RT-Thread LWIP协议栈之TCP学习
LWIP协议栈详解
LWIP协议栈详解LWIP（Lightweight IP）是一个轻量级的开源 TCP/IP 协议栈，旨在为嵌入式系统提供网络连接功能。
它非常适合资源受限的系统，如单片机和小型处理器，因为它非常小巧且具有很好的可移植性。
首先，让我们来看看LWIP的核心协议。
LWIP提供了IP协议、ARP协议、ICMP协议和UDP协议的实现。
IP协议层负责数据包的路由和分段，ARP协议层负责解析IP地址和MAC地址的映射，ICMP协议用于网络探测和错误报告，UDP协议提供简单的不可靠数据传输。
除了核心协议，LWIP还提供了一些可选的协议功能，如TCP协议和DHCP协议的实现。
TCP协议提供了可靠的数据传输，而DHCP协议用于自动获取IP地址。
LWIP的另一个重要特性是它的可移植性。
LWIP设计了一个适配层，将操作系统相关的功能与核心协议分离开来。
适配层提供了一组标准的API，操作系统只需要实现这些API就可以使用LWIP协议栈。
LWIP支持的平台非常广泛，包括常见的操作系统如Windows、Linux和FreeRTOS，以及嵌入式系统如ARM Cortex-M和Microchip PIC等。
最后，让我们来看看LWIP的应用协议扩展能力。
应用协议可以通过注册回调函数来扩展LWIP的功能。
例如，应用程序可以注册一个回调函数来处理HTTP请求，或者注册一个回调函数来处理自定义的应用层数据。
这种扩展机制使得LWIP非常灵活，可以满足各种应用需求。
总结起来，LWIP是一个轻量级的开源TCP/IP协议栈，适用于资源受限的嵌入式系统。
它将TCP/IP协议栈分为核心协议和应用协议两层，提供了IP、ARP、ICMP、UDP等核心协议的实现，并通过可移植的适配层支持各种平台。
此外，LWIP还提供了应用协议扩展的能力，通过注册回调函数来扩展功能。
无论是大型操作系统还是小型嵌入式系统，LWIP都是一个很好的选择。
LwIP协议栈的学习与应用
LwIP协议栈的学习与应用前言LWIP(Light Weight Internet Protoco1)是瑞士计算机科学院(Swedish Institute of Computer Science)AdamDunkels等人开发的一套用于嵌入式系统的开放源代码TCP／IP协议栈。
LWIP的含义是Light Weight(轻型)IP协议。
LWIP 可以移植到操作系统上，也可以在无操作系统的情况下独立运行。
LWIP TCP／IP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。
一般它只需要几十KB的RAM和40 KB左右的ROM就可以运行，这使LWIP协议栈适合在小型嵌入式系统中使用。
第二章基础组件内存管理LwIP内存管理部分（mem.h mem.c）比较灵活，支持多种分配策略，有运行时库自带的内存分配(MEM_LIBC_MALLOC)，有内存池分配(MEM_USE_POOLS)，有动态内存堆分配，这些分配策略可以通过宏定义来更改。
在嵌入式系统里面，C运行时库自带的内存分配一般情况下很少用，更多的是后面二者，下面就这两种分配策略进行简单的分析：动态内存堆分配其原理就是在一个事先定义好大小的内存块中进行管理，其内存分配的策略是采用最快合适（First Fit[user1]）方式，只要找到一个比所请求的内存大的空闲块，就从中切割出合适的块，并把剩余的部分返回到动态内存堆中。
在分配的内存块前大约有12字节会存放内存分配器管理用的私有数据，该数据区不能被用户程序修改，否则导致致命问题。
内存释放的过程是相反的过程，但分配器会查看该节点前后相邻的内存块是否空闲，如果空闲则合并成一个大的内存空闲块。
采用这种分配策略，其优点就是内存浪费小，比较简单，适合用于小内存的管理，其缺点就是如果频繁的动态分配和释放，可能会造成严重的内存碎片，如果在碎片情况严重的话，可能会导致内存分配不成功。
对于动态内存的使用，比较推荐的方法就是分配->释放->分配->释放，这种使用方法能够减少内存碎片。
LwIP协议栈的学习与应用docx - nxp-lpc
LwIP协议栈的学习与应用前言LWIP(Light Weight Internet Protoco1)是瑞士计算机科学院(Swedish Institute of Computer Science)AdamDunkels等人开发的一套用于嵌入式系统的开放源代码TCP／IP协议栈。
LWIP的含义是Light Weight(轻型)IP协议。
LWIP可以移植到操作系统上，也可以在无操作系统的情况下独立运行。
LWIP TCP／IP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。
一般它只需要几十KB的RAM和40 KB左右的ROM就可以运行，这使LWIP协议栈适合在小型嵌入式系统中使用。
LwIP的主要特性如下：(1)支持多网络接口下的IP转发；(2) 支持ICMP协议；(3) 包括实验性扩展的的UDP（用户数据报协议）；(4)包括阻塞控制，RTT估算和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（多线程情况下）；(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。
第一部分协议栈的移植第一章准备工作本文的硬件环境采用LPC2468作为主控MCU，LPC24xx是NXP半导体公司(由Philips 公司创建) 推出的基于ARM7TDMI-S内核的微控制器，它在片上集成了10 Mbps／100 Mbps以太网控制器。
PHY芯片采用DM9161AEP。
操作系统方面，我们选用的μC/OS II 2.88。
开发环境采用KEIL MDK3.8。
第二章操作系统适配层为了使lwIP便于移植，与操作系统有关的功能函数调用和数据结构没有在代码中直接使用。
而是当需要这样的函数时，操作系统适配层将加以使用。
操作系统适配层向诸如定时器、处理同步、消息传送机制等的操作系统服务提供一套统一的接口。
lwip和tcp函数
lwip和tcp函数lwip（Lightweight IP）是一个轻量级的开源TCP/IP协议栈，它被广泛应用在嵌入式系统和物联网设备中。
而TCP（Transmission Control Protocol）是一种面向连接的、可靠的传输层协议，它保证了数据的可靠传输。
在嵌入式系统和物联网设备中，网络通信是非常重要的功能之一。
lwip协议栈提供了一套简洁而高效的API，使得嵌入式开发者能够方便地进行网络通信的开发。
lwip协议栈的核心是TCP/IP协议栈的实现，而TCP协议是其中最重要的一部分。
TCP协议提供了一种可靠的、面向连接的通信方式，确保数据的正确传输。
在lwip中，TCP函数是实现TCP协议的关键。
它提供了一系列函数来实现TCP连接的建立、数据的发送和接收、连接的关闭等功能。
首先是TCP连接的建立。
TCP连接的建立需要通过三次握手来完成。
lwip提供了tcp_connect函数来建立TCP连接。
开发者只需要指定目标IP地址和端口号，就可以调用tcp_connect函数来建立连接。
接下来是数据的发送和接收。
lwip提供了tcp_write和tcp_recv函数来实现数据的发送和接收。
开发者可以使用tcp_write函数将数据写入发送缓冲区，然后通过tcp_output函数将数据发送出去。
而tcp_recv函数则用于接收数据，开发者可以通过注册回调函数来处理接收到的数据。
最后是连接的关闭。
lwip提供了tcp_close函数来关闭TCP连接。
开发者可以调用tcp_close函数来关闭连接，并释放相关资源。
除了以上的基本功能，lwip还提供了其他一些高级功能，如TCP拥塞控制、流量控制等。
开发者可以根据需求使用这些功能来优化网络通信的性能。
总结一下，lwip是一个轻量级的开源TCP/IP协议栈，它提供了一套简洁而高效的API，方便嵌入式开发者进行网络通信的开发。
而TCP函数是lwip中实现TCP协议的关键，它提供了一系列函数来实现TCP连接的建立、数据的发送和接收、连接的关闭等功能。
lwip tcp包处理流程
lwip tcp包处理流程LWIP TCP包处理流程介绍LWIP（轻型网络协议栈）是一个在嵌入式系统中常用的TCP/IP协议栈。
本文将详细介绍LWIP的TCP包处理流程。
接收TCP包的处理流程1.LWIP首先在网络接口上等待TCP包的到来。
2.当一个TCP包到达时，LWIP将会进行一系列的处理步骤。
3.LWIP首先会进行IP层的处理，检查TCP包的IP头部信息，并进行校验。
4.接下来，LWIP会检查TCP头部信息，包括源端口、目标端口等。
5.如果TCP包是一个新连接的SYN包，LWIP会根据包的信息创建一个新的PCB（协议控制块）来表示该连接。
6.如果TCP包是一个已建立连接的数据包或者ACK包，LWIP会根据包的信息找到相应的PCB，并将包中的数据传递给应用层。
7.LWIP还会对收到的ACK包进行确认处理，包括更新已发送和已接收数据的状态。
8.最后，LWIP会根据需要回复ACK包，并进行相应的超时处理和拥塞控制。
发送TCP包的处理流程1.应用层向LWIP发送一个TCP数据包。
2.LWIP会根据目标IP地址和端口号等信息查找相应的PCB。
3.如果没有找到对应的PCB，LWIP会发送一个SYN包来建立新的连接。
4.如果找到了对应的PCB，LWIP会将数据包加入发送缓冲区，并计算出序列号和确认号。
5.当TCP包的发送窗口可用时，LWIP会将数据包发送到对应的网络接口上。
6.LWIP还会在发送过程中进行超时处理和拥塞控制，根据接收方的ACK包进行状态更新和重传等操作。
7.最后，LWIP会在收到对方的ACK包后更新发送和接收的状态，并将发送缓冲区中的数据逐渐发送完毕。
总结通过以上的介绍，我们可以了解到LWIP的TCP包处理流程。
无论是接收TCP包还是发送TCP包，LWIP都会进行一系列的处理步骤，包括IP层的处理、TCP头部的检查和更新、PCB的创建和查找、数据的传输和状态的更新等。
这些流程保证了TCP包在LWIP中的正确处理和传输。
lwip和tcp函数
lwIP和TCP函数什么是lwIP？lwIP（lightweight IP）是一个轻量级的开源的IP协议栈，适用于嵌入式系统和小型设备。
它提供了TCP/IP协议栈中的核心功能，如IP、TCP、UDP、ICMP等协议的实现，同时具有较低的内存占用和较高的性能。
lwIP具有高度可配置性，可以根据实际需求进行裁剪和优化，使其适用于不同类型的设备和应用场景。
TCP函数TCP（Transmission Control Protocol）是一种面向连接的、可靠的、有序的、基于字节流的传输协议。
TCP在IP协议的基础上提供了面向连接的可靠数据传输功能，通过序号、确认和重传机制来保证数据的可靠性和有序性。
lwIP提供了一系列的TCP函数，用于在嵌入式系统中实现TCP协议的各种功能。
1. tcp_new()函数原型：struct tcp_pcb* tcp_new(void)功能：创建一个新的TCP协议控制块（PCB）。
说明： TCP协议控制块用于维护TCP连接的状态信息，包括本地IP地址、端口号、远程IP地址、端口号等。
通过tcp_new()函数可以创建一个新的TCP协议控制块，并返回该控制块的指针。
2. tcp_bind()函数原型：err_t tcp_bind(struct tcp_pcb* pcb, const ip_addr_t* ipaddr, u16_t port)功能：将TCP协议控制块绑定到指定的IP地址和端口。
说明： tcp_bind()函数用于将一个已创建的TCP协议控制块绑定到一个特定的IP地址和端口。
绑定后的控制块可以监听该IP地址和端口的连接请求。
3. tcp_listen()函数原型：struct tcp_pcb* tcp_listen(struct tcp_pcb* pcb)功能：将TCP协议控制块设置为监听状态。
说明： tcp_listen()函数用于将一个已绑定的TCP协议控制块设置为监听状态，使其可以接受来自客户端的连接请求。
lwip协议栈源码详解
lwip协议栈源码详解lwIP（lightweight IP）是一个轻量级的开源TCP/IP协议栈，它被广泛应用于嵌入式系统中。
lwIP协议栈源码的详细解析对于理解其内部原理和实现机制具有重要意义。
本文将对lwIP协议栈源码进行详细解析，帮助读者深入了解lwIP的工作原理和实现细节。
lwIP协议栈源码主要包括核心协议栈、网络接口、协议实现、应用接口等部分。
核心协议栈包括IP、ICMP、UDP、TCP等协议的实现，网络接口包括以太网、WiFi等网络接口的驱动程序，协议实现包括DHCP、DNS、SNMP等协议的实现，应用接口包括Socket API等应用层接口的实现。
首先，我们来看核心协议栈的实现。
lwIP协议栈采用了事件驱动的设计，通过回调函数的方式处理网络事件。
在核心协议栈中，IP协议负责数据包的路由和转发，ICMP协议负责处理网络错误消息，UDP和TCP协议负责数据的传输和可靠性保证。
lwIP协议栈通过轻量级的设计和实现，使得其在资源有限的嵌入式系统中也能够高效运行。
其次，网络接口的实现也是lwIP协议栈源码中的重要部分。
网络接口的实现包括网络接口的初始化、数据包的发送和接收、中断处理等。
不同的网络接口需要实现相应的驱动程序，以适配不同的硬件平台。
lwIP协议栈提供了通用的网络接口API，使得用户可以方便地移植和扩展网络接口的实现。
另外，协议实现部分包括了一些常用的网络协议的实现，如DHCP协议用于动态获取IP地址、DNS协议用于域名解析、SNMP协议用于网络管理等。
这些协议的实现为嵌入式系统的网络连接和管理提供了重要支持。
最后，应用接口部分包括了Socket API的实现。
Socket API是应用程序与网络协议栈之间的接口，通过Socket API，应用程序可以方便地进行网络通信。
lwIP协议栈提供了对标准Socket API的支持，使得基于lwIP的应用程序可以方便地移植和开发。
总的来说，lwIP协议栈源码详解涉及了核心协议栈、网络接口、协议实现、应用接口等多个方面。
LWIP协议栈的分析和设计
LWIP协议栈的分析和设计LWIP（轻量级IP）协议栈是一个基于嵌入式系统设计的开源TCP/IP协议栈，它具有高度的可移植性和灵活性。
在分析和设计LWIP协议栈时，我们需要考虑以下几个方面：架构设计、模块功能、代码实现等。
首先，LWIP协议栈的架构设计非常重要。
它采用了分层的设计结构，将整个协议栈分为多个模块，每个模块负责处理不同的功能。
整个架构可以分为三层：网络层、传输层和应用层。
网络层包括IP协议、ARP协议和ICMP协议等，主要负责网络地址分配、路由选择和数据包转发等功能。
传输层包括TCP协议和UDP协议等，主要负责可靠的数据传输和提供对应用层的接口。
应用层包括HTTP协议、FTP协议和DHCP协议等，主要负责各种应用程序的数据传输。
其次，每个模块的功能需要进行详细的分析。
例如，在网络层中，IP协议负责将数据包从源主机发送到目的主机。
它需要实现IP地址分配、路由选择和数据包转发等功能。
在传输层中，TCP协议负责提供可靠的数据传输。
它需要实现三次握手、拥塞控制和重传等机制。
在应用层中，HTTP协议负责进行超文本传输。
它需要实现URL解析、数据传输和页面呈现等功能。
然后，我们需要进行代码实现的设计。
在LWIP协议栈中，每个模块的代码都可以独立实现。
这样可以提高代码的可读性和可维护性。
同时，可以根据实际需求选择需要的模块进行组合。
例如，如果只需要实现一个简单的网络通信功能，可以只选择TCP/IP协议和网络驱动层进行实现，其他模块可以根据实际需求进行添加。
最后，我们需要考虑LWIP协议栈的可移植性和灵活性。
作为一个嵌入式系统的TCP/IP协议栈，它需要能够适应不同的硬件平台和操作系统。
因此，在设计代码时应该考虑到这一点，保持代码的可移植性。
同时，LWIP协议栈也应该具备灵活性，能够根据不同的应用场景进行配置和定制。
总结起来，对于LWIP协议栈的分析和设计，我们需要考虑架构设计、模块功能和代码实现等方面。
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TCP协议
基本TCP服务器--客户端程序设计
socket() connect() socket() bind() listen(lis_fd) ccfd=accept()
send()
阻塞等客 户端连接 recv(ccfd) recv() 处理请求 close()
send(ccfd)
lwIP中和TCP相关的选项
● MSS（Maxsimum Segment Size） #define TCP_MSS 536
● Send Buffer #define TCP_SND_BUF (2 * MSS)
● TCP Window #define TCP_WND
(4 * MSS)
TCP链路应用 :: 发送超时
TCP::发送序号
参考文献
❖ TCP连接建立和断开
❏ TCP协议 TCP程序只能调用一次connect。
TCP三次握手
➔ TCP提供可靠的连接服务，并采用三次握手建立一个连 接。 ➔ TCP首部中有6bit标志位,分别为6种标示: ○ SYN (synchronous同步，开始建立连接) ○ ACK (acknowledgement 确认) ○ PSH (push报文尽快传送) ○ FIN (finish结束) ○ RST (reset重置连接) ○ URG (urgent紧急) ➢ 第一次握手：主机A（客户端）发送SYN=1，序列号为随 机值的一个数据包给主机B（服务器） ➢ 第二次握手：主机B收到A发来的SYN数据包，回发一个
客户端 服务器端
半关闭
全关闭 TCP连接 断开
TCP数据在LwIP中数据流向
lwip_send() netconn_write_partly() 回调do_write() do_writemore() tcp_write() tcp_output() etharp_send_ip() 或 etharp_query()
TCP网络编程主要的Socket API
❏ lwip_socket() ❏ lwip_bind() ❏ lwip_listen() ❏ lwip_accept() ❏ lwip_send() ❏ lwip_recv() ❏ lwip_close()
socket 编程你需要了解的
➢ socket
一个socket由一个五元组来表示（协议，server_ip, server_port, client_ip, client_port），只要任一值不同则 代表不同的socket。
TCP链路应用 :: 接收超时
TCP链路应用 :: 保活
TCP::发送序号
•
• • •
网络包在网络中允许乱序传输，序号用于确 保发送、接收的序列；
第1步：客户端向服务器发送一个同步数据包请求建立连 接，该数据包中，初始序列号（ISN）是客户端随机产生 的一个值，确认号是0； 第2步：服务器收到这个同步请求数据包后，会对客户端 进行一个同步确认。这个数据包中，序列号（ISN）是服 务器随机产生的一个值，确认号是客户端的初始序列号 +1； 第3步：客户端收到这个同步确认数据包后，再对服务器 进行一个确认。该数据包中，序列号是上一个同步请求 数据包中的确认号值，确认号是服务器的初始序列号+1 。
● ● ● ●
bind accept connect closesocket
指明本地IP地址和端口
加入客户端二元组（ip,port）
指明远端IP地址和端口 调用方断开连接，不再发送数据
connect的那些事儿
❏ UDP协议 在UDP程序创建套接字后，它便可以与多个服务 器通信；当然也可以使用connect指定对方的 IP地址、端口。 UDP程序无三次握手，可多次调用connect。
ethernetif_linkoutput()
回调 netif->linkoutput()
tcp_output_segment() ip_route() ip_output()
etharp_output( )
回调
ip_output_()
TCP状态机
TCP滑动窗
TCP拥塞控制算法
三次握手图解
主机A 客户端 主机B 服务器
TCP建立的连接
TCP经过三次握手后建立起连接，该连接的数据 流是双工的。
主机A 写 主机B 读
读
写
我们称此为TCP连接对。
关闭连接
■ 当客户端调用close主动关闭连接时，此时只 是关闭TCP连接对中的客户端的写通道，此 时的状态称之为半关闭。依然能接收来自服 务器的数据。