LWIP之TCP层发送相关

2009-5-11 LWIP 之TCP 层发送相关

 

       现在我们正式开始进入对 TCP 的研究，它属于传输层协议，它为应用程序提供了可靠的字节流服务。在 LWIP 中基本的 TCP 处理过程被分割为六个功能函数的实现： tcp_input(), tcp_process(), tcp_receive() 【与 TCP 输入有关】 , tcp_write(), tcp_enqueue(), tcp_output() 【用于 TCP 输出】。这些是从大的方面来划分的。

 

       现在先从小部 tcp.c 文件来分析一下：我们知道这里的函数都是被 socket 那一层的最终调用的。为了利于分析，我选择 lwip_send 函数来分析，具体不多说，最终调用到了

static err_t do_writemore(struct netconn *conn) 这个函数，当然这期间也做了不少工作，最主要的就是把发送数据的指针放到了 msg 的指定变量中

msg.msg.msg.w.dataptr = dataptr;// 指针

msg.msg.msg.w.len = size;      // 长度

这些又经过转化放到了 netconn 的 write_msg 中

最后就是对 do_writemore 的调用了，下面详细分析这个函数。

 

       这个函数的最直接调用有以下几个：

available = tcp_sndbuf(conn->pcb.tcp);

err = tcp_write(conn->pcb.tcp, dataptr, len, conn->write_msg->msg.w.apiflags);

err = tcp_output_nagle(conn->pcb.tcp);

err = tcp_output(conn->pcb.tcp);

 

好，先看 tcp_sndbuf 这个。从其参数，我们应该想像 pcb 的重要性。

#define          tcp_sndbuf(pcb)   ((pcb)->snd_buf) // 由下面分析得这里直接返回 buf 大小

那就继续跟踪这个 pcb 好了。是的，这还得从 lwip_socket 开始，在创建连接 netconn 的时候调用了 do_newconn ，它接着调用了 pcb_new ，在这个函数中如果是 tcp 的话有以下代码

msg->conn->pcb.tcp = tcp_new();

哈哈，还记得吧，在前面我讨论到了这里，就没有再讨论了。嗯，现在开始吧。

* Creates a new TCP protocol control block but doesn't place it on

* any of the TCP PCB lists.

* The pcb is not put on any list until binding using tcp_bind().

struct tcp_pcb * tcp_new(void)

{

  return tcp_alloc(TCP_PRIO_NORMAL);

}

也许注释的意义更大一些吧，哈哈，至此，我们从注释可以知道， tcp_bind 的作用是把 tcp 的 pcb 放入 list 中，至少是某一个 list

××××××××××××××××××××××××××××××××××××××× 既然都提到了，似乎不说说有点过意不去啊。 Lwid_bind 函数最终会调用到 tcp_bind 【当然是 tcp 为例进行分析】。这个函数也比较有意思，在进入正题之前先来了下面这么个调用

if (port == 0)

{

    port = tcp_new_port();

}

意思很明显，就是分配个新的端口号，有意思的就是这个端口号的分配函数 tcp_new_port

static u16_t

tcp_new_port(void)

{

  struct tcp_pcb *pcb;

#ifndef TCP_LOCAL_PORT_RANGE_START

#define TCP_LOCAL_PORT_RANGE_START 4096

#define TCP_LOCAL_PORT_RANGE_END   0x7fff

#endif

  static u16_t port = TCP_LOCAL_PORT_RANGE_START;

 

 again:

  if (++port > TCP_LOCAL_PORT_RANGE_END) {

    port = TCP_LOCAL_PORT_RANGE_START;

  }

 

  for(pcb = tcp_active_pcbs; pcb != NULL; pcb = pcb->next) {

    if (pcb->local_port == port) {

      goto again;

    }

  }

  for(pcb = tcp_tw_pcbs; pcb != NULL; pcb = pcb->next) {

    if (pcb->local_port == port) {

      goto again;

    }

  }

  for(pcb = (struct tcp_pcb *)tcp_listen_pcbs.pcbs; pcb != NULL; pcb = pcb->next) {

    if (pcb->local_port == port) {

      goto again;

    }

  }

  return port;

} 分别检查了 3 个 pcb 链表，本来我不想把这个函数的实现列在这里的，但是这里告诉了我们一些东西，至少我们知道有 3 个 pcb 的链表，分别是 tcp_active_pcbs 【处于接受发送数据状态的 pcbs 】、 tcp_tw_pcbs 【处于时间等待状态的 pcbs 】、 tcp_listen_pcbs 【处于监听状态的 pcbs 】。

似乎 tcp_bind 函数更有意思，它分别检查了 4 个 pcbs 链表，除了上面的三个还有一个 tcp_bound_pcbs 【处于已经绑定但还没有连接或者监听 pcbs 】。作用是是否有与目前 pcb 的 ipaddr 相同的 pcb 存在。不过这些都不是最重要的， TCP_REG(&tcp_bound_pcbs, pcb); 才是我们的目的，果然如此，直接加入到了 tcp_bound_pcbs 链表中了。

×××××××××××××××××××××××××××××××××××××××

struct tcp_pcb * tcp_alloc(u8_t prio) // 是的，你没看错，这个参数是学名是叫优先级

{

       pcb = memp_malloc(MEMP_TCP_PCB);

if (pcb != NULL)

{

           memset(pcb, 0, sizeof(struct tcp_pcb));

           pcb->prio = TCP_PRIO_NORMAL;

           pcb->snd_buf = TCP_SND_BUF; // 对的，别的可以先不管，这就是我们要找的东西

           pcb->snd_queuelen = 0;

           pcb->rcv_wnd = TCP_WND;

           pcb->rcv_ann_wnd = TCP_WND;

           pcb->tos = 0;

           pcb->ttl = TCP_TTL;

           /* The send MSS is updated when an MSS option is received. */

           pcb->mss = (TCP_MSS > 536) ? 536 : TCP_MSS;

           pcb->rto = 3000 / TCP_SLOW_INTERVAL;

           pcb->sa = 0;

           pcb->sv = 3000 / TCP_SLOW_INTERVAL;

           pcb->rtime = -1;

           pcb->cwnd = 1;

           iss = tcp_next_iss();

           pcb->snd_wl2 = iss;

           pcb->snd_nxt = iss;

           pcb->snd_max = iss;

           pcb->lastack = iss;

           pcb->snd_lbb = iss;  

           pcb->tmr = tcp_ticks;

      

            pcb->polltmr = 0;

 

#if LWIP_CALLBACK_API

           pcb->recv = tcp_recv_null;

#endif /* LWIP_CALLBACK_API */ 

   

           /* Init KEEPALIVE timer */

           pcb->keep_idle  = TCP_KEEPIDLE_DEFAULT;

   

#if LWIP_TCP_KEEPALIVE

           pcb->keep_intvl = TCP_KEEPINTVL_DEFAULT;

           pcb->keep_cnt   = TCP_KEEPCNT_DEFAULT;

#endif /* LWIP_TCP_KEEPALIVE */

 

           pcb->keep_cnt_sent = 0;

      }

      return pcb;

} 就是一个 tcp_pcb 的结构体初始化过程，使用默认值填充该结构

 

       好了，下面接着走，该轮到 tcp_writ e 了吧

* Write data for sending (but does not send it immediately).

 * It waits in the expectation of more data being sent soon (as

 * it can send them more efficiently by combining them together).

 * To prompt the system to send data now, call tcp_output() after

 * calling tcp_write().

【 src\core\tcp_out.c 】

err_t tcp_write(struct tcp_pcb *pcb, const void *data, u16_t len, u8_t apiflags)

{

  /* connection is in valid state for data transmission? */

  if (pcb->state == ESTABLISHED ||

     pcb->state == CLOSE_WAIT ||

     pcb->state == SYN_SENT ||

     pcb->state == SYN_RCVD)

{

if (len > 0)

{

      return tcp_enqueue(pcb, (void *)data, len, 0, apiflags, NULL, 0);

    }

    return ERR_OK;

  }

else

{

    return ERR_CONN;

  }

}

这个函数确实够简单的了，检查 pcb 状态，直接入队列。嗯，还是觉得看注释比看函数实现过瘾。

       下面的这个 tcp_enqueue 才是个大头函数， lwip 协议栈的设计与实现文档中是这么介绍的：应用层调用 tcp_write （）函数以实现发送数据，接着 tcp_write （）函数再将控制权交给 tcp_enqueue （），这个函数会在必要时将数据分割为适当大小的 TCP 段，然后再把这些 TCP 段放到所属连接的传输队列中【 pcb->unsent 】。函数的注释是这样写的：

* Enqueue either data or TCP options (but not both) for tranmission

 * Called by tcp_connect(), tcp_listen_input(), tcp_send_ctrl() and tcp_write().

 

       咱们接着上面往下看， tcp_output_nagle 这个函数实际上是个宏，通过预判断以决定是否调用 tcp_output 。也就是说最后的执行是 tcp_output 来实现的。这个函数或许比 tcp_enqueue 还要恐怖，从体积上来看。这里也只做一个简单介绍，具体请参阅 tcp_out.c 文档。该函数的注释是这么说的： Find out what we can send and send it 。文档是这么解释的： tcp_output 函数会检查现在是不是能够发送数据，也就是判断接收器窗口是否拥有足够大的空间，阻塞窗口是否也足够大，如果条件满足，它先填充未被 tcp_enqueue 函数填充的 tcp 报头字段，接着就使用 ip_route 或者 ip_output_if 函数发送数据。