lwip协议栈源码分析
LWIP源码分析
----- caoxw
1 LWIP的结构
LWIP（Light weight internet protocol）的主要模块包括：配置模块、初始化模块、NetIf模块、mem（memp）模块、netarp模块、ip模块、udp模块、icmp 模块、igmp模块、dhcp模块、tcp模块、snmp模块等。下面主要对我们需要关心的协议处理进行说明和梳理。
配置模块：
配置模块通过各种宏定义的方式对系统、子模块进行了配置。比如，通过宏，配置了mem管理模块的参数。该配置模块还通过宏，配置了协议栈所支持的协议簇，通过宏定制的方式，决定了支持那些协议。主要的文件是opt.h。
初始化模块：
初始化模块入口的文件为tcpip.c，其初始化入口函数为：
void tcpip_init(void (* initfunc)(void *), void *arg)
该入口通过调用lwip_init()函数，初始化了所有的子模块，并启动了协议栈管理进程。同时，该函数还带有回调钩子及其参数。可以在需要的地方进行调用。
协议栈数据分发管理进程负责了输入报文的处理、超时处理、API函数以及回调的处理，原型如下：
static void tcpip_thread(void *arg)
NetIf模块：
Netif模块为协议栈与底层驱动的接口模块，其将底层的一个网口设备描述成协议栈的一个接口设备（net interface）。该模块的主要文件为netif.c。其通过链表的方式描述了系统中的所有网口设备。
Netif的数据结构描述了网口的参数，包括IP地址、MAC地址、link状态、网口号、收发函数等等参数。一个网口设备的数据收发主要通过该结构进行。
Mem（memp）模块：
Mem模块同一管理了协议栈使用的内容缓冲区，并管理pbuf结构以及报文的字段处理。主要的文件包括mem.c、memp.c、pbuf.c。
netarp模块：
netarp模块是处理arp协议的模块，主要源文件为etharp.c。其主要入口函数为：
err_t ethernet_input(struct pbuf *p, struct netif *netif)
该入口函数通过判断输入报文p的协议类型来决定是按照arp协议进行处理还是将该报文提交到IP协议。如果报文是arp报文，该接口则调用etharp_arp_input，进行arp请求处理。
如果是ip报文，该接口就调用etharp_ip_input进行arp更新，并调用ip_input接口，将报文提交给ip层。
在该模块中，创建了设备的地址映射arp表，并提供地址映射关系查询接口。同时还提供了arp报文的发送接口。如下： err_t etharp_output(struct netif *netif, struct pbuf *q, struct ip_addr *ipaddr)
该接口需要注册到netif的output字段，ip层在输出报文时，通过该接口获取目标机的MAC地址，组合最终报文后，由该接口调用底层设备的驱动接口发送数据。
在etharp_output接口中，判断报文类型，如果是广播包或者组播包，就调用etharp_send_ip（组装目标mac和源mac）接口，etharp_send_ip调用netif结构中的设备驱动注册的linkoutput钩子函数发送最终报文。如果是单播包，etharp_output接口就调用etharp_query进行ip地址和MAC地址的映射，来获取到目标机的MAC地址。并在etharp_query中调用etharp_send_ip来发送最终组合报文。
ip模块：
ip模块实现了协议的ip层处理，主要文件为ip.c。其主要入口函数为：
err_t ip_input(struct pbuf *p, struct netif *inp)
该接口通过判断输入报文的协议类型，将其输入到相应的上层协议模块中去。比如，将udp报文送到udp_input。
该模块另外一个接口是输入函数，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)
该接口通过路由表或者传输ip后，调用netif的output字段函数钩子发送报文。
udp模块：
udp模块实现了udp协议层的协议处理，主要文件为udp.c。该模块通过PCB控制块将应用端口跟应用程序做了绑定。在接收到新报文时，分析其对应的PCB，找到对应的处理钩子，进行应用的处理。主要入口函数为：
void udp_input(struct pbuf *p, struct netif *inp)
该模块负责输出的接口如下：
err_t udp_send(struct udp_pcb *pcb, struct pbuf *p)
该模块负责将一个PCB跟一个本地端口进行绑定的接口如下：
err_t udp_bind(struct udp_pcb *pcb, struct ip_addr *ipaddr, u16_t port)
该模块负责将一个PCB跟一个远端端口绑定的接口如下：
err_t udp_connect(struct udp_pcb *pcb, struct ip_addr *ipaddr, u16_t port)
icmp 模块：
该模块负责icmp协议的处理，其比较简单。主要的处理接口如下：
Void icmp_input(struct pbuf *p, struct netif *inp)
上述接口负责icmp输入报文的分析和处理。
igmp模块：
igmp模块负责分组管理。其主要的接口函数如下：
void igmp_input(struct pbuf *p, struct netif *inp, struct ip_addr *dest)
该接口负责IGMP协议报文的处理，比如分析当前报文是请求还是应答。
err_t igmp_joingroup(struct ip_addr *ifaddr, struct ip_addr *groupaddr)
该接口将一个网口加入一个组。
err_t igmp_leavegroup(struct ip_addr *ifaddr, struct ip_addr *groupaddr)
该接口将一个网口从一个组中移出。
dhcp模块：
dhcp模块用于获取设备ip地址的相关信息。其处理入口主要有这么几个：dpch的启动、dpch的接收报文处理以及定时器模块的处理。
主要的接口原型如下：
err_t dhcp_start(struct netif *netif)
该接口用于设备启动dhcp模块，主要是客户端的功能。该模块实现设备dhcp描述结构生成，并将dhcp的端口绑定到udp协议中，以及将本dhcp模块跟远端服务器端口进行绑定。最后启动dhcp申请。
static void dhcp_recv(void *arg, struct udp_pcb *pcb, struct pbuf *p, struct ip_addr
*addr, u16_t port)
该接口为一个注册接口，用于dhcp报文接收。在start dhcp时，该接口通过dhcp的udp
pcb注册到udp协议层。Udp进行报文处理后，根据端口调用该注册接口。该接口中，实现dhcp报文的协议处理。
Void dhcp_fine_tmr()
Void dhcp_coarse_tmr()
这两个函数接口实现了dhcp的相关超时处理监控。上面一个用于请求应答超时处理。下面一个用于地址租用情况的到期处理。
从源码分析看，上述的接口在应用lwip的协议栈时，需要重点关注。对于小内存应用的场合，该协议栈的内存管理以及pbuf应用部分需要自行改写。
2 LWIP的协议流程
下面这张图比较清楚的描述了lwip的报文处理流程，呵呵，借用一下。不过，其对netif->output描述不够。从代码看，该output实际是arp层的输出，最后通过arp层调用netif中的底层输出接口发送报文。
1、LwIP简介
1、LwIP简介
1、LwIP简介
LwIP 全名为 Light weight IP，意思是轻量化的 TCP/IP 协议， 是瑞典计算机科学院(SICS)的 Adam Dunkels 开发的⼀个⼩型开源的TCP/IP 协议栈。 LwIP 的设计初衷是：⽤少量的资源消耗(RAM)实现⼀个较为完整的 TCP/IP 协议栈，其中“完整”主要指的是 TCP 协议的完
整性， 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。此外 LwIP既可以移植到操作系统上运⾏，也可以在⽆操作系
统的情况下独⽴运⾏。
LwIP有⽆操作系统的⽀持都可以运⾏。LwIP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，它只需⼗⼏KB的RAM和40K左右的ROM就可以运⾏，这使LwIP协议栈适合在低端的嵌⼊式系统中使⽤。
lwIP协议栈主要关注的是怎么样减少内存的使⽤和代码的⼤⼩，这样就可以让lwIP适⽤于资源有限的⼩型平台例如嵌⼊式系统。为了简
化处理过程和内存要求，lwIP对API进⾏了裁减，可以不需要复制⼀些数据。
2、LwIP的特性
LwIP 具有主要特性：
（1）⽀持 ARP 协议（以太⽹地址解析协议）。
（2）⽀持 ICMP 协议（控制报⽂协议），⽤于⽹络的调试与维护。
（3）⽀持 IGMP 协议（互联⽹组管理协议），可以实现多播数据的接收。
（4）⽀持 UDP 协议(⽤户数据报协议)。
（5）⽀持 TCP 协议(传输控制协议)，包括阻塞控制、 RTT 估算、快速恢复和快速转发。
（6）⽀持 PPP 协议（点对点通信协议） ，⽀持 PPPoE。
（7）⽀持 DNS（域名解析）。
（8）⽀持 DHCP 协议，动态分配 IP 地址。
（9）⽀持 IP 协议，包括 IPv4、 IPv6 协议，⽀持 IP 分⽚与重装功能，多⽹络接⼝下的数据包转发。
（10）⽀持 SNMP 协议（简单⽹络管理协议）。
lwip协议栈中的pub_alloc
lwip协议栈中的pub_alloc
dev pbuf alloc函数简介
netdev_pbuf_alloc是网卡驱动中的内存申请函数，申请一块缓冲区用于存放网络报文数据。
2.pbuf结构分析
netdev_pbuf_alloc函数以pbuf结构申请内存空间。
3.pbuf_alloc函数封装
netdev_pbuf_alloc函数是pbuf_alloc函数的函数封装，对外提供的函数接口只带有一个参数用于指定申请的缓冲区大小。而pbuf_alloc函数有三个参数，分别是申请的pbuf数据缓冲区是否带有偏移，数据缓冲区大小及缓冲区类型。在netdev_pbuf_alloc函数中，申请的pbuf结构缓冲区数据偏移固定为0，缓冲区类型为PBUF_POOL。netdev_pbuf_alloc函数传入的第二个参数缓冲区大小在调用pbuf_alloc函数申请pbuf结构时会被增加一个reserve长度，用于协议栈中的部分特殊操作。
3.1 pbuf_alloc函数第一个参数分析
在网络中通信的数据报文，除了真正的数据段外，还包括了TCP/IP各层协议的报文头。如用户有特殊需求，要在应用层构建报文并直接通过网卡驱动发送，则需要申请pbuf结构的数据缓冲区带有各层偏移。
LWIP的底层结构
一．LWIP之SOCKET的实现
2009-05-11 LWIP之SOCKET的实现
Lwip协议栈的实现目的，无非是要上层用来实现app的socket编程。好，我们就从socket开始。为了兼容性，lwip的socket应该也是提供标准的socket接口函数，恩，没错，在src\include\lwip\socket.h文件中可以看到下面的宏定义：
#if LWIP_COMPAT_SOCKETS
#define accept(a,b,c) lwip_accept(a,b,c)
#define bind(a,b,c) lwip_bind(a,b,c)
#define shutdown(a,b) lwip_shutdown(a,b)
#define closesocket(s) lwip_close(s)
#define connect(a,b,c) lwip_connect(a,b,c)
#define getsockname(a,b,c) lwip_getsockname(a,b,c)
#define getpeername(a,b,c) lwip_getpeername(a,b,c)
#define setsockopt(a,b,c,d,e) lwip_setsockopt(a,b,c,d,e)
#define getsockopt(a,b,c,d,e) lwip_getsockopt(a,b,c,d,e)
#define listen(a,b) lwip_listen(a,b)
#define recv(a,b,c,d) lwip_recv(a,b,c,d)
#define recvfrom(a,b,c,d,e,f) lwip_recvfrom(a,b,c,d,e,f)
LwIP协议栈中pbuf介绍
LwIP协议栈中pbuf介绍
LwIP协议栈中pbuf介绍2010-04-29 14：53目前，在嵌入式系统中引入
TCP/IP协议栈及将嵌入式设备接入网络，已经成为嵌入式领域重要的发展方向。
TCP/IP是一种基于OSI参考模型的分层网络体系结构，它由应用层、运输层、网络层、数据链路层、物理层组成。各层之间消息的传递通过数据报的形
式进行。由于各层之间报头长度不一样。当数据在不同协议层之间传递时.对数
据进行封装和去封装、增加和删除操作将十分频繁。
在嵌入式系统开发中也经常遇到类似问题。用户数据从本地嵌入式设备传
输到远程主机的过程中，要经过各层协议，对消息的封装、去封装和拷贝操作
几乎是不可避免的。而通常所采用的用一段连续的内存区来存储、传递数据的
做法会有以下的缺陷：
(1)当从上层向下层传递数据时，下层协议需要对数据进行封装，而上层在
申请内存时没有(也不应该)考虑下层的需要。这样会导致下层协议处理时需要
重新申请内存并进行内存拷贝，从而影响程序的效率。
(2)当从下层向上层传递数据时，下层协议专有的数据结构应当对上层协议
不可见。因此也需要重新申请内存并进行内存拷贝。
(3)随着数据的逐层处理，其内容可能有所增减，而连续内存很难处理这种动态的数据增删。
因此，必须有一种能适应数据动态增删、但在逻辑上又呈现连续性的数据结构，以满足在各协议层之间传递数据而不需要进行内存拷贝。嵌入式TCP/IP
协议栈要求简单高效，并减少对内存的需求。这些都需要相应的内存管理机制
实现。
1 LwIP协议栈中pbuf介绍
LwIP(Light weight IP)是瑞士计算机科学院Adam Dunkels等开发的一套
用于嵌入式系统的开放源代码TCP/IP协议栈。LwlP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。这使LwIP协议栈适合在低端
正点原子f103 lwip例程
正点原子f103 lwip例程
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正点原子是一家专注于嵌入式系统开发的公司，他们提供了一系列的例程和教程，方便开发者在嵌入式系统领域学习和应用。其中，正点原子f103 lwip例程是一款非常实用的例程，可以帮助开发者快速上手lwip协议栈在stm32f103芯片上的应用。
关于开启lwIP协议栈的调试输出LWIP_DEBUGF
关于开启lwIP协议栈的调试输出LWIP_DEBUGF
我们在分析lwIP协议栈的时候，会经常看到LWIP_DEBUGF（）这个函数的⾝影。我想lwIP的作者可
能为了便于⼈们去学习和使⽤lwIP⽽花了不少时间添加的。
其实对于初学者来说，
要把lwIP协议栈分析清楚不是⼀件容易的事情，尤其是对TCP/IP协议原理不是很了解的⼈。⽂件较多，函数较多，宏较多，调⽤关系相⽐⼀般
的C程序来说较复杂。
我个⼈认为，有些时候开启⼀下lwIP的调试信息输出功能，⽆论是对于我们学习还是查找以太⽹通信中的故障都是有帮助的。它能够lwIP协议栈
中的⼀些内部函数调⽤关系，变量值，追踪信息等通过串⼝输出来。
总之，1.可以查看函数的调⽤关系，跟踪程序流程。
2.查看各种协议的调试信息，关键变量的值。
3.通过以上掌握的很有针对性调试信息，我们可以以此为依据进⼀步地去优化我们的⼯程，保证各种资源的分配合理，了解到底是通信过程中的
哪⼀个环节限制了⽹络的性能，然后加以改善。 其实，我觉得lwIP协议栈的调试上，作者也是花了不少⼼思的。把要输出地调试信息分为按协议类型（TCP，UDP，ICMP，ARP....），调试信
息类型（LWIP_DBG_TRACE，LWIP_DBG_STATE，LWIP_DBG_FRESH），调试信息级别
（LWIP_DBG_LEVEL_OFF,LWIP_DBG_LEVEL_WARNING，LWIP_DBG_LEVEL_SERIOUS，LWIP_DBG_LEVEL_SEVERE）
之所以要这么做，其实就是对要输出的调试信息有⼀个更好的管理，当我们开启调试功能后，只输出相关的调试信息，⽆关的信息就不要输出
了。
接下来以⼀个简单的例⼦，说⼀下，如何开启lwIP的调试功能。1.找到debug.h,添加下⾯这个define。
#define LWIP_DEBUG
#ifdef LWIP_DEBUG
#define LWIP_DEBUGF(debug, message) do { \
开源TCPIP协议概述--LwIP_uIP_TinyTcp_uCIP
1、BSD TCP/IP协议栈
BSD栈历史上是其他商业栈的起点，大多数专业TCP/IP栈（VxWorks内嵌的TCP/IP栈）是BSD栈派
生的。这是因为BSD栈在BSD许可协议下提供了这些专业栈的雏形，BSD许用证允许BSD栈以修改或未修
改的形式结合这些专业栈的代码而无须向创建者付版税。同时，BSD也是许多TCP/IP协议中的创新（如
广域网中饿拥塞控制和避免）的开始点。
2、uC/IP
uC/IP是由Guy Lancaster编写的一套基于uC/OS且开放源码的TCP/IP协议栈，亦可移植到其它操
作系统，是一套完全免费的、可供研究的TCP/IP协议栈，uC/IP大部分源码是从公开源码BSD发布站点
和KA9Q（一个基于DOS单任务环境运行的TCP/IP协议栈）移植过来。uC/IP具有如下一些特点：带身份
验证和报头压缩支持的PPP协议，优化的单一请求/回复交互过程，支持IP/TCP/UDP协议，可实现的网
络功能较为强大，并可裁减。UCIP协议栈被设计为一个带最小化用户接口及可应用串行链路网络模块。
根据采用CPU、编译器和系统所需实现协议的多少，协议栈需要的代码容量空间在30-60KB之间。
3、LwIP
LwIP是瑞士计算机科学院（Swedish Institute of Computer Science）的Adam Dunkels等开发
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，相对
于uip。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K的RAM和40K左右的ROM
就可以运行，这使LwIP协议栈适合在低端嵌入式系统中使用。LwIP的特性如下：支持多网络接口下的
gd32 lwip例程
GD32是一款由国产芯片设计公司GigaDevice推出的32位微控制器系列，它基于ARM Cortex-M核心。LwIP（Lightweight IP）是一个开源的轻量级TCP/IP协议栈，适用于嵌入式系统。在GD32微控制器上使用LwIP可以实现网络功能。下面是一个使用GD32与LwIP的简单例程：
1. 在GD32的开发环境中，下载并安装LwIP软件包（或者将LwIP源码添加到项目中）。
2. 在项目中包含LwIP的头文件以及相关的配置文件，例如"lwip.h"、"lwipopts.h"。
3. 在项目中初始化LwIP：包括网络接口的初始化、协议栈的初始化等。初始化的代码可以参考LwIP提供的示例代码或者文档。
4. 配置网络参数：例如IP地址、子网掩码、网关等。这些参数可以在初始化代码中设置，也可以通过用户交互方式进行配置。
5. 实现网络功能：例如TCP客户端/服务器、UDP通信等。可以使用LwIP提供的API进行网络编程，例如"tcp_new()"创建TCP连接、"udp_new()"创建UDP连接等。
6. 实现数据的发送与接收：根据需求实现数据的发送和接收功能，可以使用LwIP提供的API，例如"tcp_write()"和"tcp_read()"。
7. 处理网络事件：LwIP的协议栈会触发一些网络事件，例如连接建立、数据到达等。可以通过回调函数或者轮询的方式处理这些事件，并进行相应的操作。
需要注意的是，GD32与LwIP的使用可能会因具体芯片型号和开发环境而有所差异，因此建议参考GD32和LwIP的官方文档和示例代码，以获得更详细和准确的使用指导。
此外，如果需要更具体的例程或代码示例，建议联系GD32的官方技术支持或参与GD32的开发者社区，以获取与GD32和LwIP相关的更多资源和支持。
linux,ip协议栈源代码分析,pdf
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linux,ip协议栈源代码分析,pdf
篇一：netfilter源代码分析详解
一、概述
filter/iptables框架简介
netfilter/iptables是继2.0.x的ipfwadm、2.2.x的ipchains之后，新一代的linux防火墙机制。netfilter采用模块化设计，具有良好的可扩充性。其重要工具模块iptables连接到netfilter的架构中，并允许使用者对数据报进行过滤、地址转换、处理等操作。
netfilter提供了一个框架，将对网络代码的直接干涉降到最低，并允许用规定的接口将其他包处理代码以模块的形式添加到内核中，具有极强的灵活性。
2.主要源代码文件
linux内核版本：2.4.21
netfilter主文件：net/core/netfilter.c
netfilter主头文件：include/linux/netfilter.h
2 17 ipv4相关：
c文件：net/ipv4/netfilter/*.c
头文件：include/linux/netfilter_ipv4.h
include/linux/netfilter_ipv4/*.h
ipv4协议栈主体的部分c文件，特别是与数据报传送过程有关的部分：ip_input.c，ip_forward.c，ip_output.c，ip_fragment.c等
二、netfilter/iptables-ipv4总体架构netfilter主要通过表、链实现规则，可以这么说，netfilter是表的容器，表是链的容器，链是规则的容器，最终形成对数据报处理规则的实现。详细地说，netfilter/iptables的体系结构可以分为三个大部分：
filter的hook机制
netfilter的通用框架不依赖于具体的协议，而是为每种网络协议定义一套hook函数。这些hook函数在数据报经过协议栈的几个关键点时被调用，在这几个点中，协议栈将数据报及hook函数标号作为参数，传递给netfilter框架。
STM32F407VET6基于FreeRTOS实时操作系统和LAN8720网卡移植LwIP协议栈
STM32F407VET6基于FreeRTOS实时操作系统和LAN8720⽹卡移
植LwIP协议栈
本次实验是在STM32F407VET6单⽚机上实现FreeRTOS实时操作系统加LwIP协议栈驱动LAN8720⽹卡，板⼦是购买的最⼩系统开发板，
⽹卡是购买的LAN8720模块。使⽤的LwIP内核版本为 lwip-1.4.1，FreeRTOS内核版本为 FreeRTOSv10.2.1。使⽤上⼀篇博客中移植好的FreeRTOS⼯程。
1、STM32F407VET6单⽚机引脚与LAN8720⽹卡的物理连接如下：
a、ETH_RMII_REF_CLK-------> PA1--------->nINT/RETCLK
b、ETH_MDIO --------------------> PA2--------->MDIO
c、ETH_RMII_CRS_DV --------> PA7--------->CRS
d、ETH_RMII_TX_EN ----------> PB11------->TX_EN
e、ETH_RMII_TXD0 ------------> PB12------->TX0
f、ETH_RMII_TXD1 -------------> PB13------->TX1
g、ETH_RESET-------------------> PC0-------->NC
h、ETH_MDC ---------------------> PC1-------->MDC
i、ETH_RMII_RXD0 -------------> PC4-------->RX0
j、ETH_RMII_RXD1 -------------> PC5-------->RX1
注：在⽹卡模块上RESET引脚为NC，未连接，但在实际项⽬中把RESET引脚连接起来使⽤效果更好，LAN8720⽹卡的电源建议加⼀
个电源控制，如：三极管或MOS管，在复位前先断⼀下电源，再复位，因为实际中我遇到过软复位不成功的情况。