1、LWIP的結構

　　lwip是瑞典計算機科學院（SICS）的Adam Dunkels 開發的一個小型開源的TCP/IP協議棧。實現的重點是在保持TCP協議主要功能的基礎上減少對RAM 的占用。

　　LWIP（Light weight internet protocol）的主要模塊包括：配置模塊、初始化模塊、NetIf模塊、mem（memp）模塊、netarp模塊、ip模塊、udp模塊、icmp 模塊、igmp模塊、dhcp模塊、tcp模塊、snmp模塊等。下面主要對我們需要關心的協議處理進行說明和梳理。

　　配置模塊：

　　配置模塊通過各種宏定義的方式對系統、子模塊進行了配置。比如，通過宏，配置了mem管理模塊的參數。該配置模塊還通過宏，配置了協議棧所支持的協議簇，通過宏定制的方式，決定了支持那些協議。主要的文件是opt.h。

　　初始化模塊：

　　初始化模塊入口的文件為tcpip.c，其初始化入口函數為： void tcpip_init（void （* initfunc）（void *）， void *arg）

　　該入口通過調用lwip_init（）函數，初始化了所有的子模塊，并啟動了協議棧管理進程。同時，該函數還帶有回調鉤子及其參數。可以在需要的地方進行調用。

　　協議棧數據分發管理進程負責了輸入報文的處理、超時處理、API函數以及回調的處理，原型如下：

　　static void tcpip_thread（void *arg）

　　NetIf模塊：

　　Netif模塊為協議棧與底層驅動的接口模塊，其將底層的一個網口設備描述成協議棧的一個接口設備（net interface）。該模塊的主要文件為netif.c。其通過鏈表的方式描述了系統中的所有網口設備。

　　Netif的數據結構描述了網口的參數，包括IP地址、MAC地址、link狀態、網口號、收發函數等等參數。一個網口設備的數據收發主要通過該結構進行。

　　Mem（memp）模塊：

　　Mem模塊同一管理了協議棧使用的內容緩沖區，并管理pbuf結構以及報文的字段處理。主要的文件包括mem.c、memp.c、pbuf.c。

　　netarp模塊：

　　netarp模塊是處理arp協議的模塊，主要源文件為etharp.c。其主要入口函數為： err_t ethernet_input（struct pbuf *p， struct netif *netif）

　　該入口函數通過判斷輸入報文p的協議類型來決定是按照arp協議進行處理還是將該報文提交到IP協議。如果報文是arp報文，該接口則調用etharp_arp_input，進行arp請求處理。

　　如果是ip報文，該接口就調用etharp_ip_input進行arp更新，并調用ip_input接口，將報文提交給ip層。

　　在該模塊中，創建了設備的地址映射arp表，并提供地址映射關系查詢接口。同時還提供了arp報文的發送接口。如下

　　err_t etharp_output（struct netif *netif， struct pbuf *q， struct ip_addr *ipaddr）

　　該接口需要注冊到netif的output字段，ip層在輸出報文時，通過該接口獲取目標機的MAC地址，組合最終報文后，由該接口調用底層設備的驅動接口發送數據。

　　在etharp_output接口中，判斷報文類型，如果是廣播包或者組播包，就調用etharp_send_ip（組裝目標mac和源mac）接口，etharp_send_ip調用netif結構中的設備驅動注冊的linkoutput鉤子函數發送最終報文。如果是單播包，etharp_output接口就調用etharp_query進行ip地址和MAC地址的映射，來獲取到目標機的MAC地址。并在etharp_query中調用etharp_send_ip來發送最終組合報文。

　　ip模塊：

　　ip模塊實現了協議的ip層處理，主要文件為ip.c。其主要入口函數為： err_t ip_input（struct pbuf *p， struct netif *inp）

　　該接口通過判斷輸入報文的協議類型，將其輸入到相應的上層協議模塊中去。比如，將udp報文送到udp_input。

　　該模塊另外一個接口是輸入函數，原型如下：

　　err_t ip_output（struct pbuf *p， struct ip_addr *src， struct ip_addr *dest， u8_t ttl， u8_t

　　tos， u8_t proto）

　　該接口通過路由表或者傳輸ip后，調用netif的output字段函數鉤子發送報文。

　　udp模塊：

　　udp模塊實現了udp協議層的協議處理，主要文件為udp.c。該模塊通過PCB控制塊將應用端口跟應用程序做了綁定。在接收到新報文時，分析其對應的PCB，找到對應的處理鉤子，進行應用的處理。主要入口函數為：

　　void udp_input（struct pbuf *p， struct netif *inp） 該模塊負責輸出的接口如下：

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

　　該模塊負責將一個PCB跟一個本地端口進行綁定的接口如下：

　　err_t udp_bind（struct udp_pcb *pcb， struct ip_addr *ipaddr， u16_t port） 該模塊負責將一個PCB跟一個遠端端口綁定的接口如下：

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

　　igmp模塊：

　　igmp模塊負責分組管理。其主要的接口函數如下：

　　void igmp_input（struct pbuf *p， struct netif *inp， struct ip_addr *dest） 該接口負責IGMP協議報文的處理，比如分析當前報文是請求還是應答。 err_t igmp_joingroup（struct ip_addr *ifaddr， struct ip_addr *groupaddr） 該接口將一個網口加入一個組。

　　err_t igmp_leavegroup（struct ip_addr *ifaddr， struct ip_addr *groupaddr） 該接口將一個網口從一個組中移出。

　　dhcp模塊：

　　dhcp模塊用于獲取設備ip地址的相關信息。其處理入口主要有這么幾個：dpch的啟動、dpch的接收報文處理以及定時器模塊的處理。

　　主要的接口原型如下：

　　err_t dhcp_start（struct netif *netif）

　　該接口用于設備啟動dhcp模塊，主要是客戶端的功能。該模塊實現設備dhcp描述結構生成，并將dhcp的端口綁定到udp協議中，以及將本dhcp模塊跟遠端服務器端口進行綁定。最后啟動dhcp申請。

　　static void dhcp_recv（void *arg， struct udp_pcb *pcb， struct pbuf *p， struct ip_addr *addr， u16_t port）

　　該接口為一個注冊接口，用于dhcp報文接收。在start dhcp時，該接口通過dhcp的udp pcb注冊到udp協議層。Udp進行報文處理后，根據端口調用該注冊接口。該接口中，實現dhcp報文的協議處理。

　　Void dhcp_fine_tmr（） Void dhcp_coarse_tmr（）

　　這兩個函數接口實現了dhcp的相關超時處理監控。上面一個用于請求應答超時處理。下面一個用于地址租用情況的到期處理。

　　從源碼分析看，上述的接口在應用lwip的協議棧時，需要重點關注。對于小內存應用的場合，該協議棧的內存管理以及pbuf應用部分需要自行改寫。

　　2、lwip特征

　　（1）支持多網絡接口下的IP轉發；

　　（2）支持ICMP協議；

　　（3）包括實驗性擴展的UDP（用戶數據報協議）；

　　（4）包括阻塞控制、RTT 估算、快速恢復和快速轉發的TCP（傳輸控制協議）；

　　（5）提供專門的內部回調接口（Raw API），用于提高應用程序性能；

　　（6）可選擇的Berkeley接口API （在多線程情況下使用） 。

　　（7）在最新的版本中支持ppp

　　（8） 新版本中增加了的IP fragment的支持。

　　（9） 支持DHCP協議，動態分配ip地址.

　　3、LWIP的協議流程

　　下面這張圖比較清楚的描述了lwip的報文處理流程，呵呵，借用一下。不過，其對netif-》output描述不夠。從代碼看，該output實際是arp層的輸出，最后通過arp層調用netif中的底層輸出接口發送報文。