lwip各层协议栈详解

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篇一：lwip协议栈源码分析

lwip源码分析

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1lwip的结构

lwip（lightweightinternetprotocol）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：

voidtcpip_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：

staticvoidtcpip_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（netinterface）。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_tethernet_input(structpbuf*p,structnetif*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_tetharp_output(structnetif*netif,structpbuf*q,s tructip_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_tip_input(structpbuf*p,structnetif*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_tip_output(structpbuf*p,structip_addr*src,struc tip_addr*dest,u8_tttl,u8_t

tos,u8_tproto)

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：

voidudp_input(structpbuf*p,structnetif*inp)

该模块负责输出的接口如下：

err_tudp_send(structudp_pcb*pcb,structpbuf*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_tudp_bind(structudp_pcb*pcb,structip_addr*ipadd r,u16_tport)

该模块负责将一个pcb跟一个远端端口绑定的接口如下：

err_tudp_connect(structudp_pcb*pcb,structip_addr*ip addr,u16_tport)

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：

Voidicmp_input(structpbuf*p,structnetif*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：

voidigmp_input(structpbuf*p,structnetif*inp,structi

p_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_tigmp_joingroup(structip_addr*ifaddr,structip_a ddr*groupaddr)

该接口将一个网口加入一个组。

err_tigmp_leavegroup(structip_addr*ifaddr,structip_ 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_tdhcp_start(structnetif*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。

staticvoiddhcp_recv(void*arg,structudp_pcb*pcb,stru ctpbuf*p,structip_addr*addr,u16_tport)

该接口为一个注册接口，用于dhcp报文接收。在startdhcp时，该接口通过dhcp的udppcb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。

Voiddhcp_fine_tmr()

Voiddhcp_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。

2lwip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。

篇二：lwip模块详细分析

lwip模块只要包括：

（1）、配置模块；（2）、初始化模块；（3）、netif模块；（4）mem模块（5）、netarp模块

（6）ip模块（7）icmp模块（8）dhcp模块（9）tcp

模块（10）snmp模块

（1）、配置模块：通过各种宏定义的方式对系统和子系统进行配置。主要文件是opt.h

（2）、初始化模块：初始化模块入口文件tcpip.c，其

初始化入口函数

Voidtcpip_init(void(*initfunc)(void*),void*arg)；通过调用lwip_init()，初始化所有的子模块，并启动协议

栈管理进程。

staticvoidtcpip_thread(void*arg)：协议栈数据分发管理进程负责输入报文的处理，超时处理、api函数及回调

的处理。

Voidtcpip_init(void(*initfunc)(void*),void*arg)

{

tcpip_init_done=initfunc;tcpip_init_done_arg=arg;mb

ox=sys_mbox_new(tcpip_mbox_size);lwip_init();

#iflwip_tcpip_coRe_locking

lock_tcpip_core=sys_sem_new(1);

#endif/*lwip_tcpip_coRe_locking*/

sys_thread_new(tcpip_thRead_name,tcpip_thread,null, lwip_stk_size,tcpip_thRead_pRio);

}

（3）、netif模块：

netif模块是协议栈与底层驱动的接口模块。该模块的

主要文件是netif.c,通过链表的形式描述了所有的网口设