lwip協(xié)議棧架構(gòu)與設(shè)計(jì)解析

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1、LWIP協(xié)議棧及接口提取Version1.02012/06/20第18頁共18頁版本1.0姓名部門郵件作者雷巖Leiyan3521@163.com審閱第18頁共18頁版本歷史版本日期修訂姓名Rev1.02011/11/07FirstDraftleiyan第18頁共18頁目錄一、LWIP介紹5二、LWIP源碼分析71．LWIP協(xié)議棧的架構(gòu)72．各個文件夾介紹83．模塊及源文件介紹10三、LWIP協(xié)議棧處理數(shù)據(jù)流程17四、接口提取18第18頁共18頁一、LWIP介紹首先說明一下，這篇文檔的主要目的是提取網(wǎng)絡(luò)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的函數(shù)接口。然后用我們自己的驅(qū)動網(wǎng)卡的接口函數(shù)替代程

2、序中的接口。如果對LWIP協(xié)議棧本身沒什么興趣的，可以跳過第一、二、三章，直接閱讀第四章，使用我們的接口代替第四章的接口就行了。寫第一、二、三章的主要目的是為了方便理解數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收在LWIP協(xié)議棧中是如何進(jìn)行處理的。這便于我們理解提取出來的接口。LWIP是瑞典計(jì)算機(jī)科學(xué)院開發(fā)的一套用于嵌入式系統(tǒng)的開放源代碼的輕量級的TCP/IP協(xié)議棧。傳統(tǒng)的，或者說是典型的TCP/IP協(xié)議族的設(shè)計(jì)都是按照分層的思想來設(shè)計(jì)的。這樣設(shè)計(jì)有個好處，就是每層相對于其他層獨(dú)立，代碼方便理解。缺點(diǎn)就是，每層之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交互的時候必須要進(jìn)行復(fù)制，而數(shù)據(jù)的復(fù)制是很耗時的，這就降低了實(shí)時性。LWI

3、P采用了一種不同的設(shè)計(jì)方式來實(shí)現(xiàn)TCP/IP協(xié)議族。LWIP各層之間沒有明顯的界限，各層之間都可以訪問到共享在內(nèi)存中的數(shù)據(jù)。因?yàn)楦鲗佣伎梢栽L問共享內(nèi)存，所以這就避免了內(nèi)存復(fù)制產(chǎn)生的性能損失。但是并不是說LWIP就沒有分層的概念了。只不過LWIP各層都是邏輯意義上的層。每個協(xié)議都以模塊的形式被實(shí)現(xiàn)。而這些模塊就共同組成了LWIP整體。下面一章將分析LWIP的源碼，結(jié)合源碼介紹這些模塊。了解各個協(xié)議是怎么通過模塊被實(shí)現(xiàn)的。其中這里最主要的是TCP協(xié)議模塊的實(shí)現(xiàn)。TCP協(xié)議在LWIP協(xié)議棧中占得比例最大，有將近一半的代碼是專門用來實(shí)現(xiàn)TCP協(xié)議的。所以重點(diǎn)會分析TCP協(xié)議。

4、并且無線音頻項(xiàng)目采用的也是TCP協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)。LWIP邏輯上被分為四個層：應(yīng)用層，傳輸層，網(wǎng)絡(luò)層和網(wǎng)絡(luò)接口層。如下圖1.1所示：第18頁共18頁圖1.1LWIP協(xié)議棧的分層模型應(yīng)用層主要是使用LWIP協(xié)議棧開發(fā)相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)通信程序。LWIP主要提供了三種接口供用戶使用。三種接口分別為RAWAPI,NetconnAPI和BSDSocketAP。其中RAWAPI主要是采用回調(diào)函數(shù)的方式來完成數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，RAWAPI接口寫的應(yīng)用程序與LWIP協(xié)議棧處在同一個進(jìn)程（或者稱任務(wù)）中。NetconnAPI和BSDSocketAP工作于多線程方式中，要使用者兩種接口，必須有多任

5、務(wù)的操作系統(tǒng)的支持。這次項(xiàng)目采用的接口是RAWAPI。關(guān)于RAWAPI接口如何寫應(yīng)用層程序，另寫了一個專門的文檔介紹。這里不列出。傳輸層。我們最熟悉的TCP協(xié)議，UDP協(xié)議，以及我們使用ping命令時采用的ICMP協(xié)議都處在這一層。這一層提供了一些專門的接口，用于處理與應(yīng)用層和網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)傳送（注明，這里說的數(shù)據(jù)傳送并不是指數(shù)據(jù)的拷貝。事實(shí)上，LWIP協(xié)議棧使用的是內(nèi)存共享技術(shù)，各層都能訪問這段共享內(nèi)存，各層傳遞的就是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)指針，所以LWIP協(xié)議棧降低了內(nèi)存復(fù)制所產(chǎn)生的性能損失）。關(guān)于這層函數(shù)，會在下面進(jìn)行具體說明。網(wǎng)絡(luò)層主要的協(xié)議是IP協(xié)議。這一層主要是對底層接收

6、的數(shù)據(jù)包進(jìn)行發(fā)送，轉(zhuǎn)發(fā)，丟棄組合等功能。網(wǎng)絡(luò)接口層是和底層硬件驅(qū)動交互的層。我們所需要提取的網(wǎng)絡(luò)接口就在這一層。第18頁共18頁二、LWIP源碼分析1．LWIP協(xié)議棧的架構(gòu)LWIP協(xié)議棧源碼的架構(gòu)如下圖2.1所示：圖2.1LWIP協(xié)議棧源碼架構(gòu)api目錄：應(yīng)用程序接口文件，包括netconn和BSD2種API。這個文件夾主要是為了方便應(yīng)用程序編寫而為應(yīng)用層提供的API接口。core目錄：ICMP，IP，TCP，UDP協(xié)議的實(shí)現(xiàn)文件，以及一些輔助函數(shù)，LWIP實(shí)現(xiàn)的核心代碼。其中這個文件夾里面實(shí)現(xiàn)TCP協(xié)議的代碼量幾乎占了整個lwip協(xié)議棧的一半。重點(diǎn)會討論TCP協(xié)議。

7、在此也可以簡單看出LWIP協(xié)議棧沒有嚴(yán)格區(qū)分傳輸層和網(wǎng)絡(luò)層，因?yàn)閭鬏攲拥拇a和網(wǎng)絡(luò)層的代碼放在一個文件夾里實(shí)現(xiàn)了。目錄里還提供了RAWAPI接口的實(shí)現(xiàn)。RAWAPI接口和上面兩種接口一樣，都是為了方便應(yīng)用程序編寫而為應(yīng)用層提供的API接口。include目錄：主要是LWIP協(xié)議棧使用的自定義的一些頭文件。netif目錄：這個目錄里主要實(shí)現(xiàn)的是ARP協(xié)議。當(dāng)然還有一些PPPOE等協(xié)議。當(dāng)然PPPOE協(xié)議不是我們所關(guān)心的。port目錄：最后寫這個目錄，主要是因?yàn)檫@個目錄是我們最終所要修改的一個目錄?？梢钥吹酱四夸浵掳粋€ethernetif.c文件。這