LWIP協(xié)議棧的分析和設(shè)計(jì)

《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與控制》論文《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與控制》論文LwIP協(xié)議棧的分析《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與控制》論文《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與控制》論文LwIP協(xié)議棧的分析--#low-level"core"/"callback"or"raw"API.是一種低水平的、基于回調(diào)函數(shù)的API(后面直接稱RAWAPI),整個(gè)通信流程依靠協(xié)議棧里的回調(diào)函數(shù)來(lái)驅(qū)動(dòng)。因?yàn)榛卣{(diào)函數(shù)的調(diào)用不能超越任務(wù)邊界，這樣應(yīng)用程序和TCP/IP協(xié)議棧必須運(yùn)行在同一個(gè)任務(wù)中，而用戶不再增加其它的任務(wù)，應(yīng)用程序直接在TCP/IP任務(wù)空間運(yùn)行。因此，就要避免調(diào)用諸如掛起、等待的函數(shù)，以防止整個(gè)TCP/IP任務(wù)被掛起。RAWAPI接口函數(shù)不僅在程序代碼的執(zhí)行時(shí)間上更快，而且在運(yùn)行中它也占用更少的內(nèi)存資源。唯一的缺點(diǎn)是應(yīng)用程序的編寫比較困難，并且代碼較難理解。盡管如此，在CODE和RAM都較小的嵌入式系統(tǒng)中，這也是我們優(yōu)先考慮采用的方法。higher-level"sequential"API/LWIPAPI是一種高水平的、連續(xù)的API,LWIPAPI為我們提供了一種通用的方法，它與BSD標(biāo)準(zhǔn)的socketAPI非常相似,程序的執(zhí)行過(guò)程同樣是基于"open-read-write-close"模型的，但操作相對(duì)低級(jí)。API不需要在應(yīng)用程序和協(xié)議棧之間復(fù)制數(shù)據(jù)，因?yàn)閼?yīng)用程序可以巧妙的直接處理內(nèi)部緩沖區(qū)。(充分利用LwIP的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)其設(shè)計(jì)目標(biāo))因?yàn)锽SDSocketAPI易于理解，并且很多應(yīng)用程序?yàn)樗鴮?，所以LwIP保留一個(gè)BSDSocket兼容層是很有用的。盡管LwIP與BSDSocketAPI非常相似，但是它們之間仍然存在著值得注意的區(qū)別，使用BSDSocketAPI的應(yīng)用程序不必知道普通文件和網(wǎng)絡(luò)連接的差別，而使用LwIPAPI的應(yīng)用程序就必須知道正在使用的是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接。它不適合于應(yīng)用在比較小的嵌入式系統(tǒng)中，因?yàn)樗膶?shí)現(xiàn)要求應(yīng)用程序必須支持多線程。從本質(zhì)上講，TCP/IP協(xié)議棧的通信過(guò)程是事件驅(qū)動(dòng)的，因此‘TCP/IP的代碼和用戶應(yīng)用程序的代碼，應(yīng)該在不同的線程里面。當(dāng)然，在不同的應(yīng)用程序中，這兩種API我們可以同時(shí)采用。實(shí)際上，sequentialAPI就是一種利用RAWAPI來(lái)實(shí)現(xiàn)的一種屬于協(xié)議本體的應(yīng)用程序。BSDSocketAPIBSDSocketAPI在連續(xù)的內(nèi)存區(qū)域處理數(shù)據(jù)非常便于編寫應(yīng)用程序。因?yàn)閼?yīng)用程序內(nèi)的數(shù)據(jù)處理通常是在這樣的連續(xù)內(nèi)存區(qū)域內(nèi)進(jìn)行的。但是，對(duì)于LwIP，采用這種機(jī)制不具備任何優(yōu)勢(shì)。特別是BSDSocket需要將要發(fā)送的數(shù)據(jù)從應(yīng)用程序復(fù)制到TCP/IP協(xié)議棧的內(nèi)部緩沖區(qū)。復(fù)制數(shù)據(jù)的原因是應(yīng)用程序與TCP/IP協(xié)議棧通常駐留在不同的受保護(hù)空間。大多數(shù)情況是應(yīng)用程序是一個(gè)用戶進(jìn)程，而TCP/IP協(xié)議棧則駐留在操作系統(tǒng)內(nèi)核。通過(guò)避免額外的復(fù)制操作，API的性能可以大幅度提升。同樣，為了復(fù)制數(shù)據(jù)，系統(tǒng)還需要為此分配額外的內(nèi)存，這樣每一個(gè)信息包都需要使用雙倍的內(nèi)存。雖然LWIP提供了一些接口函數(shù)，但操作相對(duì)低級(jí)，使用起來(lái)不方便，不利用于后續(xù)開(kāi)發(fā)。由于BSDSOCKETAPI很容易理解且己經(jīng)有很多人為它寫過(guò)應(yīng)用程序，且應(yīng)用程序使用BSDSOCKETAPI時(shí)候不需要知道普通文件和網(wǎng)絡(luò)連接之間的差別，所以為了便要理解和應(yīng)用，LWI提供了基于LWIP接口函數(shù)的BSDSOCKETAPI,但沒(méi)有任何容錯(cuò)機(jī)制，沒(méi)有select()與poll()函數(shù)。以下就一些重要的SOCKETAPI函數(shù)做一介紹。(1)socket。函數(shù)用于創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)通信的套接字，并返回該套接字的整數(shù)描述符。函數(shù)原型為intsocket(intdomain,inttype,intprotocol)，其中參數(shù)domain代表協(xié)議族或地址族，對(duì)于TCP/IP為PF_INET或AF_INET；type代表服務(wù)類型，對(duì)于TCP為SOCK_STREAM(流式)，對(duì)于UDP為SOCK—DGRAM(數(shù)據(jù)報(bào))；protocol代表使用的協(xié)議號(hào)，對(duì)于TCP為IPPROTO_TCP，對(duì)于UDP為IPPROTO_UDP,傳遞0表示根據(jù)協(xié)議族和給定的服務(wù)類型選擇默認(rèn)的協(xié)議號(hào)。若socket成功返回，返回大于或等于0的有效套接字描述符，返回一1表示發(fā)生了差錯(cuò)。⑵bind()函數(shù)將BSDsocket綁定到本地(本機(jī))地址上。在調(diào)用bind()時(shí)，本地IP地址和端口號(hào)將被指定。⑶connect()允許調(diào)用者為先前創(chuàng)建的套接字指明遠(yuǎn)程端點(diǎn)的地址。如果套接字使用TCP，該函數(shù)就使用三次握手建立連接;如果套接字使用UDP,則僅指明遠(yuǎn)程端點(diǎn)，但不向它傳送任何數(shù)據(jù)報(bào)。⑷listen()使套接字處于被動(dòng)狀態(tài)(即準(zhǔn)備接受傳入的連接請(qǐng)求)。在服務(wù)器處理某個(gè)請(qǐng)求時(shí)，協(xié)議軟件應(yīng)將后續(xù)收到的請(qǐng)求排隊(duì)‘listen也設(shè)置排隊(duì)的連接請(qǐng)求的數(shù)目.listen只用于TCP套接字。⑸accept()函數(shù)被用來(lái)等待TCPsocket口上的輸入連接。在此之前，這個(gè)TCPsocket口通過(guò)調(diào)用listen()已經(jīng)被設(shè)置成監(jiān)聽(tīng)狀態(tài)，對(duì)accept()調(diào)用一直被阻塞，直到與遠(yuǎn)程主機(jī)建立連接。⑹send()數(shù)在UDP和TCP兩種連接中被用來(lái)發(fā)送數(shù)據(jù)。在調(diào)用send()前，數(shù)據(jù)接收器必須被設(shè)置成正在使用connect。，應(yīng)用程序在調(diào)用send()后可以直接修改發(fā)送的數(shù)據(jù)。sendto()調(diào)用函數(shù)與send()調(diào)用函數(shù)類似，但是在參數(shù)調(diào)用中他們?cè)试S應(yīng)用程序指定數(shù)據(jù)接收器。sendto()僅能在UDP連接中使用，實(shí)現(xiàn)這功能要使用netconnconnect()來(lái)設(shè)置數(shù)據(jù)包接收器。如果以前socket口被連接，必須重設(shè)遠(yuǎn)程IP地址和端口號(hào)。⑻write()調(diào)用函數(shù)通過(guò)連接來(lái)發(fā)送數(shù)據(jù)并且能在UDP和TCP連接中使用。參考文獻(xiàn)W.RichardStevens著.TCP/IP詳解卷1:協(xié)議.范建華等譯.機(jī)械工業(yè)出版社.2000GaryR.Wright，W.RichardStevens著.TCP/IP詳解卷2：實(shí)現(xiàn)..陸雪瑩等譯.機(jī)械工業(yè)出版社.2000W.RichardStevens著.TCP/IP詳解卷三:TCP事務(wù)協(xié)議,HTTP,NNTP和UNIX域協(xié)議.胡谷雨，昊禮發(fā)等譯.機(jī)械工業(yè)出版社.2000JanAxelson.編著.嵌入式Ethernet和internet通信設(shè)計(jì)技術(shù).駱麗，張?jiān)缽?qiáng)，歐小龍譯.北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2006.1焦海波，劉健康.編著.嵌入式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)—基于AtmelARM7,北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2008.4AdamDunkels.DesignandImplementationofthelwIPTCP/IPStack,Feb20,2001⑹Jea.Labrosse.編著.嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)uC/OS-II(第二版).邵貝貝等譯.北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2003.5⑺DouglassE.Comer,DavidL.Stevens著.用TCP/IP進(jìn)行網(wǎng)際互連第二卷一設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)與內(nèi)核:ANSIC版(第三版).張娟王海等譯北京：電子工業(yè)出版社,2008.10BSDSocketsInterfaceProgrammer'sGuideEdition6.HPCompanyGuidoMoritz,SteffenPruter,WebservicesonDeeplyEmbeddedDeviceswithReal-TimeProcessingProconETFA'08.IEEE邱書(shū)波，陳偉，基于ARM的輕量級(jí)TCP/IP協(xié)議棧的研究及移植計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件，2009.8王海波，基