LwIP协议详解
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协议栈详解
1.TCP连接的建立和终止TCP是一个面向连接的协议，提供可靠的数据连接。
在收发数据之前，需要在双方之间建立一条连接。
下面以图①所示为例说明TCP连接的建立和终止。
1.1 TCP连接的建立1) 请求端（通常称为客户）发送一个SYN段指明客户打算连接的服务器的端口，以及初始序号（ISN，在这个例子中为1415531521）。
这个SYN段为报文段1。
2) 服务器发回包含服务器的初始序号的SYN报文段（报文段2）作为应答。
同时，将确认序号设置为客户的ISN加1以对客户的SYN报文段进行确认。
一个SYN将占用一个序号。
3) 客户必须将确认序号设置为服务器的ISN加1以对服务器的SYN报文段进行确认（报文段3）。
这三个报文段完成连接的建立。
这个过程也称为三次握手（three-way handshake）。
图①1.2 TCP连接的终止建立一个连接需要三次握手，而终止一个连接要经过4次握手。
这由TCP的半关闭（half-close）造成的。
既然一个TCP连接是全双工（即数据在两个方向上能同时传递），因此每个方向必须单独地进行关闭。
一个TCP连接在收到一个FIN后不能接收数据，但仍能发送数据，反之一个TCP连接在发送一个FIN后不能发送数据，但仍能接收数据。
以客户端为主动关闭一方为例说明TCP连接的终止过程。
首先客户端发送第一个FIN （报文段4），服务器收到FIN后，返回对该FIN的确认ACK（报文段5），然后通知应用层对方已经关闭连接，然后回复FIN（报文段6）。
客户端收到该FIN后再回复一个确认ACK （报文段7），同时客户端关闭本地连接，而服务端收到该ACK后也最终关闭连接。
2.TCP的滑动窗口协议2.1 使用滑动窗口的原因TCP协议在工作时，如果发送端的TCP协议软件每传输一个数据分组后，必须等待接收端的确认才能够发送下一个分组，由于网络传输的时延，将有大量时间被用于等待确认，导致传输效率低下。
为此TCP在进行数据传输时使用了滑动窗口机制。
μCOS-II-下-LwIP-协议栈的移植和测试
1、引言为了实现嵌入式系统终端连入互联网，而有必要为其引入了网络功能。
μC/OS II 是一个源代码开放的实时操作系统，但是它只是一个实时的任务调度及通信内核，并没有集成TCP/IP 通信协议，为了实现网络功能，需要在μC/OS II 移植一个轻量级的TCP/IP 通信协议LwIP。
本文主要论述μC/OS II 下通信协议LwIP 的移植以及测试。
2、LwIP 简介LwIP ( light weight IP)是瑞士计算机科学院的Adam Dunkels 等开发的一套开放TCP/IP 协议栈源代码。
LwIP 既可以移植到操作系统上，又可以在无操作系统的情况下独立运行。
LwIP 实现的重点是在保持TCP/IP 协议主要功能的基础上减少对RAM 的占用，这使LwIP 适合在低端嵌入式系统中使用。
其主要特点如下：（1）支持多网络接口下IP 转发；（2）支持ICMP 协议；（3）包括试验性扩展的UDP；（4）包括简单的拥塞控制，RTT 估算和快速恢复和快速转发的TCP；（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；3、LwIP 协议栈移植到μC/OS II 操作系统的具体实现3.1 嵌入式系统结构和LwIP 接口整个嵌入式系统的结构如图 1 所示，由ARM 微处理器、网卡、网络设备驱动、μC/OSII 操作系统、LwIP 协议栈和应用程序组成。
图 1 嵌入式系统结构图LwIP 在设计时为了适应不同的操作系统，并没有在代码中使用和某个特定的操作系统相关的系统调用和数据结构，而是在LwIP 和操作系统之间提供了一个接口层（sys_arch interface），该接口主要实现的功能包括数据类型的定义、存储模式的选择、任务间的同步、时间和内存的管理等。
因此，完成LwIP 在μC/OS II 移植，我们就是要通过修改这个接口层来实现。
同时，还要根据自己所要实现的具体目的，可以对LwIP 协议栈进行一定的裁减。
lwip之地址解析协议ARP
lwip之地址解析协议ARPARP — address resolution protocol1、物理地址和网络地址（1）结构体定义//MAC address#define ETHARP_HWADDR_LEN 6PACK_STRUCT_BEGINstruct eth_addr {PACK_STRUCT_FIELD(u8_t addr[ETHARP_HWADDR_LEN]); } PACK_STRUCT_STRUCT;PACK_STRUCT_END//IP addressstruct ip_addr {u32_t addr;};struct ip_addr_packed {PACK_STRUCT_FIELD(u32_t addr);} PACK_STRUCT_STRUCT;PACK_STRUCT_ENDtypedef struct ip_addr ip_addr_t;typedef struct ip_addr_packed ip_addr_p_t;（2）以太网帧和ARP报文格式PACK_STRUCT_BEGIN/** Ethernet header */struct eth_hdr {PACK_STRUCT_FIELD(struct eth_addr dest);PACK_STRUCT_FIELD(struct eth_addr src);PACK_STRUCT_FIELD(u16_t type);} PACK_STRUCT_STRUCT;PACK_STRUCT_ENDPACK_STRUCT_BEGIN/** the ARP message, see RFC 826 ("Packet format") */struct etharp_hdr {PACK_STRUCT_FIELD(u16_t hwtype);PACK_STRUCT_FIELD(u16_t proto);PACK_STRUCT_FIELD(u8_t hwlen);PACK_STRUCT_FIELD(u8_t protolen);PACK_STRUCT_FIELD(u16_t opcode);PACK_STRUCT_FIELD(struct eth_addr shwaddr);PACK_STRUCT_FIELD(struct ip_addr2 sipaddr);PACK_STRUCT_FIELD(struct eth_addr dhwaddr);PACK_STRUCT_FIELD(struct ip_addr2 dipaddr);} PACK_STRUCT_STRUCT;PACK_STRUCT_END长度宏声明#define ETH_PAD_SIZE 0#define SIZEOF_ETH_HDR (14 + ETH_PAD_SIZE)#define SIZEOF_ETHARP_HDR 28#define SIZEOF_ETHARP_PACKET (SIZEOF_ETH_HDR + SIZEOF_ETHARP_HDR)2、ARP缓存表（1）结构体声明static struct etharp_entry arp_table[ARP_TABLE_SIZE];struct etharp_entry {struct etharp_q_entry *q; //挂接在该缓存表的数据包缓冲队列ip_addr_t ipaddr;struct netif *netif;struct eth_addr ethaddr;u8_t state; // 缓存表的状态u8_t ctime; //生存时间计数器};struct etharp_q_entry {struct etharp_q_entry *next;struct pbuf *p;};enum etharp_state {ETHARP_STATE_EMPTY = 0,ETHARP_STATE_PENDING,ETHARP_STATE_STABLE,ETHARP_STATE_STABLE_REREQUESTING};（2）ARP缓存表的定时机制定时更新缓存表项的状态#define ARP_TMR_INTERVAL 5000#define ARP_MAXAGE 240#define ARP_AGE_REREQUEST_USED (ARP_MAXAGE - 12) #define ARP_MAXPENDING 2void etharp_tmr(void){u8_t i;//查阅缓存表中的每一项状态、时间计数器for (i = 0; i < ARP_TABLE_SIZE; ++i) {u8_t state = arp_table[i].state;if (state != ETHARP_STATE_EMPTY) {arp_table[i].ctime++;if ((arp_table[i].ctime >= ARP_MAXAGE) ||((arp_table[i].state == ETHARP_STATE_PENDING) &&(arp_table[i].ctime >= ARP_MAXPENDING))) {etharp_free_entry(i);}else if (arp_table[i].state == ETHARP_STATE_STABLE_REREQUESTING) {arp_table[i].state = ETHARP_STATE_STABLE;}}}}static void etharp_free_entry(int i){//判断是否有挂接在缓存表项的数据if (arp_table[i].q != NULL) {free_etharp_q(arp_table[i].q);arp_table[i].q = NULL;}/* recycle entry for re-use */arp_table[i].state = ETHARP_STATE_EMPTY;}#define free_etharp_q(q) pbuf_free(q)3、gratuitous ARPGratuitous ARP也称为免费ARP，无故ARP。
lwip原理
lwip原理lwip原理是指轻量级IP协议栈（Lightweight IP），是一种适用于嵌入式系统的TCP/IP协议栈。
本文将介绍lwip原理的基本概念、工作流程和应用场景。
一、基本概念lwip原理基于TCP/IP协议栈，是一种开源的网络协议栈。
它具有轻量级、高效性和可移植性的特点，适用于嵌入式系统的资源有限环境。
lwip原理提供了TCP/IP协议栈中的网络层和传输层功能，支持IP、ICMP、UDP和TCP等协议。
二、工作流程lwip原理的工作流程包括网络接口驱动、协议栈处理和应用程序接口。
1. 网络接口驱动网络接口驱动负责与硬件设备进行通信，包括数据的发送和接收。
它提供了与硬件设备的接口函数，通过这些函数将数据传输到网络中或接收网络中的数据。
2. 协议栈处理协议栈处理是lwip原理的核心部分，它包括网络层和传输层的处理。
网络层处理主要负责IP数据包的路由和转发，通过路由表确定数据包的下一跳地址。
传输层处理主要负责数据的可靠传输，包括UDP和TCP协议的处理。
在网络层和传输层之间，lwip原理使用了一个缓冲区来存储数据包。
当数据包到达网络层时，lwip原理会根据目的地址查询路由表，确定数据包的下一跳地址，并将数据包传递给传输层进行处理。
在传输层，lwip原理根据协议类型选择相应的协议处理函数进行处理，如UDP协议或TCP协议。
3. 应用程序接口应用程序接口是lwip原理与应用程序之间的接口，应用程序可以通过这个接口进行网络通信。
lwip原理提供了一系列的API函数，应用程序可以调用这些函数来发送和接收数据。
通过应用程序接口，应用程序可以实现各种网络应用，如Web服务器、FTP服务器等。
三、应用场景lwip原理适用于嵌入式系统中的网络通信应用。
它具有资源占用少、效率高的特点，适用于资源有限的嵌入式系统。
以下是lwip原理的一些应用场景：1. 物联网设备随着物联网的发展，越来越多的设备需要进行网络通信。
lwip协议栈源码详解
lwip协议栈源码详解《LWIP协议栈源码详解》协议书甲方（以下简称"LWIP方"）：职务：律师地址：XXX联系电话：XXX邮箱：XXX乙方（以下简称"使用方"）：姓名/单位名称：XXX地址：XXX联系电话：XXX邮箱：XXX一、协议目的：LWIP方向使用方提供供代码使用的途径。
双方在平等、自愿、公平的基础上，协商并达成协议，共同保护双方利益，为推进协议栈的使用和发展，促进LWIP技术的普及和提高，达成以下协议：二、使用授权：1. LWIP方免费向使用方提供LWIP协议栈源码，使用方有权利在其自身的项目中使用LWIP技术。
2. 使用方对LWIP协议栈源码的使用应遵守相关法律法规和契约精神。
3. 使用方在使用LWIP协议栈源码时，须注明LWIP方的著作权声明，不得擅自修改、删除、遮挡、涂改、移动LWIP方的著作权声明。
4. 未得到LWIP方的书面授权批准，使用方不得将LWIP协议栈源码用于商业目的的销售、分销、出租、出借等行为。
三、权利和义务1. LWIP方有权对使用方进行规范化管理，监督其对LWIP协议栈源码的合法使用情况，并有权利要求使用方在使用LWIP协议栈源码后所开发的衍生产品中注明LWIP 方的著作权归属、著作权声明。
2. 使用方有权根据自身开发需求的需要，对LWIP协议栈源码进行修改、增补或裁减等操作，但应该严格遵守本协议中相关条款，在修改后的代码中完整保留著作权声明及本协议中的完整条款，在使用LWIP协议栈源码的基础上，开发相应应用程序。
3. 使用方在使用LWIP 协议栈源码时，应当保证其自主开发的应用程序，不侵犯他人的合法权益，不得在任何情况下利用LWIP协议栈源码和开发的应用程序从事非法活动，包括但不限于利用网络发送垃圾邮件、病毒等的行为。
4. 若发现使用方存在侵犯LWIP方的权益或违反本协议的行为，LWIP方有权要求使用方停止使用LWIP 协议栈源码，并有权追究使用方的法律责任。
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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我想我很适合当一个歌颂者，青春在风中飘着。你知道，就算大雨让这座城市颠倒，我 会给你怀抱；受不了，看见你背影来到，写下我度秒如年难捱的离骚；就算整个世界被寂寞 绑票，我也不会奔跑；逃不了，最后谁也都苍老，写下我，时间和琴声交错的城堡。我正在 听的歌。扯远了…
正题，嵌入式产品连入 Internet 网，这个 MS 是个愈演愈烈的趋势。想想，你可以足不 出户对你的产品进行配置，并获取你关心的数据信息，多好。这也许也是物联网世界最基本 的雏形。当然，你的产品要有如此功能，那可不容易，至少它得有个目前很 Fashion 的 TCP/IP 协议栈。LWIP 是一套用于嵌入式系统的开放源代码 TCP/IP 协议栈。在你的嵌入式处理器 不是很 NB，内部 Flash 和 Ram 不是很强大的情况下，用它还是很合适滴。
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老衲五木出品
1 移植综述
如果你认为所谓的毅力是每分每秒的“艰苦忍耐”式的奋斗，那这是一种很不足的心理 状态。毅力是一种习惯，毅力是一种状态，毅力是一种生活。看了这么久的代码觉得是不是 该写点东西了，不然怎么对得起某人口中所说的科研人员这个光荣称号。初见这如山如海的 代码，着实看出了一身冷汗。现在想想其实也不是那么难，那么多革命先辈经过 N 长时间 才搞出来的东东怎么可能让你个毛小子几周之内搞懂。我见到的只是冰川的一小角，万里长 征的一小步，九头牛身上的一小毛…再用某人的话说，写吧，昏写，瞎写，胡写，乱写，写 写就懂了。
这篇文章覆盖了 LwIP 协议大部分的内容，但是并不全面。它主要讲解了 LwIP 协议最重 要也是最常被用到的部分，包括内存管理，底层网络接口管理，ARP 层，IP 层，TCP 层，API 层等，这些部分是 LwIP 的典型应用中经常涉及到的。而 LwIP 协议的其他部分，包括 UDP， DHCP,DNS,IGMP,SNMP,PPP 等不具有使用共性的部分，这篇文档暂时未涉及。
最后，欢迎读者以任何方式使用与转载，但请保留作者相关信息，酱紫！码字。。。世界 上最痛苦的事情莫过于此。。。
——老衲五木
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目录
1 移植综述------------------------------------------------------------------------------------------------------ 4 2 动态内存管理------------------------------------------------------------------------------------------------ 6 3 数据包 pbuf -------------------------------------------------------------------------------------------------- 9 4 pbuf 释放---------------------------------------------------------------------------------------------------13 5 网络接口结构-----------------------------------------------------------------------------------------------16 6 以太网数据接收--------------------------------------------------------------------------------------------20 7 ARP 表 -----------------------------------------------------------------------------------------------------23 8 ARP 表查询 -----------------------------------------------------------------------------------------------26 9 ARP 层流程 -----------------------------------------------------------------------------------------------28 10 IP 层输入 -------------------------------------------------------------------------------------------------31 11 IP 分片重装 1 --------------------------------------------------------------------------------------------34 12 IP 分片重装 2 --------------------------------------------------------------------------------------------37 13 ICMP 处理 -----------------------------------------------------------------------------------------------40 14 TCP 建立与断开 ----------------------------------------------------------------------------------------43 15 TCP 状态转换 -------------------------------------------------------------------------------------------46 16 TCP 控制块 ----------------------------------------------------------------------------------------------49 17 TCP 建立流程 -------------------------------------------------------------------------------------------53 18 TCP 状态机 ----------------------------------------------------------------------------------------------56 19 TCP 输入输出函数 1 -----------------------------------------------------------------------------------60 20 TCP 输入输出函数 2 -----------------------------------------------------------------------------------63 21 TCP 滑动窗口 -------------------------------------------------------------------------------------------66 22 TCP 超时与重传 ----------------------------------------------------------------------------------------69 23 TCP 慢启动与拥塞避免 -------------------------------------------------------------------------------73 24 TCP 快速恢复重传和 Nagle 算法 -------------------------------------------------------------------76 25 TCP 坚持与保活定时器 -------------------------------------------------------------------------------80 26 TCP 定时器 ----------------------------------------------------------------------------------------------84 27 TCP 终结与小结 ----------------------------------------------------------------------------------------88 28 API 实现及相关数据结构 -----------------------------------------------------------------------------91 29 API 消息机制 --------------------------------------------------------------------------------------------94 30 API 函数及编程实例 -----------------------------------------------------------------------------------97