Lwip协议栈程序流程图.pdf

LwIP（Lightweight IP）是一个小型开源的TCP/IP协议栈，旨在降低内存占用并尽可能保持TCP/IP协议栈的功能完整性。它被设计为在资源受限的环境中运行，例如嵌入式系统。LwIP支持包括ARP、IP、ICMP、TCP和UDP在内的多种协议，并且具有对回调函数的支持以及对API的实现，使得它能够通过高层次的API与应用程序交互。 在LwIP协议栈中，程序流程主要涉及以下几个关键部分： 1. 网络接口层（netif）：这是LwIP与底层网络硬件接口的桥梁。在这一层，LwIP处理网络接口的初始化、发送和接收数据包等任务。netif_list是一个链表，用于维护所有注册网络接口的列表。 2. 原始套接字（raw_pcb）：在LwIP中，原始套接字提供了一种直接访问IP层数据包的方法，允许用户通过注册的回调函数来接收和处理特定类型的数据包。 3. ICMP协议实现：LwIP中的ICMP用于发送错误消息和操作信息，例如回显请求（ping）。 4. IP层处理：IP层处理数据包的封装和解封装，以及路由决策。其中IP_PCB（Protocol Control Block）是IP层的数据结构，包含了需要发送或接收IP数据包的状态信息。 5. ARP协议：地址解析协议（ARP）用于将IP地址转换为对应的MAC地址，从而完成数据包的链路层传输。 6. 传输层处理：在传输层，LwIP实现了TCP和UDP两种协议。 - 对于TCP，协议栈使用了结构体tcp_pcb来表示一个TCP连接控制块。TCP事件回调函数（如Accept、Send、Recv、Connected、Poll和Err）被注册，并在TCP状态机的不同阶段被调用。 - 对于UDP，实现了一个简化的UDP协议处理模块，支持数据报的发送和接收。 7. 定时器：LwIP使用定时器来管理各种定时任务，如TCP的重传定时器、保持活动定时器以及ARP请求的超时处理。 8. 内核函数：这些函数主要负责处理网络数据包，并将数据包发送到正确的协议层进行处理。 9. 应用接口（API）：LwIP提供了一组API函数，使得上层应用程序能够通过这些接口与协议栈交互，例如建立套接字、绑定地址、监听端口等。 10. IPC通信：LwIP内部的线程和进程间的通信主要通过消息传递实现，使用了消息队列（mbox）和消息结构（msg）来处理不同模块之间的信息交互。 11. 线程处理：LwIP的线程处理机制保证了协议栈在多线程环境下的正常运作，比如在主线程上处理输入输出，而在专门的线程上处理定时器事件。 在处理一个数据包时，LwIP遵循以下的流程： - 数据包首先被接收到网络接口层。 - 如果是ARP请求，则由ARP模块处理。 - 对于IP数据包，如果是ICMP数据包，则由ICMP模块处理；如果是TCP或UDP数据包，则需要根据已有的连接信息（tcp_pcb或udp_pcb）进行处理。 - 如果数据包类型未知，或者需要创建新的连接，将使用raw_pcb进行处理。 - 如果是TCP数据包，根据TCP状态机的当前状态以及TCP事件回调函数，完成相应的操作，例如接收数据（recv）、发送数据（send）、连接建立（accept）、连接关闭（connect）等。 - 数据包处理完毕后，根据需要发送到相应的应用程序或其他网络层。 LwIP的设计使得它非常适合用在资源受限的嵌入式设备中，例如网络路由器、传感器等。开发者可以根据需要裁剪协议栈，只包含必要的功能，从而达到最小化内存占用的目的。同时，LwIP的可移植性非常好，几乎可以在任何支持C语言的操作系统上运行。