lwip协议栈解析：从TCP/IP server与client视角

"这篇文章是关于 lwip，一个由瑞典计算机科学研究所开发的嵌入式系统用TCP/IP协议栈的分析。作者计划从TCP服务器和客户端的角度解析代码，并指出lwip的实现部分参考了BSD，其内核在一个任务中运行，通过mailbox与用户交互。lwip可以在没有操作系统支持的环境下运行，适合低成本设备。文章还讨论了`netconn_new`系统调用及相关数据结构，如`netconn`结构体中的`pcb`联合体，用于协议分发。" lwip是一个轻量级的TCP/IP协议栈，它主要设计用于嵌入式系统，尤其适合那些资源有限的环境。这个协议栈的开发灵感来源于BSD的TCP/IP实现，其核心功能包括TCP、UDP以及RAW IP协议的处理。 lwip的独特之处在于它的内核运行在一个单独的任务中，所有的网络连接（netconn）操作都通过邮箱（mailbox）进行同步，避免了因层间调用引起的上下文切换，提高了效率。 `netconn_new`是 lwip 中的一个关键系统调用，用于创建新的网络连接。它支持多种类型的连接，包括TCP连接（NETCONN_TCP）、UDP连接（NETCONN_UDP）、UDP lite（NETCONN_UDPLITE，一种减少校验和计算的轻量级UDP）以及无校验和的UDP（NETCONN_UDPNOCHKSUM）和原始IP数据包处理（NETCONN_RAW）。 在 lwip 的数据结构设计中，`struct netconn`扮演了核心角色。它包含了网络连接的类型、状态，以及一个联合体（union），这个联合体将不同协议控制块（PCB，Protocol Control Block）如TCP PCB、UDP PCB和RAW PCB整合在一起。这样设计使得`netconn`可以根据连接类型动态地指向对应的协议控制块，实现了协议间的灵活转换和操作。 `netconn`结构体还包括错误信息（`err_t`）、邮箱（`sys_mbox_t`）和信号量（`sys_sem_t`），用于多线程环境下的同步和通信。`recv_avail`字段表示接收缓冲区中可用的数据量，`callback`则是一个回调函数指针，用于在特定事件（如数据接收或连接状态改变）发生时通知用户程序。 通过这些设计，lwip提供了一个高效且灵活的接口，允许开发者在嵌入式系统中轻松地处理网络连接和数据传输。尽管 lwip 的代码可能对于初学者来说较为复杂，但其强大的功能和适应性使其成为许多嵌入式项目中的首选TCP/IP解决方案。