1.前言

嵌入式以太網(wǎng)開發(fā)是一個(gè)很有挑戰(zhàn)性的工作。通過幾個(gè)月的學(xué)習(xí)，我個(gè)人覺得大致有兩條途徑。第一條途徑，先通過高級語言熟悉socket編程，例如C#或C++，對bind，listen，connect，accept等函數(shù)熟悉之后，應(yīng)用 lwIP。第二種途徑，通過分析嵌入式以太網(wǎng)代碼，結(jié)合TCPIP協(xié)議棧規(guī)范逐步實(shí)踐代碼。第一種途徑效率高，開發(fā)周期短，編寫出來的代碼性能穩(wěn)定，第二種途徑花的時(shí)間長，開發(fā)出來的代碼功能不完善，但是由于緊緊結(jié)合TCPIP規(guī)范，可以了解的內(nèi)容較多，適合學(xué)習(xí)。本文通過分析和修改AVRNET源碼，逐步實(shí)現(xiàn)TCPIP協(xié)議棧的各個(gè)子部分，包括ETHERNET部分，ARP部分，IP部分，ICMP部分，UDP部分，TCP部分和HTTP部分。

本文將實(shí)現(xiàn)IP部分和ICMP部分。

1.2 相關(guān)資料

【ENC28J60學(xué)習(xí)筆記】

【STM32NET學(xué)習(xí)筆記 ARP和Ethernet部分】

【AVRNET項(xiàng)目(國外)】

【AVR webserver項(xiàng)目(國外)】

1.3 代碼倉庫

【代碼倉庫】——CSDN Code代碼倉庫。

2.IP部分實(shí)現(xiàn)

IP層是TCP和UDP實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。IP首部緊跟以太網(wǎng)首部，長度為20字節(jié)。IP首部具有最基本的兩個(gè)任務(wù)，

【第一】定義IP包的具體協(xié)議類型，例如ICMP，TCP或UDP等；

【第二】定義IP報(bào)文從哪個(gè)IP地址來和到哪個(gè)IP地址去。

需要強(qiáng)調(diào)，在同一個(gè)子網(wǎng)中即同一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)中，IP報(bào)文中的目標(biāo)IP地址和以太網(wǎng)首部中的目標(biāo)MAC地址相對應(yīng)，若不在同一個(gè)物理網(wǎng)路中，目標(biāo)IP地址和目標(biāo)MAC地址不同，目標(biāo)MAC地址被路由器的MAC地址替代，意味著通過路由器轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文。在IP首部中還包括很多其他內(nèi)容，需要注意的是IP標(biāo)識符，該標(biāo)識符主要用于區(qū)分IP報(bào)文，最簡單的算法即每發(fā)送一個(gè)IP報(bào)文后IP標(biāo)識符累加。具體通過以下代碼實(shí)現(xiàn)IP首部的填充。

2.1 IP首部填充

1. //IP首部總長度

2. #defineIP_HEADER_LEN20

3. //協(xié)議類型

4. //ICMP協(xié)議

5. #defineIP_PROTO_ICMP_V0x01

6. //TCP協(xié)議

7. #defineIP_PROTO_TCP_V0x06

8. //UDP協(xié)議

9. #defineIP_PROTO_UDP_V0x11

10. //IPV4版本

11. #defineIP_V4_V0x40

12. #defineIP_HEADER_LENGTH_V0x05

13. //IP版本號位置以太網(wǎng)首部2+6+6

14. #defineIP_P0x0E

15. //首部長度

16. #defineIP_HEADER_VER_LEN_P0x0E

17. //服務(wù)類型

18. #defineIP_TOS_P0x0F

19. //IP總長度

20. #defineIP_TOTLEN_H_P0x10

21. #defineIP_TOTLEN_L_P0x11

22. //IP標(biāo)識

23. #defineIP_ID_H_P0x12

24. #defineIP_ID_L_P0x13

25. //

26. #defineIP_FLAGS_H_P0x14

27. #defineIP_FLAGS_L_P0x15

28. //TTL生存時(shí)間

29. #defineIP_TTL_P0x16

30. //IP協(xié)議類型例如ICMPTCPUDP

31. #defineIP_PROTO_P0x17

32. //首部校驗(yàn)和

33. #defineIP_CHECKSUM_H_P0x18

34. #defineIP_CHECKSUM_L_P0x19

35. //源IP地址

36. #defineIP_SRC_IP_P0x1A

37. //目標(biāo)IP地址

38. #defineIP_DST_IP_P0x1E

39. voidip_generate_header(BYTE*rxtx_buffer,WORD_BYTEStotal_length,BYTEprotocol,BYTE*dest_ip)

40. {

41. BYTEi;

42. //校驗(yàn)結(jié)果

43. WORD_BYTESck;

45. //版本號和首都長度

46. rxtx_buffer[IP_P]=IP_V4_V|IP_HEADER_LENGTH_V;

47. //服務(wù)類型

48. rxtx_buffer[IP_TOS_P]=0x00;

49. //總長度

50. rxtx_buffer[IP_TOTLEN_H_P]=total_length.byte.high;

51. rxtx_buffer[IP_TOTLEN_L_P]=total_length.byte.low;

53. //IP標(biāo)識

54. rxtx_buffer[IP_ID_H_P]=ip_identfier>>8;

55. rxtx_buffer[IP_ID_H_P]=ip_identfier&0x00ff;

56. //累加

57. ip_identfier++;

59. //標(biāo)志和分片偏移

60. rxtx_buffer[IP_FLAGS_H_P]=0x00;

61. rxtx_buffer[IP_FLAGS_L_P]=0x00;

63. //生存時(shí)間

64. rxtx_buffer[IP_TTL_P]=128;

66. //setippackettypetotcp/udp/icmp...

67. rxtx_buffer[IP_PROTO_P]=protocol;

69. //設(shè)定目標(biāo)地址和源地址

70. for(i=0;i<4;i++)

71. {

72. rxtx_buffer[IP_DST_IP_P+i]=dest_ip[i];

73. rxtx_buffer[IP_SRC_IP_P+i]=avr_ip.byte[i];

74. }

76. //校驗(yàn)結(jié)果

77. rxtx_buffer[IP_CHECKSUM_H_P]=0;

78. rxtx_buffer[IP_CHECKSUM_L_P]=0;

79. ck.word=software_checksum(&rxtx_buffer[IP_P],sizeof(IP_HEADER),0);

80. rxtx_buffer[IP_CHECKSUM_H_P]=ck.byte.high;

81. rxtx_buffer[IP_CHECKSUM_L_P]=ck.byte.low;

82. }

2.2 IP報(bào)文查詢

IP報(bào)文查詢功能對應(yīng)于ARP報(bào)文查詢功能，通過以太網(wǎng)首部中的最后2個(gè)字節(jié)判斷該報(bào)文是否為IP報(bào)文；如果是IP報(bào)文則繼續(xù)和本機(jī)IP地址相比較。如果兩步檢查均通過則認(rèn)為是合法的IP報(bào)文，當(dāng)然這其中舍棄了IP版本號和首部校驗(yàn)和的檢查，雖然存在某些隱患但并不妨礙實(shí)現(xiàn)基本功能。

1. BYTEip_packet_is_ip(BYTE*rxtx_buffer)

2. {

3. unsignedchari;

5. //檢查該報(bào)文是否為IP報(bào)文

6. if(rxtx_buffer[ETH_TYPE_H_P]!=ETH_TYPE_IP_H_V||rxtx_buffer[ETH_TYPE_L_P]!=ETH_TYPE_IP_L_V)

7. return0;

9. //檢查該報(bào)文的IP地址是否為本機(jī)IP地址，逐個(gè)檢查

10. for(i=0;i

11. {

12. if(rxtx_buffer[IP_DST_IP_P+i]!=avr_ip.byte[i])

13. return0;

14. }

16. //若該報(bào)文為IP報(bào)文，且目標(biāo)IP地址為本機(jī)地址，返回1

17. return1;

18. }

3.ICMP部分實(shí)現(xiàn)

雖然ICMP具有很多的子協(xié)議，但是其中最著名的要數(shù)ping程序，即ICMP回顯請求和應(yīng)答報(bào)文。通過使用ping命令來判斷報(bào)文是否可以到達(dá)目標(biāo)地址。ICMP的實(shí)現(xiàn)是一個(gè)逐步遵守規(guī)則的過程，即向固定的字節(jié)填充數(shù)據(jù)。

1. //回顯應(yīng)答

2. #defineICMP_TYPE_ECHOREPLY_V0

3. //回顯請求

4. #defineICMP_TYPE_ECHOREQUEST_V8

5. //ICMP首部長度

6. #defineICMP_PACKET_LEN40

7. //ICMP類型

8. #defineICMP_TYPE_P0x22

9. //ICMP代碼

10. #defineICMP_CODE_P0x23

11. //ICMP首部校驗(yàn)和

12. #defineICMP_CHECKSUM_H_P0x24

13. #defineICMP_CHECKSUM_L_P0x25

14. //ICMP標(biāo)識符

15. #defineICMP_IDENTIFIER_H_P0x26

16. #defineICMP_IDENTIFIER_L_P0x27

17. //ICMP序號

18. #defineICMP_SEQUENCE_H_P0x28

19. #defineICMP_SEQUENCE_L_P0x29

20. #defineICMP_DATA_P0x2A

3.1 ICMP首部填充

ICMP首部填充需要根據(jù)協(xié)議類型填充不同的內(nèi)容，對于回顯請求而言只需在ICMP協(xié)議類型部分填充0即可，當(dāng)然ICMP部分也包括ICMP首部校驗(yàn)和。

1. voidicmp_generate_packet(BYTE*rxtx_buffer,BYTEtype)

2. {

3. BYTEi;

4. WORD_BYTESck;

6. //ICMP回顯請求

7. if(type==ICMP_TYPE_ECHOREQUEST_V)

8. {

9. rxtx_buffer[ICMP_TYPE_P]==ICMP_TYPE_ECHOREQUEST_V;

10. rxtx_buffer[ICMP_CODE_P]=0;

11. rxtx_buffer[ICMP_IDENTIFIER_H_P]=icmp_id;

12. rxtx_buffer[ ICMP_IDENTIFIER_L_P ] = 0;