LWIP之IP层实现(转载)

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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;

}

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