【lwip】lwip原始碼基礎

李柱明發表於2022-02-20

原始碼

前言

本筆記記錄 lwip 原始碼基礎內容

李柱明部落格：https://www.cnblogs.com/lizhuming/p/15487094.html

概念&作用

網路介面

概念引入

網路介面（乙太網介面）是硬體介面（網路介面又可以稱之為網路卡）。

LWIP 是軟體那麼而怎樣讓硬體和軟體無縫連線起來呢？

而且網路卡又多種多樣，怎樣才能讓 LWIP 使用同樣的軟體相容不同的硬體平臺？

LWIP 中使用了一個netif結構體來描述網路卡但是網路卡是直接和硬體平臺打交道的：

使用者提供最底層介面函式。
LWIP 提供統一的 API。
舉例：
- 收：如網路卡的初始化和網路卡的收發資料，當 LWIP 底層得到資料之後，才會傳入到核心中去處理。
- 發：LWIP 核心需要傳送資料包的時候，也需要呼叫網路卡的傳送函式。
LWIP 中的 etherneif.c 檔案的函式通常為硬體打交道的底層函式，當有資料需要通過網路卡接收或者傳送資料的時候就會被呼叫，通過 LWIP 的協議棧的內部進行處理後，從應用層就能得到資料或者可以傳送資料。

總結

簡單來說，netif 是 LWIP 抽象出來的網路卡，LWIP 協議棧可以使用多種不同介面，而 etherneif.c 檔案則提供了 netif 訪問各種不同的網路卡，每個網路卡有不同的實方式，每戶只需要修改 ethernetif.c 檔案即可。

lwip netif 結構體

連結

參考：LWIP中netif結構體的介紹

原始碼：((20210727163318-nobqihq))

欄位分析

網路卡連結串列

/** pointer to next in linked list */
  struct netif *next;

LWIP 使用連結串列來統一管理同一裝置的多個網路卡。

netif.c 檔案中定義兩個全域性指標 struct netif *netif_list 和 struct netif *netif_default

netif_list 就是網路卡連結串列指標，指向網路卡連結串列的首節點（第一個網路卡）。
netif_default 預設網路卡。

網路 IP

#if LWIP_IPV4
  /** IP address configuration in network byte order */
  ip_addr_t ip_addr;
  ip_addr_t netmask;
  ip_addr_t gw;
#endif /* LWIP_IPV4 */

ip_addr：網路中的 IP 地址。

netmask：子網掩碼。

gw：閘道器地址。

接收資料函式

/** This function is called by the network device driver
   *  to pass a packet up the TCP/IP stack. */
  netif_input_fn input;

該函式由網路裝置驅動程式呼叫，將資料包傳遞到 TCP/IP 協議棧（IP 層），這通常是 ethernet_input(),引數為 pbuf 和 netif 型別，其中 pbuf 為接收到的資料包。

傳送資料函式

#if LWIP_IPV4
  /** 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.
   *  For ethernet physical layer, this is usually etharp_output() */
  netif_output_fn output;
#endif /* LWIP_IPV4 */

函式由 IP 層呼叫，在介面上傳送資料包。使用者需要編寫該函式並使 output 指向它。

通這個函式的處理步驟是首先解析硬體地址，然後傳送資料包。

對於乙太網物理層，該函式通常是 etharp_output(),引數是 pbuf,netif，和 ip_addr 型別。

注意：其中 ipaddr 代表要將資料包傳送到的地址，但不一定資料包最終到達的 ip 地址。比如要傳送 ip 資料包到一個並不在本網路的主機上，該資料包要被髮送到一個路由器上，這裡的 ipaddr 就是路由器的 ip 地址。

ARP 模組呼叫的傳送函式

/** This function is called by ethernet_output() when it wants
   *  to send a packet on the interface. This function outputs
   *  the pbuf as-is on the link medium. */
  netif_linkoutput_fn linkoutput;

該函式和 output 類似，也需要使用者自己實現一個函式，但是隻有兩個引數，它是由 ARP 模組呼叫的，一般是自定義函式 low_level_output()。

當需要在網路卡上傳送一個資料包時，該函式會被 ethernet_output() 函式呼叫。

出口回撥函式

#if LWIP_NETIF_REMOVE_CALLBACK
  /** This function is called when the netif has been removed */
  netif_status_callback_fn remove_callback;
#endif /* LWIP_NETIF_REMOVE_CALLBACK */

當 netif 被刪除時呼叫此函式。

使用者私有資料

/** This field can be set by the device driver and could point
   *  to state information for the device. */
  void *state;
#ifdef netif_get_client_data
  void* client_data[LWIP_NETIF_CLIENT_DATA_INDEX_MAX + LWIP_NUM_NETIF_CLIENT_DATA];
#endif
#if LWIP_IPV6_AUTOCONFIG
  /** is this netif enabled for IPv6 autoconfiguration */
  u8_t ip6_autoconfig_enabled;
#endif /* LWIP_IPV6_AUTOCONFIG */
#if LWIP_IPV6_SEND_ROUTER_SOLICIT
  /** Number of Router Solicitation messages that remain to be sent. */
  u8_t rs_count;
#endif /* LWIP_IPV6_SEND_ROUTER_SOLICIT */
#if LWIP_NETIF_HOSTNAME
  /* the hostname for this netif, NULL is a valid value */
  const char*  hostname;
#endif /* LWIP_NETIF_HOSTNAME */
#if LWIP_CHECKSUM_CTRL_PER_NETIF
  u16_t chksum_flags;
#endif /* LWIP_CHECKSUM_CTRL_PER_NETIF*/

由裝置驅動程式設定並指向裝置的狀態資訊，主要將網路卡的某些私有資料傳遞給上層。

最大傳輸單位

/** maximum transfer unit (in bytes) */
  u16_t mtu;

鏈路硬體地址長度&地址

/** number of bytes used in hwaddr */
  u8_t hwaddr_len;
  /** link level hardware address of this interface */
  u8_t hwaddr[NETIF_MAX_HWADDR_LEN];

網路卡資訊狀態標誌

/** flags (@see @ref netif_flags) */
  u8_t flags;

網路卡狀態資訊標誌位，是很重要的控制欄位，它包括網路卡的功能使能，廣播使能，ARP 使能等重要控制位。

網路卡名字

/** descriptive abbreviation */
  char name[2];

用於儲存每一個網路卡的名字，用兩個字元的名字來標識。

網路卡使用的裝置驅動的種類，名字由裝置驅動來設定並且應該反映通過網路卡表示的硬體的種類。

如果兩個網路卡具有相同的網路名字，我們就用 num 欄位來區分相同類別的不同網路卡。

網路卡標識

/** number of this interface */
  u8_t num;

標識使用同種驅動型別的不同網路卡。

netif 使用

簡要步驟：

定義一個 netif 作為網路卡裝置結構體。
掛載到 netif_list 連結串列中。
1. 使用函式：netif_add();
2. 建議參考該函式原始碼。

原始碼

struct netif

/** 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 */
struct netif {
  /** pointer to next in linked list */
  struct netif *next;

#if LWIP_IPV4
  /** IP address configuration in network byte order */
  ip_addr_t ip_addr;
  ip_addr_t netmask;
  ip_addr_t gw;
#endif /* LWIP_IPV4 */
#if LWIP_IPV6
  /** Array of IPv6 addresses for this netif. */
  ip_addr_t ip6_addr[LWIP_IPV6_NUM_ADDRESSES];
  /** The state of each IPv6 address (Tentative, Preferred, etc).
   * @see ip6_addr.h */
  u8_t ip6_addr_state[LWIP_IPV6_NUM_ADDRESSES];
#endif /* LWIP_IPV6 */
  /** This function is called by the network device driver
   *  to pass a packet up the TCP/IP stack. */
  netif_input_fn input;
#if LWIP_IPV4
  /** 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.
   *  For ethernet physical layer, this is usually etharp_output() */
  netif_output_fn output;
#endif /* LWIP_IPV4 */
  /** This function is called by ethernet_output() when it wants
   *  to send a packet on the interface. This function outputs
   *  the pbuf as-is on the link medium. */
  netif_linkoutput_fn linkoutput;
#if LWIP_IPV6
  /** This function is called by the IPv6 module when it wants
   *  to send a packet on the interface. This function typically
   *  first resolves the hardware address, then sends the packet.
   *  For ethernet physical layer, this is usually ethip6_output() */
  netif_output_ip6_fn output_ip6;
#endif /* LWIP_IPV6 */
#if LWIP_NETIF_STATUS_CALLBACK
  /** This function is called when the netif state is set to up or down
   */
  netif_status_callback_fn status_callback;
#endif /* LWIP_NETIF_STATUS_CALLBACK */
#if LWIP_NETIF_LINK_CALLBACK
  /** This function is called when the netif link is set to up or down
   */
  netif_status_callback_fn link_callback;
#endif /* LWIP_NETIF_LINK_CALLBACK */
#if LWIP_NETIF_REMOVE_CALLBACK
  /** This function is called when the netif has been removed */
  netif_status_callback_fn remove_callback;
#endif /* LWIP_NETIF_REMOVE_CALLBACK */
  /** This field can be set by the device driver and could point
   *  to state information for the device. */
  void *state;
#ifdef netif_get_client_data
  void* client_data[LWIP_NETIF_CLIENT_DATA_INDEX_MAX + LWIP_NUM_NETIF_CLIENT_DATA];
#endif
#if LWIP_IPV6_AUTOCONFIG
  /** is this netif enabled for IPv6 autoconfiguration */
  u8_t ip6_autoconfig_enabled;
#endif /* LWIP_IPV6_AUTOCONFIG */
#if LWIP_IPV6_SEND_ROUTER_SOLICIT
  /** Number of Router Solicitation messages that remain to be sent. */
  u8_t rs_count;
#endif /* LWIP_IPV6_SEND_ROUTER_SOLICIT */
#if LWIP_NETIF_HOSTNAME
  /* the hostname for this netif, NULL is a valid value */
  const char*  hostname;
#endif /* LWIP_NETIF_HOSTNAME */
#if LWIP_CHECKSUM_CTRL_PER_NETIF
  u16_t chksum_flags;
#endif /* LWIP_CHECKSUM_CTRL_PER_NETIF*/
  /** maximum transfer unit (in bytes) */
  u16_t mtu;
  /** number of bytes used in hwaddr */
  u8_t hwaddr_len;
  /** link level hardware address of this interface */
  u8_t hwaddr[NETIF_MAX_HWADDR_LEN];
  /** flags (@see @ref netif_flags) */
  u8_t flags;
  /** descriptive abbreviation */
  char name[2];
  /** number of this interface */
  u8_t num;
#if MIB2_STATS
  /** link type (from "snmp_ifType" enum from snmp_mib2.h) */
  u8_t link_type;
  /** (estimate) link speed */
  u32_t link_speed;
  /** timestamp at last change made (up/down) */
  u32_t ts;
  /** counters */
  struct stats_mib2_netif_ctrs mib2_counters;
#endif /* MIB2_STATS */
#if LWIP_IPV4 && LWIP_IGMP
  /** This function could be called to add or delete an entry in the multicast
      filter table of the ethernet MAC.*/
  netif_igmp_mac_filter_fn igmp_mac_filter;
#endif /* LWIP_IPV4 && LWIP_IGMP */
#if LWIP_IPV6 && LWIP_IPV6_MLD
  /** This function could be called to add or delete an entry in the IPv6 multicast
      filter table of the ethernet MAC. */
  netif_mld_mac_filter_fn mld_mac_filter;
#endif /* LWIP_IPV6 && LWIP_IPV6_MLD */
#if LWIP_NETIF_HWADDRHINT
  u8_t *addr_hint;
#endif /* LWIP_NETIF_HWADDRHINT */
#if ENABLE_LOOPBACK
  /* List of packets to be queued for ourselves. */
  struct pbuf *loop_first;
  struct pbuf *loop_last;
#if LWIP_LOOPBACK_MAX_PBUFS
  u16_t loop_cnt_current;
#endif /* LWIP_LOOPBACK_MAX_PBUFS */
#endif /* ENABLE_LOOPBACK */
};

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