1.Light weight IP（LWIP）轻量化的源码 TCP/IP 协议
2.正点原子lwIP学习笔记——网络数据包管理
3.LWIP分析（三）——启动流程
4.嵌入式网络那些事内容简介
5.正点原子lwIP学习笔记——ICMP协议

Light weight IP（LWIP）轻量化的 TCP/IP 协议

       Light weight IP（LWIP）轻量化的 TCP/IP 协议，由Adam Dunkels开发的分析开源协议栈，旨在用少量资源消耗实现完整TCP/IP功能，源码适合嵌入式系统。分析

       LWIP支持多种协议，源码如ARP、分析android 小应用源码ICMP、源码IGMP、分析UDP、源码TCP、分析PPP、源码DNS、分析DHCP、源码IP、分析SNMP和AUTOIP等，源码适用于无操作系统环境，仅需少量RAM和ROM即可运行，适合资源受限的嵌入式设备。

       LWIP具有多种API，包括RAW API、LWIP API和SOCKET API，提供不同性能和易用性，适应多种网络应用程序需求。

       LWIP在嵌入式领域有显著优势：资源开销低、支持完整协议、实现常见应用、高度可移植、开源免费且得到广泛验证。主页指标源码完整

       LWIP提供三种模式：RAW API、LWIP API和SOCKET API，其中RAW API将协议栈与应用置于同一进程，RAW API和LWIP API支持多线程，SOCKET API提供UNIX标准API。

       LWIP源码结构清晰，包含核心文件、基础类函数、域名解析、校验和、初始化、IP协议、内存管理、网卡操作、网络数据包管理、TCP协议、超时处理和UDP协议等模块。

       在STMF微控制器中，LWIP提供网络层、传输层功能，MAC层和PHY层由硬件实现。SMI接口允许访问PHY寄存器，MII和RMII用于MAC与外接PHY的互联，支持/Mbit/s数据传输。

       LWIP数据包和网络接口管理通过netif结构体实现，协议栈API包括用户编程接口和内核进程通信机制，支持数据包处理、波段合并指标源码连接管理和内核回调接口。

       编程实例展示了如何创建UDP和TCP线程，以实现网络应用程序的开发。

正点原子lwIP学习笔记——网络数据包管理

       TCP/IP作为一种数据通信机制，其协议栈的实现本质上是对数据包的处理。为了实现高效率的处理，lwIP数据包管理提供了一种高效的机制。协议栈各层能够灵活处理数据包，同时减少数据在各层间传递时的时间和空间开销，这是提高协议栈工作效率的关键。在lwIP中，这种机制被称为pbuf。

       用户的数据经过申请pbuf，拷贝到pbuf结构的内存堆中。在应用层，数据的前面加上应用层首部，在传输层加上传输层首部，最后在网络层加上网络层首部。

       pbuf用于lwIP各层间数据传递，避免各层拷贝数据！

       lwIP与标准TCP/IP协议栈的区别在于，lwIP是一种模糊分层的TCP/IP协议，大大提高了数据传输效率！

       这是定义在pbuf.h中的关键结构体pbuf。通过指针next构建出了一个数据包的单向链表；payload指向的是现在这个结构体所存储的数据区域；tot_len是所有的数据长度，包括当前pbuf和后续所有pbuf；而len就是指当前pbuf的长度；type_internal有四种类型；ref代表当前pbuf被引用的次数。

       右边展示的快递站系统源码pbuf_layer就是用来首部地址偏移，用来对应相应的结构体。

       PBUF_RAM采用内存堆，长度不定，一般用在传输数据；PBUF_POOL采用内存池，固定大小的内存块，所以分配速度快（一般字节，就是分配3个PBUF_POOL的内存池），一般用在中断服务中；PBUF_ROM和PBUF_REF都是内存池形式，而且只有pbuf没有数据区域，数据都是直接指向了内存区（PBUF_ROM指向ROM中，PBUF_REF指向RAM中）。

       左边第一幅对应PBUF_RAM；中间两幅对应PBUF_POOL；最后一幅对应PBUF_ROM和PBUF_REF。

       其中PBUF_RAM和PBUF_POOL相对更为常用。

       更多的函数，都可以在pbuf.c和.h中找到。pbuf_alloc()如果是PBUF_REF或者是PBUF_ROM，就会如上图所示，创建一个结构体指针p，然后会进入pbuf_alloc_reference；该函数中，会申请一个pbuf结构体大小的内存；然后调用pbuf_init_alloced_pbuf进行初始化，初始化可以如上图所示。

       如果是PBUF_POOL，会定义q和last两个pbuf结构体指针，q和last都初始化为NULL，rem_len（剩余长度）初始化为（用户指定需要构建的长度）；然后q会经过内存申请，qlen则是去rem_len和当前可申请的数据大小（PBUF_POOL_BUFSIZE_ALIGNED - LWIP_MEM_ALIGN_SIZE(offset)）取小值，然后同样经过pbuf_init_alloced_pbuf初始化q中的高端引导页源码pbuf结构体；然后会把offset清零，就是说之后的pbuf都没有offset了，只有第一个链表的元素有offset；经过if判断并判断rem_len的大小，只要还有剩余就会回去循环继续执行上述操作，直到完成3个内存块的初始化。

       首先会计算payload_len和alloc_len，如果是传输数据，那么LWIP_MEM_ALIGN_SIZE(offset)就是，计算得到payload_len=，alloc_len=；然后进入判断payload和alloc的长度是否

       进入判断p是否为空，不为空证明还没有释放；进入while语句，每一次都--ref（引用次数）；然后类似链表删除，调用相应的pbuf类型的内存释放（内存堆或者内存池），直到p全部被释放。源码如下：

       这个就要看你使用的是什么类型，然后会根据类型来决定payload_len的大小，进行相应的payload指针指向数据区前的首部字段。

       这一章主要讲述了lwIP中重要的pbuf缓冲，具体有哪些数据构成，为之后的学习奠定基础，确定了pbuf除了所需传输的数据，还有哪些变量需要添加，如何申请对应的pbuf内存大小，以及对应的内存堆和内存池。

LWIP分析（三）——启动流程

       LWIP分析（三）——启动流程

       深入分析LWIP启动流程之前，需回顾前文对物理层结构与内存管理底层原理的铺垫。LWIP协议栈在设计上不仅涵盖多种网络硬件接口，如以太网、WiFi和NBIOT等，以实现对多样化联网硬件的支持。为了统一管理多接口，引入了“虚拟网卡”的概念。虚拟网卡实通过操作系统的网络驱动程序或LWIP自身驱动程序实现，与LWIP协议栈交互。

       虚拟网卡的主要功能包括建立链表管理多个网卡、配置输出和输入回调函数接口，并能在链表中增删网卡。每张网卡由netif结构体抽象，多网卡链接形成单向链表，此源码关键参数有指针next用于链表连接、output和input函数作为物理层与IP层间数据交换的回调指针。

       在虚拟网卡管理中，可实现网卡动态增减、配置及数据处理。网络数据包作为TCP/IP协议的基础处理对象，LWIP高效管理机制通过pbuf结构实现。pbuf管理多样化的数据包，从几百到几千字节不等，且支持在RAM或ROM中存储。

       pbuf结构体如下，基于单链表设计，type字段决定不同pbuf结构。

       包括PBUF_RAM、PBUF_POOL、PBUF_ROM和PBUF_REF等类型，提供高效数据包管理，适配数据传输需求。

       硬件接口初始化，实现LWIP协议栈启动的关键步骤。初始化以太网硬件接口，需配置系统时钟、工作模式和速度，通过MDIO接口管理PHY寄存器实现。接着初始化引脚并记录TX/RX FIFO位置，此流程贯穿硬件配置、驱动实现与数据传输的初始化阶段。

嵌入式网络那些事内容简介

       本文将深入探讨嵌入式网络领域中的关键协议栈LwIP，专为网络TCP/IP协议的初学者和嵌入式网络开发人员设计。从LwIP源代码的解析开始，我们将逐一揭示TCP/IP协议各层的机制和其实现原理，帮助读者理解其内在运作。

       通过构建简易实验环境，本书详细讲解了LwIP在嵌入式设备组网中的移植过程，包括实际操作和注意事项。此外，书中还提供了丰富的编程案例，让学习者能在实践中掌握LIP的运用，并实现理论知识与实践的结合。

       对于TCP/IP学习者而言，本书是一本理想的入门和精通指南，配套的实验平台和实例让学习过程更为直观和高效。对于初入嵌入式领域的人员，实验平台的设计使得入门变得简单，通过实践操作，他们能更快地熟悉嵌入式开发。

       最后，无论你是经验丰富的嵌入式网络开发者还是新手，本书都可作为你的实用参考手册，提供丰富的实战指导和深入理解LwIP协议的途径。

正点原子lwIP学习笔记——ICMP协议

       ICMP协议是一个网络层协议。一个新搭建好的网络，通常需要先进行一个基本的测试，以验证网络是否畅通；但IP协议并不提供可靠传输。如果数据包丢失了，IP协议并不能通知传输层是否丢失以及丢失的原因。因此，我们需要ICMP协议来完成这样的功能。

       总结来说，为了更有效地转发IP数据报和提高交付成功机会。

       ICMP协议类型与结构：对于ICMP协议中的差错报告报文，在lwIP中实现的是目的不可达以及超时的报文；对于超时报文，又分为两种，一种是生存时间TTL（在IP首部中），另一种是分片传输中，接收到一个分片后的超时等待时间超时；ICMP协议中的询问报文，lwIP实现的则是回送请求/应答报文。

       无论是差错还是询问报文，前4个字节是一样的：第一个是类型，第二个是代码，例如超时就是0/1，0代表生存时间为0、1则是超时等待时间为0；后两个是校验和；之后的4个字节则是取决于ICMP报文的类型；整个ICMP的数据部分，长度取决于类型；整个ICMP报文是在网络层，可以说IP数据包包含了IP首部以及ICMP报文。

       ICMP差错报文用于检测IP数据报在传输过程中的异常信息（目的不可达、源站抑制、重定向、超时、参数错误）。

       ICMP类型为3，则代表了是目的不可达；lwIP实现了代码值2、3、4的差错；ICMP类型为则代表了是超时错误；代码值0代表传输期间生存时间为0,1代表数据报组装期间生存时间为0。

       ICMP查询报文用于诊断两个网络设备之间是否能够通信。

       lwIP只处理ICMP类型0/8，代表了回显请求/应答；目的主机收到ICMP回送请求报文后立即回送应答报文，若源主机能收到ICMP回送应答报文，则说明到达该主机的网络正常（PING）。

       ICMP报文数据结构：以上结构体位于icmp.h中；包括有ICMP的类型、代码、校验和、标志符以及序号五个变量。

       差错报文中，前4个字节是类型、代码和校验后；后4个字节全为0；然后传输的数据就是因其差错的IP首部以及他的pbuf的前8个字节的数据；查询报文的前4个字节与差错报文一样；后4个字节中，2格式标识符，2个事序号；数据部分则是请求报文发送和应答报文重复（就是类型为8，就是回送请求，直接把类型改为0，变成回送应答）。

       lwIP只实现目的不可达、超时差错报文，它们分别为icmp_dest_unreach和icmp_time_exceeded函数；这两种差错报文都是调用icmp_send_response发送；其源码和注释如下：

       以上源码的逻辑，就是根据当前的type和code判断处理方式，判断得到是差错报文，就把被丢弃数据包的pbuf中的IP首部和前8个字节数据拷贝到差错报文中（同样也是一个pbuf）。

       请求报文发送，应答报文重复。简单来讲，应答包是在请求包的基础上修改得来；查询报文的源码和注释如下：

       总结来说，ICMP的回送请求，把ICMP结构体的type从8改成0，然后把pbuf的payload上移个字节，添加IP首部，就变成了回送应答包。

       这一篇的源码还是比较简单易懂的，没有太多要F跳转的内容，总的原理也比较清晰。

       至此，lwIP的大部分协议都学完了，还剩下TCP和UDP协议，现在的lwIP框架如下：