LWIP初体验

从本文开始来学习一下lwip这款协议栈，主要参考资料为朱升林的《嵌入式网络那些事儿》

  LwIP是TCP/IP协议中一种独立、简单的实现，其设计目的在于：在保证嵌入式产品拥有完整TCP/IP功能的同时，又能保证协议栈对处理器资源的有嫌消耗，其运行一般仅需要几十kB的RAM和40kb的ROM。LwIP有很多版本，我们使用的是1.4.1版本。

源代码结构

源代码src包括下面几个文件夹：

api：包含了sequential API和socket api两类接口函数及实现相关的代码，需要操作系统的支持

core：lwip的内核源码，可以在裸机上运行，不用操作系统

include：协议栈的头文件

netif：与底层网络接口相关的文件

再来详细看看每个文件夹下的内容，netif文件夹下：

ppp文件夹：包含了ppp协议实现的源代码

etharp.c：ARP协议实现的相关函数

ethnetif.c：文件包含了与以太网密切相关的初始化、发送、接收函数的实现。lwip裸机的移植基本上都在这个文件中实现。

slipif.c：串行链路IP

core文件夹是协议栈的重点，包含了多个核心协议以及上层应用协议

ipv4文件夹：IPv4标准中与IP层数据包处理相关的代码。

ipv6文件夹：IPv6标准中与IP层数据包处理相关的代码。

snmp：与snmp协议实现相关的代码文件

def.c：包含了IP层使用到的一些功能函数的定义，例如IP地址的转换、网络字节序与主机字节序转换等。

dhcp.c：实现DHCP客户端的代码。

dns.c：DNS客户端的代码

init.c：包含了一个与LWIP协议栈初始化密切相关的函数

mem.c:协议栈内存堆管理函数的实现。

memp.c：包含了协议栈内存池管理函数的实现。

LWIP使用上述两种特有的内存管理方式来实现协议栈内存的有效管理。

netif.c：包含了协议栈网络接口管理的相关函数，协议栈支持多个网络接口，例如前面所说的以太网接口。SLIP接口。有几个接口，就需要几个netif的数据结构来进行描述。有的硬件可以带多个以太网接口，我们就需要创建多个netif接口来描述。

pbuf.c:包含了协议栈内核使用的数据包管理函数，采用特殊的数据包pbuf结构，可以避免数据在各个层次之间递交时的拷贝，这既提高了数据递交效率，也节省了内存空间。

raw.c：为应用层提供了一种直接和IP数据包交互的方式。类似于socket编程中原始套接字的概念。

status：包含了协议栈内部数据统计与显示的相关函数，如内存使用情况、邮箱、信号量等信息。

tcp.c：包含了对TCP控制块操作的函数，也包括了TCP定时处理函数

tcp_in.c:包含TCP协议中数据接收、处理相关函数，最重要的TCP状态机函数也在这个文件当中。

tcp_out.c：TCP协议中数据发送相关函数

udp.c：UDP协议的相关函数。

sys.c：文件实现一个简单的函数sys_sleep，该函数主要在PPP中使用，只有在有操作系统的情况下才会使用该文件。

timer.c：统一完成了对内核各个协议定时事件处理函数的封装，同时对各个注册的定时事件进行处理。有无操作系统会采用不同的机制。

再来看看ipv4文件夹下的文件，

autoip.c：ip地址自动配置相关的函数，若主机从DHCP服务器处获取IP地址失败，则主机可以选择启动AUTOIP功能来配置自身的IP地址。

icmp.c：包含了ICMP协议实现的相关函数，ICMP协议为IP数据包传递过程中的差错报文、差错纠正以及目的地址可达性测试提供了支持。常见的ping命令就属于ICMP应用的一种

igmp.c:包含了网络组管理协议IGMP的实现，IGMP为网络中的多播数据传输提供了支持。

inet_chksum.c：文件包含了同IP数据校验相关的函数

ip.c:包含了ipv4协议实现的相关函数，如数据包的接收、递交、发送等等。

ip_addr.c：实现几个比较简单的IP地址处理函数，如IP地址是否为广播地址，以及32位IP地址与点分十进制间的转换函数。

ip_frag.c：提供了IP层数据包分片与重组相关的函数。

再来看看api文件夹下的内容：在raw.c中提供给用户一种和内核直接交互编程的方式，除此之外呢，还提供了两种上层API接口，一种叫sequential API，另一种是更常见的socket编程。这两种编程都需要操作系统的支持，所以都需要先完成将协议栈移植到操作系统上。

api_lib.c:预留给用户的编程接口

api_msg.c:API消息的封装与处理函数

netbuf.c:上层数据包管理函数的实现

netdb.c:与主机名字转换相关的函数，主要在socket中被使用

netifapi.c：包含了上层网络接口管理函数的实现

socket.c:包含了socket API函数的实现

tcpip.c:提供了上层API与协议栈内核交互的函数

include文件夹下：

最重要的是opt.h，它包含了所有lwip内核参数的默认配置项；

init.h:包含了与当前lwip源代码信息相关的宏定义。