LWIP UDP 协议分析

1万 · 2016-11-21 18:14

一、udp.c实现的函数

1、void udp_input(struct pbuf *p, struct netif *inp)

说明：处理接收到的udp数据包。

参数：p数据包缓存区；inp网络接口。

2、err_t udp_send（struct udp_pcb *pcb, struct pbuf *p)

说明：发送udp包。这个函数直接调用udp_sendto()函数。

参数：pcb协议控制块；p数据包发送缓存区。

返回：ERR_OK发送成功；ERR_MEM发送溢出；ERR_RTE不能发送到指定ip；其它表示发送失败。

3、err_t udp_sendto(struct udp_pcb *pcb, struct pbuf *p,
struct ip_addr *dst_ip, u16_t dst_port)

说明：发送udp包到指定ip地址。

参数：pcb协议控制块；p数据包发送缓存区；dst_ip目的ip地址；dst_port目的端口号。

4、err_t udp_sendto_if(struct udp_pcb *pcb, struct pbuf *p,
struct ip_addr *dst_ip, u16_t dst_port, struct netif *netif)

说明：按照指定的网络接口和ip地址发送udp包。

参数：pcb协议控制块；p数据包发送缓存区；dest_ip目的ip地址；dst_port目的端口号，netif网络接口。

5、err_t udp_bind(struct udp_pcb *pcb, struct ip_addr *ipaddr, u16_t port)

说明：在协议控制块中绑定本地ip地址和本地端口号

参数：pcb协议控制块；ipaddr本地ip地址；port本地端口号。

返回：ERR_OK成功；ERR_USE已经被占用。

6、err_t udp_connect(struct udp_pcb *pcb, struct ip_addr *ipaddr, u16_t port)

说明：与远端udp主机建立连接。

参数：pcb所需连接的协议控制块；ipaddr远端ip地址；port远端端口号。

7、void udp_disconnect(struct udp_pcb *pcb)

说明：断开指定连接。

参数：pcb所需断开连接的协议控制块。

8、void udp_recv(struct udp_pcb *pcb,
               void (* recv)(void *arg, struct udp_pcb *upcb, struct pbuf *p,
                           struct ip_addr *addr, u16_t port),
               void *rev_arg)

说明：设置接收到数据包时调用的回调函数及其参数。

参数：pcb协议控制块；recv回调函数名（地址）；rev_arg回调函数参数。

这个函数直接修改pcb->recv和pcb->recv_arg的值。

9、void udp_remove(struct udp_pcb *pcb)

说明：删除指定udp协议控制块，从协议控制链表中删除并释放内存资源。

参数：pcb所要删除的协议控制块。

10、struct udp_pcb * udp_new(void)

说明：创建udp协议控制块，并不分配资源。

返回：协议控制块指针，指向NULL。

1万 · 2016-11-21 18:16

- UDP functions

err_t udp_bind(struct udp_pcb *pcb, struct ip_addr *ipaddr, u16_t port)
函数遍历整个UDP PCB链表，以排除在没有设置REUSE_ADDR或者REUSE_PORT标志的情况下绑定到一个以相同port绑定的pcb或者以相同port及ip绑定的pcb。如果需要绑定的port无效，则分配最小可用port。如果该pcb未在原来PCB链表中，则加入链表。具体流程参看流程图。
err_t udp_connect(struct udp_pcb *pcb, struct ip_addr *ipaddr, u16_t port)
连接到远程端口。如果还未分配本地port，则分配一个空闲port。然后将一下两种地址绑定类型进行转换：
a. *.local_port foreign_ip.foreign_port: 调用ip_router确定本地ip。
b. *.* *.foreign_port: 转换为 *.local_port *.foreign_port

err_t udp_sendto(struct udp_pcb *pcb, struct pbuf *p,
struct ip_addr *dst_ip, u16_t dst_port)
该函数借用当前的pcb调用udp_send发送UDP包，完成后，回复原来pcb内容。

err_t udp_send(struct udp_pcb *pcb, struct pbuf *p)
如果pcb未绑定，则调用udp_bind获取一个可用的port绑定之。然后构造UDP包，查找能够到达remote_ip的router接口，如果有必要，将该接口的本地ip作为UDP的src ip。如果UDP需要校验和，则调用inet_chksum_pseudo函数，计算校验和。最后调用ip_output_if将UDP包传送到下层IP层发送。

1万 · 2016-11-21 18:17

void udp_input(struct pbuf *p, struct netif *inp)
该函数接受来自ip层的UDP包。将所有PCB都遍历，如果有多个绑定，则给每一个进程复制一份数据报，实际调用pcb->recv()。
其中的数据报的地址绑定匹配优先级和协议上的略有区别：
Local                         Foreign
local_ip(*).local_port  foreign_ip(*).foreign_port
local_ip(*).local_port  *.*

1万 · 2016-11-21 23:29

struct udp_pcb {
/* Common members of all PCB types */
  IP_PCB;
/* Protocol specific PCB members */
  struct udp_pcb *next;
  u8_t flags;
  u16_t local_port, remote_port;

  u16_t chksum_len;

  void (* recv)(void *arg, struct udp_pcb *pcb, struct pbuf *p,
struct ip_addr *addr, u16_t port);
  void *recv_arg;
};

ip_input()--->
udp_input()--->
pcb->recv(pcb->recv_arg, pcb, p, &(iphdr->src), src); //回调

void
udp_recv(struct udp_pcb *pcb,
void (* recv)(void *arg, struct udp_pcb *upcb, struct pbuf *p,
         struct ip_addr *addr, u16_t port),
void *recv_arg)
{
  /* remember recv() callback and user data */
  pcb->recv = recv;
  pcb->recv_arg = recv_arg;
}

UDP例子(9000端口----9000端口)

void test_recv(void *arg, struct udp_pcb *pcb, struct pbuf *p, struct ip_addr *addr, u16_t port)
{
struct pbuf a;
a = *p;
pcb = pcb;
udp_sendto(pcb,&a,addr,port);
pbuf_free(p);
}

struct udp_pcb *test_udp;

test_udp = udp_new();
udp_bind(test_udp,&ipaddr,9000);
udp_connect(test_udp,IP_ADDR_ANY,9000);
udp_recv(test_udp, test_recv, ðif);

u16_t pbuf_copy_partial(struct pbuf *buf, void *dataptr, u16_t len, u16_t offset)  ---重要函数可用于将UDP接收的数据取出放在自己的定义的数组中
  将pbuf中偏移offset开始的len长度内容拷贝到dataptr指向的存储区中

/* ---------- Pbuf options ---------- */
/* PBUF_POOL_SIZE: the number of buffers in the pbuf pool. */
#define PBUF_POOL_SIZE       30
/* PBUF_POOL_BUFSIZE: the size of each pbuf in the pbuf pool. */
#define PBUF_POOL_BUFSIZE    500

例如一个UDP接收默认采用PBUF_POOL固定容量，每个链表长度500字节，链表长度30个

关于LWIP---UDP
lwip是一个轻量级的TCP/IP协议栈（Lightweight TCP/IP Stack）实现，最初是瑞士计算机科学学院Adam Dunkels编写的一个应用于无操作系统的嵌入式系统中的TCP/IP协议栈，后来作为一个开源（open source）项目，由一个全球性的团队进行开发和维护。
已实现的部分有：
1. 标准的TCP/IP协议栈实现，包括TCP、UDP、ICMP、IP、ARP、DHCP；
ICMP（Internet control message protocol）：网络维护和调试。
UDP（User datagram protocol）
DHCP（Dynamic host configuration protocol）
ARP（Address resolution protocol）

2.非标准Socket接口，lwip提供了一套Socket API，这套API的标准与正常操作系统下的Socket API的形式不是很一致，我们先前已经在这套API上实现了Web Server，已测试在没有Mobile IP环境下工作正常。
下面我们就一个lwip典型的UDP协议工作过程作为对lwip的简单介绍。

UDP发送过程：
1．应用层：绑定UDP套接字
我们必须先创建一个UDP套接字，通过调用udp_new()进行申请，然后调用udp_bind()绑定在UDP端口上，在这个调用过程中，我们必须编写一个用于处理这个UDP套接字接收到的数据报文的函数，并把这个函数作为udp_bind()的参数，以后当套接字接收到数据报文时会自动调用这个函数，我们将在后面介绍这个函数怎么调用的。绑定结束之后，必须调用udp_connect()将数据报文的目的地址绑定在UDP的数据结构中，最后就是调用udp_send()把数据报文发送出去。
udp_bind()的处理流程图

2．传输层的处理
做好应用层的处理之后，数据报文被提交到UDP层，udp_send()函数中首先给数据报文加入UDP头部，然后调用ip_route()选择一个合适的网络接口进行发送，最后调用ip_output()把数据报文传入IP层。
3．IP层的处理
ip_route()函数比较各个网络接口的IP地址是否与目的IP地址在同一子网中，如果有，就把它当成发送的网络接口返回，如果没有就返回一个默认的网络接口。
在ip_output()函数中，先给数据报文加上IP头部，然后比较目的IP地址与网络接口的IP地址是否在同一网段，如果不是，就必须先把数据报文发送到网关，于是使用网关的IP地址作为目的主机，如果目的IP地址与网络接口的IP地址在同一网段，则把目的IP地址作为目的主机。接着调用arp_lookup()在ARP缓存中查找目的主机的MAC地址，找到了调用ethernet_output()把数据报文传入到数据链路层发送，如果找不到，就调用arp_query()发送ARP请求解析目的主机的MAC地址。
4．ARP协议的处理
arp_lookup()实现在本地ARP缓存中查找目的主机的MAC地址，找到了返回该MAC地址，找不到返回NULL。
arp_query()函数中构造一个ARP请求报文，然后调用ethernet_output()把该报文送到数据链路层发送。
5．数据链路层的处理
数据链路层的处理就是给数据报文添上相对的以太网头部，然后调用lowlever_output()直接把报文传送出去。

UDP接收过程：
接收过程与发送过程刚好相反，数据报文首先调用ethernet_input()函数到达数据链路层，去掉以太网头部之后如果是ARP报文传给调用arp_input()交给ARP协议处理，如果是IP报文就调用ip_input()进入IP层处理，ip_input()函数中比较数据报文的目的IP地址，如果与某个网络接口的IP地址相同，则接收这个报文，依照IP头部的协议字段，调用各自协议的输入处理函数，本例中将调用udp_input()，在udp_input()中提取数据报文的端口号，然后在已登记的套接字中查找与该端口号符合的UDP接收函数，如果没有找到相应的套接字，调用icmp_output()发送一个ICMP不可达报文，如果找到了，就调用该函数（这个函数就是我们在udp_bind()时传入的其中一个参数）。
udp_input处理流程图：

1万 · 2016-12-4 14:00

下载开发包的时候，里面貌似就提供这个第三方的东西了。

1万 · 2016-12-4 15:27

LWIP用的越来越多了，好好学习下怎么玩。

只看该作者 · 2016-12-5 16:18

用这些底层的东西可以获取更加灵活的应用体验。

1万 · 2016-12-6 18:44

最近正在学习这个东西，来看看这个资料。

只看该作者 · 2016-12-6 18:46

这个协议很适合那些有线网络的通信使用。

1万 · 2016-12-8 19:10

如果你不懂怎么联网的技术，那么将会被这个时代淘汰掉。