lwip tcp 架构

原创

mob64ca12d6c78e 2024-10-15 04:35:29 ©著作权

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LWIP TCP 架构简介

LWIP（Lightweight IP）是一个旨在提供轻量级 TCP/IP 栈的开源项目，适用于资源受限的嵌入式系统。LWIP 提供了一套完整的网络协议栈，不仅支持 TCP/IP ，还支持 UDP、ICMP 等底层协议。本文将介绍 LWIP 的 TCP 架构，并通过代码示例进行说明。

LWIP TCP 架构概述

LWIP 的 TCP 实现主要由几个关键组成部分构成，这些部分协同工作以提供可靠的数据传输。具体来说，LWIP TCP 核心组件包括以下几个部分：

TCP 控制块（TCP PCB）：负责保存每个连接的信息。
TCP 状态机：处理 TCP 的不同状态（如连接、断开、传输等）。
数据缓冲区：在数据传输过程中，接收和发送的数据会被缓存。
重传机制：确保数据的可靠传输，通过重传丢失的数据包。

TCP 控制块（TCP PCB）

TCP PCB 是 LWIP 中的核心数据结构，用于管理 TCP 连接。每个 TCP 连接都有一个对应的 PCB。因此，我们可以通过 PCB 对象来控制连接的各个参数。

TCP PCB 示例代码

以下是一个创建TCP PCB对象的代码示例：

#include "lwip/tcp.h"

// 创建 TCP PCB
struct tcp_pcb *pcb = tcp_new();
if (pcb == NULL) {
    // 处理错误
    printf("Error creating PCB. Out of Memory\n");
    return;
}

// 绑定到指定 IP 和端口
err_t err = tcp_bind(pcb, IP_ADDR_ANY, 80);
if (err != ERR_OK) {
    // 处理错误
    printf("Error binding PCB. Err: %d\n", err);
    return;
}

TCP 状态机

TCP 协议具有多种状态，包括 LISTEN、SYN_SENT、ESTABLISHED 等。在 LWIP 中，TCP 状态机负责处理这些状态的转换。

TCP 状态示例代码

以下是一个处理 TCP 状态的示例：

// 状态变化的回调函数
void tcp_err(void *arg, err_t err) {
    struct tcp_pcb *pcb = (struct tcp_pcb *)arg;
    if (err != ERR_OK) {
        // 处理连接错误
        printf("Connection error\n");
    }
}

// 连接建立后的处理
void tcp_connected(void *arg, struct tcp_pcb *tpcb, err_t err) {
    if (err == ERR_OK) {
        // 连接成功
        printf("Connected!\n");
    }
}

数据缓冲区

LWIP 使用链表来管理发送和接收的数据。发送的数据会被缓存在 PCB 结构中，而接收的数据会被传递到应用层进行处理。

数据缓冲区示例代码

以下是一个发送数据的示例代码：

void send_data(struct tcp_pcb *pcb, const char *data, size_t len) {
    err_t err = tcp_write(pcb, data, len, TCP_WRITE_FLAG_COPY);
    if (err == ERR_OK) {
        // 数据发送成功
        tcp_output(pcb);
    } else {
        // 处理错误
        printf("Error sending data. Err: %d\n", err);
    }
}

重传机制

LWIP 实现了重传机制，以确保数据的可靠性。TCP 会根据超时和确认（ACK）机制来重新发送丢失的数据包。

重传机制示例代码

重传机制通常是透明的，LWIP 会自动处理。但是我们可以设置相关的参数：

void set_retransmission(struct tcp_pcb *pcb) {
    // 设置最大重传次数
    pcb->snd_nxt = 5; // 例如，最大重传次数
}

简单的关系图

以下是 LWIP TCP 架构中主要组件之间关系的图示：

erDiagram
    TCP_PCB {
        int id
        char state
        char send_buffer
        char recv_buffer
    }    
    TCP_STATE {
        char state_name
    }  
    TCP_PCB ||--|| TCP_STATE : has