lwip協(xié)議棧的設(shè)計與實現(xiàn)_中文譯稿

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1、TCP/IP協(xié)議棧LwIP的設(shè)計與實現(xiàn)DesignandImplementationoftheLwIPTCP/IPStack[瑞典]AdamDunkels著adam@sics.se翻譯焦海波marsstory99@hotmail.comSwedishInstituteofComputerScienceFebruary20,2001TCP/IP協(xié)議棧LwIP的設(shè)計與實現(xiàn)-1-摘要LwIP是TCP/IP協(xié)議棧的一個實現(xiàn)。它的目的是減少內(nèi)存使用率和代碼大小，使LwIP適用于資源受限系統(tǒng)比如嵌入式系統(tǒng)。為了減少處理和內(nèi)存需求，LwIP使用不需要任何數(shù)據(jù)復(fù)制的經(jīng)過裁剪的API。本文描述了

2、LwIP的設(shè)計與實現(xiàn)。描述了在協(xié)議棧實現(xiàn)中以及像內(nèi)存與緩沖管理這樣的子系統(tǒng)中使用的算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。本文還包括LwIP的參考手冊以及使用LwIP的代碼例子。1簡介最近幾年，人們對計算機(jī)互聯(lián)以及計算機(jī)無線網(wǎng)絡(luò)支撐設(shè)備的興趣一直不斷的增長。計算機(jī)逐漸與日常使用的設(shè)備無縫集成在了一起，并且價格一直在下降。與此同時，無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)比如藍(lán)牙（Bluetooth）[HNI+98]及IEEE802.11bWLAN[BIG+97]正逐漸的出現(xiàn)在人們的視野中。這些新技術(shù)的出現(xiàn)，在許多諸如衛(wèi)生保健、安全保密、運輸及工業(yè)處理等領(lǐng)域提供了一個非常誘人的應(yīng)用前景。一些像傳感器一類的輕便設(shè)備可以連入互聯(lián)網(wǎng)，以

3、便隨時隨地進(jìn)行監(jiān)控。在過去的近十年的時間里，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)被證明擁有足夠的靈活性以適應(yīng)不斷變化的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。從原始的ARPNET一類的低速網(wǎng)絡(luò)發(fā)展起來的互聯(lián)網(wǎng)，發(fā)展到今天，在帶寬和誤碼率方面擁有巨大差異的光纖連接技術(shù)已經(jīng)使互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)了巨大的跨越。相當(dāng)多的以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的應(yīng)用技術(shù)被開發(fā)出來。因此，未來的無線網(wǎng)絡(luò)——使用已經(jīng)存在的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)成為人們的首選。同樣，互聯(lián)網(wǎng)在全球范圍內(nèi)的連通性也成為了人們選擇它的動機(jī)之一。一些輕便設(shè)備，比如在身體上使用的傳感器，體積小而且便宜，內(nèi)部的運算及存儲資源有限，因此就必須在資源受限的情況下實現(xiàn)及處理Internet協(xié)議。本文講述的就是在這樣的條件下如何

4、占用盡量少的資源實現(xiàn)一個輕型的TCP/IP協(xié)議棧，我們把該協(xié)議棧叫做LwIP。本文的章節(jié)安排是這樣的：第2、3、4節(jié)對LwIP做一個總體上的描述，第5節(jié)是關(guān)于操作系統(tǒng)模擬層的內(nèi)容，第6節(jié)是內(nèi)存和緩沖區(qū)管理，第7節(jié)介紹LwIP網(wǎng)絡(luò)接口抽象層，第8、9、10介紹IP、UDP、TCP協(xié)議的實現(xiàn)，第11、12節(jié)介紹如何與LwIP協(xié)議棧接口及LwIP提供的API，第13、14節(jié)將分析協(xié)議棧的實現(xiàn)，第15、16節(jié)提供LwIPAPI的參考手冊，17、18節(jié)提供例子代碼。2協(xié)議層TCP/IP協(xié)議族以分層的方式設(shè)計，每一層分別解決通訊問題的一部分。設(shè)計實現(xiàn)協(xié)議族——層可以提供指引，因為每一種協(xié)議

5、可以被獨立的實現(xiàn)。然而嚴(yán)格的按照分層的方式實現(xiàn)協(xié)議族，會因為協(xié)議層之間的通訊造成總體性能下降。要解決這個問題，協(xié)議的某些內(nèi)部方面對其它協(xié)議來說應(yīng)該可知，不過要注意的是，只有重要的信息在各層之間共享。大部分的TCP/IP實現(xiàn)在應(yīng)用層和底層協(xié)議層之間進(jìn)行了嚴(yán)格的劃分，而底層協(xié)議之間卻可以進(jìn)行或多或少的交叉存取。在大部分的操作系統(tǒng)中，底層協(xié)議族作為擁有應(yīng)用層進(jìn)程通訊入口的操作系統(tǒng)內(nèi)核的一部分被實現(xiàn)。應(yīng)用程序是TCP/IP實現(xiàn)的抽象表示，網(wǎng)絡(luò)通訊與進(jìn)程間通訊和文件I/O沒多少差別。這意味著，因為應(yīng)用層不知道底層協(xié)議使用的緩沖機(jī)制，那它就不能利用這些信息去做一些事情，比如，重新使用常用數(shù)

6、據(jù)緩沖區(qū)。同樣，當(dāng)應(yīng)用層發(fā)送數(shù)據(jù)，在被網(wǎng)絡(luò)代碼處理之前，這些數(shù)據(jù)必須由應(yīng)用層進(jìn)程內(nèi)存空間復(fù)制到內(nèi)部緩沖區(qū)。像LwIP的目標(biāo)系統(tǒng)這樣的最小限度系統(tǒng)所使用的操作系統(tǒng)，通常不能在內(nèi)核與應(yīng)用層進(jìn)程之間維持一個嚴(yán)格的保護(hù)屏障。這就允許使用一種比較松散的通訊機(jī)制，通過共享內(nèi)存翻譯焦海波6/2/2006TCP/IP協(xié)議棧LwIP的設(shè)計與實現(xiàn)-2-的方式實現(xiàn)應(yīng)用層與底層協(xié)議族之間的通訊。特別的，應(yīng)用層能夠了解底層協(xié)議使用的緩沖處理機(jī)制將使應(yīng)用層可以更加有效的重復(fù)使用緩沖區(qū)。同樣，既然應(yīng)用層與網(wǎng)絡(luò)代碼可以使用相同的內(nèi)存區(qū)，那么應(yīng)用層就可以直接讀寫內(nèi)部緩沖區(qū)，從而避免了內(nèi)存復(fù)制產(chǎn)生的性能損失。3概

7、覽與許多其它的TCP/IP實現(xiàn)一樣，LwIP也是以分層的協(xié)議為參照——設(shè)計實現(xiàn)TCP/IP。每一個協(xié)議作為一個模塊被實現(xiàn)，同時還提供了幾個函數(shù)作為協(xié)議的入口點。盡管這些協(xié)議是被獨立實現(xiàn)的，但是有些層卻不是這樣，就像上面討論的，這樣做的目的是為了在處理速度與內(nèi)存占用率方面提升性能。比如，當(dāng)驗證一個到達(dá)的TCP段的校驗和并且分解這個TCP段時，TCP模塊必須知道該TCP段的源及目的IP地址。因為TCP模塊知道IP頭的結(jié)構(gòu)，因此它就可以自己提取這個信息，從而取代了通過函數(shù)調(diào)用傳遞IP地址信息的方式