发的一个小型开源的TCP/IP协议栈。实现的重点是在保持TCP协议主要功能的基础上减少对RAM 的占用。LWIP(Light weight internet protocol)的主要模块包括#xff1a;配置模块、初始化模块、Nef模块、mem(memp)模块、…1、LWIP的结构lwip是瑞典计算机科学院(SICS)的Adam Dunkels 开发的一个小型开源的TCP/IP协议栈。实现的重点是在保持TCP协议主要功能的基础上减少对RAM 的占用。LWIP(Light weight internet protocol)的主要模块包括配置模块、初始化模块、Nef模块、mem(memp)模块、netarp模块、ip模块、udp模块、icmp 模块、igmp模块、dhcp模块、tcp模块、snmp模块等。下面主要对我们需要关心的协议处理进行说明和梳理。配置模块配置模块通过各种宏定义的方式对系统、子模块进行了配置。比如通过宏配置了mem管理模块的参数。该配置模块还通过宏配置了协议栈所支持的协议簇通过宏定制的方式决定了支持那些协议。主要的文件是opt.h。初始化模块初始化模块入口的文件为tcpip.c其初始化入口函数为 void tcpip_init(void (* initfunc)(void *) void *arg)该入口通过调用lwip_init()函数初始化了所有的子模块并启动了协议栈管理进程。同时该函数还带有回调钩子及其参数。可以在需要的地方进行调用。协议栈数据分发管理进程负责了输入报文的处理、超时处理、API函数以及回调的处理原型如下staTIc void tcpip_thread(void *arg)NeTIf模块NeTIf模块为协议栈与底层驱动的接口模块其将底层的一个网口设备描述成协议栈的一个接口设备(net interface)。该模块的主要文件为netif.c。其通过链表的方式描述了系统中的所有网口设备。Netif的数据结构描述了网口的参数包括IP地址、MAC地址、link状态、网口号、收发函数等等参数。一个网口设备的数据收发主要通过该结构进行。Mem(memp)模块Mem模块同一管理了协议栈使用的内容缓冲区并管理pbuf结构以及报文的字段处理。主要的文件包括mem.c、memp.c、pbuf.c。netarp模块netarp模块是处理arp协议的模块主要源文件为etharp.c。其主要入口函数为 err_t ethernet_input(struct pbuf *p struct netif *netif)该入口函数通过判断输入报文p的协议类型来决定是按照arp协议进行处理还是将该报文提交到IP协议。如果报文是arp报文该接口则调用etharp_arp_input进行arp请求处理。如果是ip报文该接口就调用etharp_ip_input进行arp更新并调用ip_input接口将报文提交给ip层。在该模块中创建了设备的地址映射arp表并提供地址映射关系查询接口。同时还提供了arp报文的发送接口。如下err_t etharp_output(struct netif *netif struct pbuf *q struct ip_addr *ipaddr)该接口需要注册到netif的output字段ip层在输出报文时通过该接口获取目标机的MAC地址组合最终报文后由该接口调用底层设备的驱动接口发送数据。在etharp_output接口中判断报文类型如果是广播包或者组播包就调用etharp_send_ip(组装目标mac和源mac)接口etharp_send_ip调用netif结构中的设备驱动注册的linkoutput钩子函数发送最终报文。如果是单播包etharp_output接口就调用etharp_query进行ip地址和MAC地址的映射来获取到目标机的MAC地址。并在etharp_query中调用etharp_send_ip来发送最终组合报文。ip模块ip模块实现了协议的ip层处理主要文件为ip.c。其主要入口函数为 err_t ip_input(struct pbuf *p struct netif *inp)该接口通过判断输入报文的协议类型将其输入到相应的上层协议模块中去。比如将udp报文送到udp_input。该模块另外一个接口是输入函数原型如下err_t ip_output(struct pbuf *p struct ip_addr *src struct ip_addr *dest u8_t ttl u8_ttos u8_t proto)该接口通过路由表或者传输ip后调用netif的output字段函数钩子发送报文。udp模块udp模块实现了udp协议层的协议处理主要文件为udp.c。该模块通过PCB控制块将应用端口跟应用程序做了绑定。在接收到新报文时分析其对应的PCB找到对应的处理钩子进行应用的处理。主要入口函数为void udp_input(struct pbuf *p struct netif *inp) 该模块负责输出的接口如下err_t udp_send(struct udp_pcb *pcb struct pbuf *p)该模块负责将一个PCB跟一个本地端口进行绑定的接口如下err_t udp_bind(struct udp_pcb *pcb struct ip_addr *ipaddr u16_t port) 该模块负责将一个PCB跟一个远端端口绑定的接口如下err_t udp_connect(struct udp_pcb *pcb struct ip_addr *ipaddr u16_t port)igmp模块igmp模块负责分组管理。其主要的接口函数如下void igmp_input(struct pbuf *p struct netif *inp struct ip_addr *dest) 该接口负责IGMP协议报文的处理比如分析当前报文是请求还是应答。 err_t igmp_joingroup(struct ip_addr *ifaddr struct ip_addr *groupaddr) 该接口将一个网口加入一个组。err_t igmp_leavegroup(struct ip_addr *ifaddr struct ip_addr *groupaddr) 该接口将一个网口从一个组中移出。dhcp模块dhcp模块用于获取设备ip地址的相关信息。其处理入口主要有这么几个dpch的启动、dpch的接收报文处理以及定时器模块的处理。主要的接口原型如下err_t dhcp_start(struct netif *netif)该接口用于设备启动dhcp模块主要是客户端的功能。该模块实现设备dhcp描述结构生成并将dhcp的端口绑定到udp协议中以及将本dhcp模块跟远端服务器端口进行绑定。最后启动dhcp申请。static void dhcp_recv(void *arg struct udp_pcb *pcb struct pbuf *p struct ip_addr *addr u16_t port)该接口为一个注册接口用于dhcp报文接收。在start dhcp时该接口通过dhcp的udp pcb注册到udp协议层。Udp进行报文处理后根据端口调用该注册接口。该接口中实现dhcp报文的协议处理。Void dhcp_fine_tmr() Void dhcp_coarse_tmr()这两个函数接口实现了dhcp的相关超时处理监控。上面一个用于请求应答超时处理。下面一个用于地址租用情况的到期处理。从源码分析看上述的接口在应用lwip的协议栈时需要重点关注。对于小内存应用的场合该协议栈的内存管理以及pbuf应用部分需要自行改写。2、lwip特征(1)支持多网络接口下的IP转发(2)支持ICMP协议(3)包括实验性扩展的UDP(用户数据报协议)(4)包括阻塞控制、RTT 估算、快速恢复和快速转发的TCP(传输控制协议)(5)提供专门的内部回调接口(Raw API)用于提高应用程序性能(6)可选择的Berkeley接口API (在多线程情况下使用) 。(7)在最新的版本中支持ppp(8) 新版本中增加了的IP fragment的支持。(9) 支持DHCP协议动态分配ip地址.3、LWIP的协议流程下面这张图比较清楚的描述了lwip的报文处理流程呵呵借用一下。不过其对netif-》output描述不够。从代码看该output实际是arp层的输出最后通过arp层调用netif中的底层输出接口发送报文。四、LwIP的API的实现LwIP的API的实现主要有两部分组成一部分驻留在用户进程中一部分驻留在TCP/IP协议栈进程中。这两个部分间通过操作系统模拟层提供的进程通信机制(IPC)进行通信从而完成用户进程与协议栈间的通信IPC包括共享内存、消息传递和信号量。通常尽可能多的工作在用户进程内的API部分实现例如运算量及时间开销大的工作TCP/IP协议栈进程中的API部分只完成少量的工作主要是完成进程间的通讯工作。两部分API之间通过共享内存传递数据对于共享内存区的描述是采用和pbuf类似的结构来实现。综上可以用简单的一段话来描述这种API实现的机制API 函数库中处理网络连接的函数驻留在 TCP/IP 进程中。位于应用程序进程中的API函数使用邮箱这种通讯协议向驻留在TCP/IP 进程中的API函数传递消息。这个消息包括需要协议栈执行的操作类型及相关参数。驻留在 TCP/IP 进程中的API函数执行这个操作并通过消息传递向应用程序返回操作结果。很早以前描述过结构pbuf它是协议栈内部用来描述数据包的一种方式。这里介绍数据结构netbuf它是API用来描述数据的一种方式。netbuf是基于pbuf来实现的其结构如下所示很明显它就是包含了几个典型结构的指针。struct netbuf {struct pbuf *p *ptr;struct ip_addr *addr;u16_t port;};注意这里的netbuf只是相当于一个数据头而真正保存数据的还是字段p指向的pbuf链表。字段ptr也是指向该netbuf的pbuf链表但与p的区别在于p一直指向pbuf链表中的第一个pbuf结构而ptr则不然它可能指向链表中的其他位置源文档里面把它描述为fragment pionter与该指针调整密切相关的函数是netbuf_next和netbuf_first。还有两个字段addr和port分别表示发出netbuf数据端的IP地址和端口号这两个字段实际用处似乎不大API定义了宏netbuf_fromaddr和netbuf_fromport分别用于返回某个netbuf结构中这两个字段的值。与netbuf相关的处理函数很多在源文档15.2节中对每个函数也有了详细的说明这里说说比较重要的几个。netbuf_new用于分配一个新的netbuf结构注意这里只是一个头部结构而真正需要的存储数据区域是在函数netbuf_alloc中分配的同理函数netbuf_delete用于删除一个netbuf结构同时函数pbuf_free会被调用用以删除数据区域的空间。以上这几个函数使用的简单例子如下struct netbuf *buf; // 申明指针buf netbuf_new(); // 申请新的netbufnetbuf_alloc(buf 200); // 为netbuf分配200 字节的空间。。。。 // 使用buf做相关事情netbuf_delete(buf); // 删除buf讲过了API的内存管理再来讲具体的API函数。与前面的对应API函数由两部分组成分别在文件api_lib.c和api_msg.c中。前者包括了用户程序直接调用的API接口函数后者包括了与协议栈进程通信的API函数用户程序不可直接调用。这两部分API函数之间通过邮箱传递的消息进行通信。这里又要涉及到两个重要的数据结构API应用接口部分提供给上层应用以描述一个网络连接的数据结构netconn以及描述两部分API函数间传递的消息结构的api_msg。应用程序要使用API函数建立一个连接连接首先应该建立一个netconn的结构来描述这个连接的各种属性。netconn结构如下其中去掉了不必要的编译选项和注释。struct netconn {enum netconn_type type; // 连接的类型包括TCP UDP等enum netconn_state state; // 连接的状态union { // 共用体内核用来描述某个连接struct ip_pcb *ip;struct tcp_pcb *tcp;struct udp_pcb *udp;struct raw_pcb *raw;} pcb;err_t err; // 该连接最近一次发生错误的编码sys_sem_t op_completed; // 用于两部分API间同步的信号量sys_mbox_t recvmbox; // 接收数据的邮箱sys_mbox_t acceptmbox; // 服务器用来接受外部连接的邮箱int socket; // 该字段只在socket实现中使用u16_t recv_avail; //struct api_msg_msg *write_msg; // 对数据不能正常处理时保存信息int write_offset; // 同上表示已经处理数据的多少netconn_callback callback; // 回调函数在发生与该netconn相关的事件时可以调用};write_msg是api_msg_msg类型的指针该结构后续讲到netconn_callback是API定义的一种函数指针类型其定义为typedef void (* netconn_callback)(struct netconn * enum netconn_evt u16_t len);关键字typedef的功能是定义新的类型。这里它用于定义一种netconn_callback的类型这种类型为指向某种函数的指针且这种函数有三个类型的输入参数返回类型为void。在这定义以后就可以像使用intchar一样使用netconn_callback也即它也表示一种数据类型了。所以上面的callback字段表示一个函数指针当把某个函数名赋给该字段后该字段就记录了这个函数的起始地址。netconn的其他字段后面用到时再详解。接下来看看两部分API函数间传递的消息结构的api_msgstruct api_msg {void (* function)(struct api_msg_msg *msg); // 函数指针struct api_msg_msg msg; // 函数执行时需要的参数}字段function是一个函数指针通常当消息被构造时该字段被填充为api_msg.c中的某个与协议栈接口的API函数然后该消息被投递到协议栈进程中进行处理协议栈进程解析出并执行该函数这样应用程序与协议栈之间的通信就完成了。字段msg中包含了这个函数执行时需要的所有参数api_msg_msg是个枚举类型所以对于不同的functionmsg有着不同的结构。api_msg_msg结构如下所示struct api_msg_msg {struct netconn *conn; // 与消息相关的某个连接union {struct netbuf *b; // 函数do_send的参数struct { // 函数do_newconn的参数u8_t proto;} n;struct { // 函数do_bind和do_connect的参数struct ip_addr *ipaddr;u16_t port;} bc;struct { // 函数do_getaddr的参数struct ip_addr *ipaddr;u16_t *port;u8_t local;} ad;struct { // 函数do_write的参数const void *dataptr;int len;u8_t apiflags;} w;struct { // 函数do_recv的参数u16_t len;} r;} msg;};这个结构体只包含了两个字段描述连接信息的conn和枚举类型msg。在api_msg_msg中保存conn字段是必须的因为conn结构中包含了与该连接相关的信箱和信号量等信息协议栈进程要用这些信息来完成与应用进程间的同步与通信。枚举类型msg的各个成员与调用它的函数密切相关。因此在构建一个消息时API应首先填充消息的function字段并针对特定的function种类往api_msg_msg的枚举字段写入参数函数function被协议栈解析执行时直接按照自己已定的格式取参数。这意味着对于构造消息的API函数和解析消息的function函数它们对参数个数、结构的认识是预先约定的不能有其他变数。这一点体现出LwIP呆板僵硬的一面。
