2009-5-12 LWIP 之IP 层实现
 
       这一部分的实现都是在 ip.c 文件中【 src\cor\ipv4 】，可以看到在这个文件中主要实现了 3 个函数， ip_input ； ip_route ； ip_output 以及 ip_output_if 。下面分别来介绍它们。
 
       这些函数可以分成两大类：接收和发送。下面就先从发送开始，首先要说的就是 ip_output 函数，这个也是发送过程中最重要的一个，它是被 tcp 层调用的，详细可参见以上章节。
* Simple interface to ip_output_if. It finds the outgoing network
* interface and calls upon ip_output_if to do the actual work.
err_t  ip_output(struct pbuf *p, struct ip_addr *src, struct ip_addr *dest,
          u8_t ttl, u8_t tos, u8_t proto)
{
  struct netif *netif;
 
  if ((netif = ip_route(dest)) == NULL) {
    return ERR_RTE;
  }
 
  return ip_output_if(p, src, dest, ttl, tos, proto, netif);
}
可以看到该函数的实现就像注释所说的一样，直接调用了 ip_route 和 ip_outputif 两个函数。根据以往的经验，先看下 netif 这个结构的实现情况：
* 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// 这几个是要用驱动层填写的
struct netif
{
  /** pointer to next in linked list */
  struct netif *next;
 
  /** IP address configuration in network byte order */
  struct ip_addr ip_addr;
  struct ip_addr netmask;
  struct ip_addr gw;
 
  /** This function is called by the network device driver
   *  to pass a packet up the TCP/IP stack. */
  err_t (* input)(struct pbuf *p, struct netif *inp);
 
  /** 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. */
  err_t (* output)(struct netif *netif, struct pbuf *p, struct ip_addr *ipaddr);
 
  /** This function is called by the ARP module when it wants
   *  to send a packet on the interface. This function outputs
   *  the pbuf as-is on the link medium. */
  err_t (* linkoutput)(struct netif *netif, struct pbuf *p);
 
#if LWIP_NETIF_STATUS_CALLBACK
  /** This function is called when the netif state is set to up or down
   */
  void (* status_callback)(struct netif *netif);
#endif /* LWIP_NETIF_STATUS_CALLBACK */
 
#if LWIP_NETIF_LINK_CALLBACK
  /** This function is called when the netif link is set to up or down
   */
  void (* link_callback)(struct netif *netif);
#endif /* LWIP_NETIF_LINK_CALLBACK */
 
  /** This field can be set by the device driver and could point
   *  to state information for the device. */
  void *state;
 
#if LWIP_DHCP
  /** the DHCP client state information for this netif */
  struct dhcp *dhcp;
#endif /* LWIP_DHCP */
 
#if LWIP_AUTOIP
  /** the AutoIP client state information for this netif */
  struct autoip *autoip;
#endif
 
#if LWIP_NETIF_HOSTNAME
  /* the hostname for this netif, NULL is a valid value */
  char*  hostname;
#endif /* LWIP_NETIF_HOSTNAME */
 
  /** number of bytes used in hwaddr */
  u8_t hwaddr_len;
 
  /** link level hardware address of this interface */
  u8_t hwaddr[NETIF_MAX_HWADDR_LEN];
 
  /** maximum transfer unit (in bytes) */
  u16_t mtu;
  /** flags (see NETIF_FLAG_ above) */
  u8_t flags;
 
  /** descriptive abbreviation */
  char name[2];
 
  /** number of this interface */
  u8_t num;
 
#if LWIP_SNMP
  /** link type (from "snmp_ifType" enum from snmp.h) */
  u8_t link_type;
  /** (estimate) link speed */
  u32_t link_speed;
  /** timestamp at last change made (up/down) */
  u32_t ts;
  /** counters */
  u32_t ifinoctets;
  u32_t ifinucastpkts;
  u32_t ifinnucastpkts;
  u32_t ifindiscards;
  u32_t ifoutoctets;
  u32_t ifoutucastpkts;
  u32_t ifoutnucastpkts;
  u32_t ifoutdiscards;
#endif /* LWIP_SNMP */
 
#if LWIP_IGMP
/* This function could be called to add or delete a entry in the multicast filter table of the ethernet MAC.*/
  err_t (*igmp_mac_filter)( struct netif *netif, struct ip_addr *group, u8_t action);
#endif /* LWIP_IGMP */
 
#if LWIP_NETIF_HWADDRHINT
  u8_t *addr_hint;
#endif /* LWIP_NETIF_HWADDRHINT */
};
该结构体实现在【 src\include\lwip\netif.h 】，注意到该结构体成员中有 3 个函数指针变量。好了，这个结构体先做一大体了解。用到的时候再详细讲。
       接下来先看下 ip_route 函数的实现：
* Finds the appropriate network interface for a given IP address. It
* searches the list of network interfaces linearly. A match is found
* if the masked IP address of the network interface equals the masked
* IP address given to the function.
struct netif * ip_route(struct ip_addr *dest)
{
  struct netif *netif;
 
  /* iterate through netifs */
  for(netif = netif_list; netif != NULL; netif = netif->next) {
    /* network mask matches? */
    if (netif_is_up(netif)) {
      if (ip_addr_netcmp(dest, &(netif->ip_addr), &(netif->netmask))) {
        /* return netif on which to forward IP packet */
        return netif;
      }
    }
  }
  if ((netif_default == NULL) || (!netif_is_up(netif_default)))
{
    snmp_inc_ipoutnoroutes();
    return NULL;
  }
  /* no matching netif found, use default netif */
  return netif_default;
}
可以说这个函数的实现很简单，且作用也很容易看懂，就像其注释所说的一样。不过在这个函数中我们还是发现了一些什么，对了，就是 struct netif *netif_list; 【 src\core\netif.c 】的使用。既然这里都使用了这个网络接口链表，那它是在哪里被初始化的呢？
       好了，首先我们发现在 netif_add 函数中有对 netif_list 的调用， netif_add 是被 do_netifapi_netif_add 函数调用的，而 do_netifapi_netif_add 是在 netifapi_netif_add 中通过 netifapi_msg 被 TCPIP_NETIFAPI 调用的。问题似乎很清楚，只要找到 nnetifapi_netif_add 是被谁调用的就好了，然而，搜遍整个工程也没有发现这个函数的影子，除了一个声明一个实现外。 My god ，又进入死胡同了？ 好吧，这里先标识一下，待解【见下面的解释】
 
       我们接着看 ip_output_if 这个函数，具体函数可参考【 src\core\ipv4\ip.c 】。它的函数定义注释如下：
* Sends an IP packet on a network interface. This function constructs
 * the IP header and calculates the IP header checksum. If the source
 * IP address is NULL, the IP address of the outgoing network
 * interface is filled in as source address.
 * If the destination IP address is IP_HDRINCL, p is assumed to already
 * include an IP header and p->payload points to it instead of the data.
再看最后一句： return netif->output(netif, p, dest);
嗯，看来这个 netif 还是关键啊，如果估计不错的话，接收的时候也要用到这个结构的。那就看它在什么地方被赋值的吧。又经过一番搜索，看来在目前的代码中是找不到的了。查看 lwip 协议栈的设计与实现，特别是网络接口层的那一节，终于明白了，原来这些是要有设备驱动来参与的：【一下为引用】
当收到一个信息包时，设备驱动程序调用 input 指针指向的函数。网络接口通过 output 指针连接到设备驱动。这个指针指向设备驱动中一个向物理网络发送信息包的函数，当信息包包被发送时由 IP 层调用，这个字段由设备驱动的初始设置函数填充。
       嗯，那就这样吧，到这里我们可以说 IP 层的发送流程已经走完了。
 
       接下来就是 ip 层的接收过程了。刚才上面也有提到驱动设备收到包，丢给 netif 的 input 函数，这个 input 函数也是设备驱动层来设置的。无非有两个可能，一个是 ip_input ，另外一个就是 tcpip_input 。因为 tcpip_input 函数的处理是最终调用到了 ip_input 【在 tcpip_thread 中】。按照正常情况下应该是 ip_input 函数的，我们先来看下这个函数。
* This function is called by the network interface device driver when
 * an IP packet is received. The function does the basic checks of the
 * IP header such as packet size being at least larger than the header
 * size etc. If the packet was not destined for us, the packet is
 * forwarded (using ip_forward). The IP checksum is always checked.
原型： err_t ip_input(struct pbuf *p, struct netif *inp)
该函数大致的处理过程是：处理 ip 包头；找到对应的 netif ；检查如果是广播或多播包，则丢掉；如果是 tcp 协议的话就直接调用了 tcp_input 函数处理数据。
 
       到此， ip 层的东西大致就说完了。最后，由于 tcp 和 ip 层的东西都说完了，所以此时我们顺便看下， tcpip 的整体实现，这个主要是在 src\api\tcpip.c 文件中实现。我们知道发送过程是由 socket 直接调用的，所以这个文件中不涉及，说白了，这个文件主要是涉及到整个接收过程。这里实现的函数有 tcpip_input ，和 tcpip_thread 以及 tcpip_init 函数。
Tcpip_init 函数很简单就是创建系统线程（ sys_thread_new ） tcpip_thread 。
Tcpip_thread 函数的注释如下：
       * The main lwIP thread. This thread has exclusive access to lwIP core functions
      * (unless access to them is not locked). Other threads communicate with this
* thread using message boxes.
它的整个过程就是一直从 mbox 中取出 msg ，对各种 msg 的一个处理过程。
Tcpip_input 函数，是在 tcpip_thread 中被调用的处理设备驱动接收到的信息包，并调用
ip_input 来进一步处理。
 
整个启动过程：
main---> vlwIPInit()
void vlwIPInit( void )
{
    /* Initialize lwIP and its interface layer. */
       sys_init();
       mem_init();                                                      
       memp_init();
       pbuf_init();
       netif_init();
       ip_init();
       sys_set_state(( signed portCHAR * ) "lwIP", lwipTCP_STACK_SIZE);
       tcpip_init( NULL, NULL );   
       sys_set_default_state();
}
 
从上面我们知道，tcpip_init创建tcpip_thread
在tcpip_thread的开始有如下代码：
(void)arg;
 ip_init();
 
#if LWIP_UDP 
  udp_init();
#endif
 
#if LWIP_TCP
  tcp_init();
#endif
 
#if IP_REASSEMBLY
  sys_timeout(1000, ip_timer, NULL);
#endif
 
if (tcpip_init_done != NULL)
{
    tcpip_init_done(tcpip_init_done_arg);
 }
 
下面是tcp_init的实现
Void tcp_init(void)
{
  /* Clear globals. */
  tcp_listen_pcbs.listen_pcbs = NULL;
  tcp_active_pcbs = NULL;
  tcp_tw_pcbs = NULL;
  tcp_tmp_pcb = NULL;
 
  /* initialize timer */
  tcp_ticks = 0;
  tcp_timer = 0;
 
}