通信与网络中的浅谈uIP中UDP协议改进方案
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2020-10-22
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通信与网络中的浅谈通信与网络中的浅谈uIP中中UDP协议改进方案协议改进方案
UDP协议的全称是用户数据包协议，在网络中它与TCP协议一样用于处理，数据包。在OSI模型中，在第四层
——传输层，处于IP协议的上一层。UDP有不提供数据包分组、组装和不能对数据包进行排序的缺点，也就是
说，当报文发送之后，是无法得知其是否安全完整到达的。UDP用来支持那些需要在计算机之间传输数据的网
络应用。包括网络视频会议系统在内的众多的客户/服务器模式的网络应用都需要使用UDP协议。UDP协议从问
世至今已经被使用了很多年，虽然其最初的光彩已经被一些类似协议所掩盖，但是即使是在今天，UDP仍然不
失为一项非常实用和可行的网络传输层协议。 由于嵌入式系统的软硬件资源都较为有限，大多数嵌入式系
UDP协议的全称是用户数据包协议，在网络中它与TCP协议一样用于处理，数据包。在OSI模型中，在第四层——传输
层，处于IP协议的上一层。UDP有不提供数据包分组、组装和不能对数据包进行排序的缺点，也就是说，当报文发送之后，
是无法得知其是否安全完整到达的。UDP用来支持那些需要在计算机之间传输数据的网络应用。包括网络视频会议系统在内
的众多的客户/服务器模式的网络应用都需要使用UDP协议。UDP协议从问世至今已经被使用了很多年，虽然其最初的光彩已
经被一些类似协议所掩盖，但是即使是在今天，UDP仍然不失为一项非常实用和可行的网络传输层协议。
由于嵌入式系统的软硬件资源都较为有限，大多数嵌入式系统中运行的TCP/IP协议栈均根据嵌入式系统的特点进行了相
应的裁剪。目前应用比较广泛的嵌入式TCP/IP协议栈有：ucTCP-IP、LWIP、uIP、Linux TCP/IP等。其中uIP是专为8 bit和16
bit的嵌入式微控制器设计的微型TCP/IP协议栈，运行时需要的内存很少，实现了常用的TCP/IP协议；代码注释详尽，可以用
于商业或非商业用途。由于具有上述特点，uIP被广泛应用在嵌入式系统的网络互联中。
1 uIP协议栈的体系结构协议栈的体系结构
uIP协议栈往掉了完整的TCP/IP中不常用的功能，简化了通讯流程，但保存了网络通讯必须使用的协议，设计重点放在了
IP/TCP/ICMP/UDP/ARP这些网络层和传输层协议上，保证了其代码的通用性和结构的稳定性。
由于uIP协议栈专门为嵌进式系统而设计，因此还具有如下优越功能：
（1） 代码非常少，其协议栈代码不到6K，很方便阅读和移植。
（2） 占用的内存数非常少，RAM占用仅几百字节。
（3） 其硬件处理层、协议栈层和应用层共用一个全局缓存区，不存在数据的拷贝，且发送和接收都是依靠这个缓存
区，极大的节省空间和时间。
（4） 支持多个主动连接和被动连接并发。
（5） 其源代码中提供一套实例程序：web服务器，web客户端，电子邮件发送程序（SMTP客户端），Telnet服务器，
DNS主机名解析程序等。通用性强，移植起来基本不用修改就可以通过。
（6） 对数据的处理采用轮循机制，不需要操纵系统的支持。
由于uIP对资源的需求少和移植轻易，大部分的8位微控制器都使用过uIP协议栈， 而且很多的着名的嵌进式产品和项目
（如卫星，Cisco路由器，无线传感器网络）中都在使用uIP协议栈。
在使用uIP的嵌入式系统的软件体系结构中，uIP协议栈相当于一个代码库，它通过一系列的函数实现与底层硬件和上层应
用程序的通信。uIP协议栈与系统底层和上层应用之间的关系如图1所示。
从图1可以看出，uIP协议栈主要提供了uip_input（）和uip_periodic（）2个函数供系统底层调用。uIP协议栈与应用程序
的主要接口是UIP_APPCALL（）和UIP_UDP_APPCALL（）。
uIP初始化时调用uip_init（）函数，它的主要功能是初始化协议栈的监听端口，并把所有连接设置为关闭状态。然后uIP
的主控部分调用uip_input（）函数，该函数将会根据数据包首部的协议标识处理这个包，并在需要时调用上层应用程序。当
uip_input（）返回时，一个输出数据包被放在同一个全局缓冲区uip_buf中，其大小赋给uip_len。如果uip_len是0，则说明没
有包要发送，否则主控部分调用底层系统的发包函数将数据包发送到网络上[3]。
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