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【lwip】lwip源碼基礎

目錄

  • 前言
  • 概念&作用
    • 網絡接口
      • 概念引入
      • 總結
  • lwip netif 結構體
    • 連結
    • 字段分析
      • 網卡連結清單
      • 網絡 IP
      • 接收資料函數
      • 發送資料函數
      • ARP 子產品調用的發送函數
      • 出口回調函數
      • 使用者私有資料
      • 最大傳輸機關
      • 鍊路硬體位址長度&位址
      • 網卡資訊狀态标志
      • 網卡名字
      • 網卡辨別
    • netif 使用
  • 源碼
    • struct netif

前言

本筆記記錄 lwip 源碼基礎内容

李柱明部落格：https://www.cnblogs.com/lizhuming/p/15487094.html

概念&作用

網絡接口

概念引入

網絡接口（以太網接口）是硬體接口（網絡接口又可以稱之為網卡）。

LWIP 是軟體那麼而怎樣讓硬體和軟體無縫連接配接起來呢？

而且網卡又多種多樣，怎樣才能讓 LWIP 使用同樣的軟體相容不同的硬體平台？

LWIP 中使用了一個

netif

結構體來描述網卡但是網卡是直接和硬體平台打交道的：

  • 使用者提供最底層接口函數。
  • LWIP 提供統一的 API。
  • 舉例：
    • 收：如網卡的初始化和網卡的收發資料，當 LWIP 底層得到資料之後，才會傳入到核心中去處理。
    • 發：LWIP 核心需要發送資料包的時候，也需要調用網卡的發送函數。
  • LWIP 中的 etherneif.c 檔案的函數通常為硬體打交道的底層函數，當有資料需要通過網卡接收或者發送資料的時候就會被調用，通過 LWIP 的協定棧的内部進行處理後，從應用層就能得到資料或者可以發送資料。

總結

簡單來說，netif 是 LWIP 抽象出來的網卡，LWIP 協定棧可以使用多種不同接口，而 etherneif.c 檔案則提供了 netif 通路各種不同的網卡，每個網卡有不同的實方式，每戶隻需要修改 ethernetif.c 檔案即可。

lwip netif 結構體

連結

參考：LWIP中netif結構體的介紹

源碼：((20210727163318-nobqihq))

字段分析

網卡連結清單 

/** pointer to next in linked list */
  struct netif *next;

LWIP 使用連結清單來統一管理同一裝置的多個網卡。

netif.c 檔案中定義兩個全局指針

struct netif *netif_list

和

struct netif *netif_default

  • netif_list

    就是網卡連結清單指針，指向網卡連結清單的首節點（第一個網卡）。

  • netif_default

     預設網卡。

網絡 IP 

#if LWIP_IPV4
  /** IP address configuration in network byte order */
  ip_addr_t ip_addr;
  ip_addr_t netmask;
  ip_addr_t gw;
#endif /* LWIP_IPV4 */

ip_addr

：網絡中的 IP 位址。

netmask

：子網路遮罩。

gw

：網關位址。

接收資料函數 

/** This function is called by the network device driver
   *  to pass a packet up the TCP/IP stack. */
  netif_input_fn input;

該函數由網絡裝置驅動程式調用，将資料包傳遞到 TCP/IP 協定棧（IP 層），這通常是

ethernet_input()

,參數為

pbuf

和

netif

類型，其中

pbuf

為接收到的資料包。

發送資料函數 

#if LWIP_IPV4
  /** This function is called by the IP module when it wants
   *  to send a packet on the interface. This function typically
   *  first resolves the hardware address, then sends the packet.
   *  For ethernet physical layer, this is usually etharp_output() */
  netif_output_fn output;
#endif /* LWIP_IPV4 */

函數由 IP 層調用，在接口上發送資料包。使用者需要編寫該函數并使 output 指向它。

通這個函數的處理步驟是首先解析硬體位址，然後發送資料包。

對于以太網實體層，該函數通常是

etharp_output()

,參數是

pbuf

,

netif

，和

ip_addr

類型。

注意：其中

ipaddr

代表要将資料包發送到的位址，但不一定資料包最終到達的 ip 位址。比如要發送 ip 資料報到一個并不在本網絡的主機上，該資料包要被發送到一個路由器上，這裡的 ipaddr 就是路由器的 ip 位址。

ARP 子產品調用的發送函數 

/** This function is called by ethernet_output() when it wants
   *  to send a packet on the interface. This function outputs
   *  the pbuf as-is on the link medium. */
  netif_linkoutput_fn linkoutput;

該函數和

output

類似，也需要使用者自己實作一個函數，但是隻有兩個參數，它是由 ARP 子產品調用的，一般是自定義函數

low_level_output()

。

當需要在網卡上發送一個資料包時，該函數會被

ethernet_output()

函數調用。

出口回調函數 

#if LWIP_NETIF_REMOVE_CALLBACK
  /** This function is called when the netif has been removed */
  netif_status_callback_fn remove_callback;
#endif /* LWIP_NETIF_REMOVE_CALLBACK */

當 netif 被删除時調用此函數。

使用者私有資料 

/** This field can be set by the device driver and could point
   *  to state information for the device. */
  void *state;
#ifdef netif_get_client_data
  void* client_data[LWIP_NETIF_CLIENT_DATA_INDEX_MAX + LWIP_NUM_NETIF_CLIENT_DATA];
#endif
#if LWIP_IPV6_AUTOCONFIG
  /** is this netif enabled for IPv6 autoconfiguration */
  u8_t ip6_autoconfig_enabled;
#endif /* LWIP_IPV6_AUTOCONFIG */
#if LWIP_IPV6_SEND_ROUTER_SOLICIT
  /** Number of Router Solicitation messages that remain to be sent. */
  u8_t rs_count;
#endif /* LWIP_IPV6_SEND_ROUTER_SOLICIT */
#if LWIP_NETIF_HOSTNAME
  /* the hostname for this netif, NULL is a valid value */
  const char*  hostname;
#endif /* LWIP_NETIF_HOSTNAME */
#if LWIP_CHECKSUM_CTRL_PER_NETIF
  u16_t chksum_flags;
#endif /* LWIP_CHECKSUM_CTRL_PER_NETIF*/

由裝置驅動程式設定并指向裝置的狀态資訊，主要将網卡的某些私有資料傳遞給上層。

最大傳輸機關 

/** maximum transfer unit (in bytes) */
  u16_t mtu;

鍊路硬體位址長度&位址 

/** number of bytes used in hwaddr */
  u8_t hwaddr_len;
  /** link level hardware address of this interface */
  u8_t hwaddr[NETIF_MAX_HWADDR_LEN];

網卡資訊狀态标志 

/** flags (@see @ref netif_flags) */
  u8_t flags;

網卡狀态資訊标志位，是很重要的控制字段，它包括網卡的功能使能，廣播使能，ARP 使能等重要控制位。

網卡名字 

/** descriptive abbreviation */
  char name[2];

用于儲存每一個網卡的名字，用兩個字元的名字來辨別。

網卡使用的裝置驅動的種類，名字由裝置驅動來設定并且應該反映通過網卡表示的硬體的種類。

如果兩個網卡具有相同的網絡名字，我們就用 num 字段來區分相同類别的不同網卡。

網卡辨別 

/** number of this interface */
  u8_t num;

辨別使用同種驅動類型的不同網卡。

netif 使用

簡要步驟：

  1. 定義一個

    netif

     作為網卡裝置結構體。
  2. 挂載到

    netif_list

     連結清單中。
    1. 使用函數：

      netif_add();
    2. 建議參考該函數源碼。

源碼

struct netif 

/** Generic data structure used for all lwIP network interfaces.
 *  The following fields should be filled in by the initialization
 *  function for the device driver: hwaddr_len, hwaddr[], mtu, flags */
struct netif {
  /** pointer to next in linked list */
  struct netif *next;

#if LWIP_IPV4
  /** IP address configuration in network byte order */
  ip_addr_t ip_addr;
  ip_addr_t netmask;
  ip_addr_t gw;
#endif /* LWIP_IPV4 */
#if LWIP_IPV6
  /** Array of IPv6 addresses for this netif. */
  ip_addr_t ip6_addr[LWIP_IPV6_NUM_ADDRESSES];
  /** The state of each IPv6 address (Tentative, Preferred, etc).
   * @see ip6_addr.h */
  u8_t ip6_addr_state[LWIP_IPV6_NUM_ADDRESSES];
#endif /* LWIP_IPV6 */
  /** This function is called by the network device driver
   *  to pass a packet up the TCP/IP stack. */
  netif_input_fn input;
#if LWIP_IPV4
  /** This function is called by the IP module when it wants
   *  to send a packet on the interface. This function typically
   *  first resolves the hardware address, then sends the packet.
   *  For ethernet physical layer, this is usually etharp_output() */
  netif_output_fn output;
#endif /* LWIP_IPV4 */
  /** This function is called by ethernet_output() when it wants
   *  to send a packet on the interface. This function outputs
   *  the pbuf as-is on the link medium. */
  netif_linkoutput_fn linkoutput;
#if LWIP_IPV6
  /** This function is called by the IPv6 module when it wants
   *  to send a packet on the interface. This function typically
   *  first resolves the hardware address, then sends the packet.
   *  For ethernet physical layer, this is usually ethip6_output() */
  netif_output_ip6_fn output_ip6;
#endif /* LWIP_IPV6 */
#if LWIP_NETIF_STATUS_CALLBACK
  /** This function is called when the netif state is set to up or down
   */
  netif_status_callback_fn status_callback;
#endif /* LWIP_NETIF_STATUS_CALLBACK */
#if LWIP_NETIF_LINK_CALLBACK
  /** This function is called when the netif link is set to up or down
   */
  netif_status_callback_fn link_callback;
#endif /* LWIP_NETIF_LINK_CALLBACK */
#if LWIP_NETIF_REMOVE_CALLBACK
  /** This function is called when the netif has been removed */
  netif_status_callback_fn remove_callback;
#endif /* LWIP_NETIF_REMOVE_CALLBACK */
  /** This field can be set by the device driver and could point
   *  to state information for the device. */
  void *state;
#ifdef netif_get_client_data
  void* client_data[LWIP_NETIF_CLIENT_DATA_INDEX_MAX + LWIP_NUM_NETIF_CLIENT_DATA];
#endif
#if LWIP_IPV6_AUTOCONFIG
  /** is this netif enabled for IPv6 autoconfiguration */
  u8_t ip6_autoconfig_enabled;
#endif /* LWIP_IPV6_AUTOCONFIG */
#if LWIP_IPV6_SEND_ROUTER_SOLICIT
  /** Number of Router Solicitation messages that remain to be sent. */
  u8_t rs_count;
#endif /* LWIP_IPV6_SEND_ROUTER_SOLICIT */
#if LWIP_NETIF_HOSTNAME
  /* the hostname for this netif, NULL is a valid value */
  const char*  hostname;
#endif /* LWIP_NETIF_HOSTNAME */
#if LWIP_CHECKSUM_CTRL_PER_NETIF
  u16_t chksum_flags;
#endif /* LWIP_CHECKSUM_CTRL_PER_NETIF*/
  /** maximum transfer unit (in bytes) */
  u16_t mtu;
  /** number of bytes used in hwaddr */
  u8_t hwaddr_len;
  /** link level hardware address of this interface */
  u8_t hwaddr[NETIF_MAX_HWADDR_LEN];
  /** flags (@see @ref netif_flags) */
  u8_t flags;
  /** descriptive abbreviation */
  char name[2];
  /** number of this interface */
  u8_t num;
#if MIB2_STATS
  /** link type (from "snmp_ifType" enum from snmp_mib2.h) */
  u8_t link_type;
  /** (estimate) link speed */
  u32_t link_speed;
  /** timestamp at last change made (up/down) */
  u32_t ts;
  /** counters */
  struct stats_mib2_netif_ctrs mib2_counters;
#endif /* MIB2_STATS */
#if LWIP_IPV4 && LWIP_IGMP
  /** This function could be called to add or delete an entry in the multicast
      filter table of the ethernet MAC.*/
  netif_igmp_mac_filter_fn igmp_mac_filter;
#endif /* LWIP_IPV4 && LWIP_IGMP */
#if LWIP_IPV6 && LWIP_IPV6_MLD
  /** This function could be called to add or delete an entry in the IPv6 multicast
      filter table of the ethernet MAC. */
  netif_mld_mac_filter_fn mld_mac_filter;
#endif /* LWIP_IPV6 && LWIP_IPV6_MLD */
#if LWIP_NETIF_HWADDRHINT
  u8_t *addr_hint;
#endif /* LWIP_NETIF_HWADDRHINT */
#if ENABLE_LOOPBACK
  /* List of packets to be queued for ourselves. */
  struct pbuf *loop_first;
  struct pbuf *loop_last;
#if LWIP_LOOPBACK_MAX_PBUFS
  u16_t loop_cnt_current;
#endif /* LWIP_LOOPBACK_MAX_PBUFS */
#endif /* ENABLE_LOOPBACK */
};
網絡基礎 網絡程式設計 LWIP /label/lzm
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