1、LWIP的結(jié)構(gòu)

　　lwip是瑞典計算機科學(xué)院（SICS）的Adam Dunkels 開發(fā)的一個小型開源的TCP/IP協(xié)議棧。實現(xiàn)的重點是在保持TCP協(xié)議主要功能的基礎(chǔ)上減少對RAM 的占用。

　　LWIP（Light weight internet protocol）的主要模塊包括：配置模塊、初始化模塊、NetIf模塊、mem（memp）模塊、netarp模塊、ip模塊、udp模塊、icmp 模塊、igmp模塊、dhcp模塊、tcp模塊、snmp模塊等。下面主要對我們需要關(guān)心的協(xié)議處理進行說明和梳理。

　　配置模塊：

　　配置模塊通過各種宏定義的方式對系統(tǒng)、子模塊進行了配置。比如，通過宏，配置了mem管理模塊的參數(shù)。該配置模塊還通過宏，配置了協(xié)議棧所支持的協(xié)議簇，通過宏定制的方式，決定了支持那些協(xié)議。主要的文件是opt.h。

　　初始化模塊：

　　初始化模塊入口的文件為tcpip.c，其初始化入口函數(shù)為： void tcpip_init（void （* initfunc）（void *）， void *arg）

　　該入口通過調(diào)用lwip_init（）函數(shù)，初始化了所有的子模塊，并啟動了協(xié)議棧管理進程。同時，該函數(shù)還帶有回調(diào)鉤子及其參數(shù)。可以在需要的地方進行調(diào)用。

　　協(xié)議棧數(shù)據(jù)分發(fā)管理進程負責(zé)了輸入報文的處理、超時處理、API函數(shù)以及回調(diào)的處理，原型如下：

　　static void tcpip_thread（void *arg）

　　NetIf模塊：

　　Netif模塊為協(xié)議棧與底層驅(qū)動的接口模塊，其將底層的一個網(wǎng)口設(shè)備描述成協(xié)議棧的一個接口設(shè)備（net interface）。該模塊的主要文件為netif.c。其通過鏈表的方式描述了系統(tǒng)中的所有網(wǎng)口設(shè)備。

　　Netif的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)描述了網(wǎng)口的參數(shù)，包括IP地址、MAC地址、link狀態(tài)、網(wǎng)口號、收發(fā)函數(shù)等等參數(shù)。一個網(wǎng)口設(shè)備的數(shù)據(jù)收發(fā)主要通過該結(jié)構(gòu)進行。

　　Mem（memp）模塊：

　　Mem模塊同一管理了協(xié)議棧使用的內(nèi)容緩沖區(qū)，并管理pbuf結(jié)構(gòu)以及報文的字段處理。主要的文件包括mem.c、memp.c、pbuf.c。

　　netarp模塊：

　　netarp模塊是處理arp協(xié)議的模塊，主要源文件為etharp.c。其主要入口函數(shù)為： err_t ethernet_input（struct pbuf *p， struct netif *netif）

　　該入口函數(shù)通過判斷輸入報文p的協(xié)議類型來決定是按照arp協(xié)議進行處理還是將該報文提交到IP協(xié)議。如果報文是arp報文，該接口則調(diào)用etharp_arp_input，進行arp請求處理。

　　如果是ip報文，該接口就調(diào)用etharp_ip_input進行arp更新，并調(diào)用ip_input接口，將報文提交給ip層。

　　在該模塊中，創(chuàng)建了設(shè)備的地址映射arp表，并提供地址映射關(guān)系查詢接口。同時還提供了arp報文的發(fā)送接口。如下

　　err_t etharp_output（struct netif *netif， struct pbuf *q， struct ip_addr *ipaddr）

　　該接口需要注冊到netif的output字段，ip層在輸出報文時，通過該接口獲取目標(biāo)機的MAC地址，組合最終報文后，由該接口調(diào)用底層設(shè)備的驅(qū)動接口發(fā)送數(shù)據(jù)。

　　在etharp_output接口中，判斷報文類型，如果是廣播包或者組播包，就調(diào)用etharp_send_ip（組裝目標(biāo)mac和源mac）接口，etharp_send_ip調(diào)用netif結(jié)構(gòu)中的設(shè)備驅(qū)動注冊的linkoutput鉤子函數(shù)發(fā)送最終報文。如果是單播包，etharp_output接口就調(diào)用etharp_query進行ip地址和MAC地址的映射，來獲取到目標(biāo)機的MAC地址。并在etharp_query中調(diào)用etharp_send_ip來發(fā)送最終組合報文。

　　ip模塊：

　　ip模塊實現(xiàn)了協(xié)議的ip層處理，主要文件為ip.c。其主要入口函數(shù)為： err_t ip_input（struct pbuf *p， struct netif *inp）

　　該接口通過判斷輸入報文的協(xié)議類型，將其輸入到相應(yīng)的上層協(xié)議模塊中去。比如，將udp報文送到udp_input。

　　該模塊另外一個接口是輸入函數(shù)，原型如下：

　　err_t ip_output（struct pbuf *p， struct ip_addr *src， struct ip_addr *dest， u8_t ttl， u8_t

　　tos， u8_t proto）

　　該接口通過路由表或者傳輸ip后，調(diào)用netif的output字段函數(shù)鉤子發(fā)送報文。

　　udp模塊：

　　udp模塊實現(xiàn)了udp協(xié)議層的協(xié)議處理，主要文件為udp.c。該模塊通過PCB控制塊將應(yīng)用端口跟應(yīng)用程序做了綁定。在接收到新報文時，分析其對應(yīng)的PCB，找到對應(yīng)的處理鉤子，進行應(yīng)用的處理。主要入口函數(shù)為：

　　void udp_input（struct pbuf *p， struct netif *inp） 該模塊負責(zé)輸出的接口如下：

　　err_t udp_send（struct udp_pcb *pcb， struct pbuf *p）

　　該模塊負責(zé)將一個PCB跟一個本地端口進行綁定的接口如下：

　　err_t udp_bind（struct udp_pcb *pcb， struct ip_addr *ipaddr， u16_t port） 該模塊負責(zé)將一個PCB跟一個遠端端口綁定的接口如下：

　　err_t udp_connect（struct udp_pcb *pcb， struct ip_addr *ipaddr， u16_t port）

　　igmp模塊：

　　igmp模塊負責(zé)分組管理。其主要的接口函數(shù)如下：

　　void igmp_input（struct pbuf *p， struct netif *inp， struct ip_addr *dest） 該接口負責(zé)IGMP協(xié)議報文的處理，比如分析當(dāng)前報文是請求還是應(yīng)答。 err_t igmp_joingroup（struct ip_addr *ifaddr， struct ip_addr *groupaddr） 該接口將一個網(wǎng)口加入一個組。

　　err_t igmp_leavegroup（struct ip_addr *ifaddr， struct ip_addr *groupaddr） 該接口將一個網(wǎng)口從一個組中移出。

　　dhcp模塊：

　　dhcp模塊用于獲取設(shè)備ip地址的相關(guān)信息。其處理入口主要有這么幾個：dpch的啟動、dpch的接收報文處理以及定時器模塊的處理。

　　主要的接口原型如下：

　　err_t dhcp_start（struct netif *netif）

　　該接口用于設(shè)備啟動dhcp模塊，主要是客戶端的功能。該模塊實現(xiàn)設(shè)備dhcp描述結(jié)構(gòu)生成，并將dhcp的端口綁定到udp協(xié)議中，以及將本dhcp模塊跟遠端服務(wù)器端口進行綁定。最后啟動dhcp申請。

　　static void dhcp_recv（void *arg， struct udp_pcb *pcb， struct pbuf *p， struct ip_addr *addr， u16_t port）

　　該接口為一個注冊接口，用于dhcp報文接收。在start dhcp時，該接口通過dhcp的udp pcb注冊到udp協(xié)議層。Udp進行報文處理后，根據(jù)端口調(diào)用該注冊接口。該接口中，實現(xiàn)dhcp報文的協(xié)議處理。

　　Void dhcp_fine_tmr（） Void dhcp_coarse_tmr（）

　　這兩個函數(shù)接口實現(xiàn)了dhcp的相關(guān)超時處理監(jiān)控。上面一個用于請求應(yīng)答超時處理。下面一個用于地址租用情況的到期處理。

　　從源碼分析看，上述的接口在應(yīng)用lwip的協(xié)議棧時，需要重點關(guān)注。對于小內(nèi)存應(yīng)用的場合，該協(xié)議棧的內(nèi)存管理以及pbuf應(yīng)用部分需要自行改寫。

　　2、lwip特征

　　（1）支持多網(wǎng)絡(luò)接口下的IP轉(zhuǎn)發(fā)；

　?。?）支持ICMP協(xié)議；

　　（3）包括實驗性擴展的UDP（用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議）；

　?。?）包括阻塞控制、RTT 估算、快速恢復(fù)和快速轉(zhuǎn)發(fā)的TCP（傳輸控制協(xié)議）；

　　（5）提供專門的內(nèi)部回調(diào)接口（Raw API），用于提高應(yīng)用程序性能；

　?。?）可選擇的Berkeley接口API （在多線程情況下使用） 。

　?。?）在最新的版本中支持ppp

　?。?） 新版本中增加了的IP fragment的支持。

　?。?） 支持DHCP協(xié)議，動態(tài)分配ip地址.

　　3、LWIP的協(xié)議流程

　　下面這張圖比較清楚的描述了lwip的報文處理流程，呵呵，借用一下。不過，其對netif-》output描述不夠。從代碼看，該output實際是arp層的輸出，最后通過arp層調(diào)用netif中的底層輸出接口發(fā)送報文。