分类： 嵌入式
2014-05-22 13:45:06
本次使用的 是uip-1.0，抓包软件用的Wireshark 1.6.7，这个软件真的很不错，居然支持gige vision，这点真的很意外。
一、一个完整的UDP数据报文格式其实uip就是将你要发送到网络上的数据加上报头，好让它被成功发送到目的主机。所以我们要先搞清楚一个完整的数据报文，才能搞清楚uip到底在做些什么。
Ethernet Header：由目标mac和本机mac及type组成，共14byte，当目标mac全为ff时，表示是udp广播。Type=0x0800表示是ip。在uip中，Ethernet Header结构体定义如下：
IP Header：0x45表示version=4，header length=20byte； 0028表示ip header+udp header+user data长度为40byte；6C14为包的ID，每发一个包，这个ID会自加1。80的意义是time to live，表示这个包的存活时间，路由每转发一次，就会对它自减1。17表示通信协议类型为UDP，4a0a为ip header的校验码。再后面就是源IP和目的IP地址了。
UDP Header：0aaa表示src port为2730；0f74表示dst prot为3956；14表示udp header+user data长度为20byte，c477表示udp header的校验码，在一般的情况下，这个可以为0。
在uip中，ip header和udp header结构体定义如下：
User Data：再后面就是用户的数据了。
二、ARP数据报文格式网络中是使用IP来标识主机的，而数据链路层的第一道关卡是MAC地址。因此IP和MAC有一张动态映射表，而这张表就是由ARP协议来建立并维护的。下面是一个ARP数据报文。
同样的，前面14byte是eth header。Hardware type对于以太网来说为0001；0800表示是IPV4；06表示MAC地址的长度；04表示IP地址的长度；0001表示是arp请求，如果是0002那就是ARP应答了。后面就是发送方的MAC地址，IP地址，接收方的MAC地址，IP地址。
在eth header中，目的MAC全是ff，则表示这是一个广播，所有网络里的主机都能收到。但只有ip地址为192.168.1.11的主机才会应答。实际上，这个ARP包的意义就是在获取IP为192.168.1.11主机的MAC地址。
网络里，如果114要与11进行通讯，但又不知道它的MAC地址，那么就发一个这样的报文，11收到后会向114发一个ARP应答，114收到应答后，会将11的MAC保存在动态映射表中。当然这个表会动态的更新，也就是说11的MAC会有一个生成时间，当超时后，就要重新建立。
以上介绍的是一种情况，还有一种情况是IP冲突的检测，这个正好本项目中用到，后面会有介绍。
三、UIP源码简介主要介绍如下三个文件。
Uip_arp.c：arp的实现；
Uip.c：uip_process实现；
Tapdev.c：网卡的底层读写调用。
四、建立一个连接uip_udp_new是用来建立一个UDP连接的，入口参数是远程的IP地址和远程的端口。uip_udp_new函数将远程ip和端口写入到uip_udp_conns数组中的某一个位置，并返回它的地址。系统中支持的最大连接数量就是这个数组的大小，可通过UIP_UDP_CONNS宏来定义它的值。
当网卡收到数据时，uip_process会遍历uip_udp_conns数组，如果当前包的目的端口与本机端口不匹配，或者远程端口与uip_udp_new中的端口不匹配，那么uip会直接丢弃这个包。
如下例，建立的是一个目的IP为255.255.255.255，目的端口为1234的连接，本地端口号为5678。在本项目中，是用来向网络中广播设备信息。所有网络中的主机1234端口都能收到这个数据包。
uip协议的处理都是通过主调函数来调用的，它应该被放在主程序while循环中，而用户的数据接收处理，和数据发送则是在回调函数中。
主调函数分成三个部分，第一个是检查网卡上有没有接收到数据，第二个是检查有没有用户数据需要发送，最后一个是用来维护ARP映射表的。
这里不得不提到两个时间基准：
timer_set(&periodic_timer, CLOCK_SECOND / 50);
timer_set(&arp_timer, CLOCK_SECOND * 10);
一个是periodic_timer，这个为20ms，用来周期性的检查有没有用户数据需要发送。
另一个是arp_timer，用来更新ARP表，每十秒表更新一次，旧的条目会被丢弃，默认的ARP表条目生存时间是20分钟。
void process_net_data(void)
{
int i;
uip_len = tapdev_read();
if(uip_len > 0) //从网络上收到数据
{
if(BUF->type == htons(UIP_ETHTYPE_IP))
{
uip_arp_ipin();
uip_input();//接收数据处理
/* If the above function invocation resulted in data that
should be sent out on the network, the global variable
uip_len is set to a value > 0. */
if(uip_len > 0) //如果有数据需要返回给主机
{
uip_arp_out();
tapdev_send();
}
}
else if(BUF->type == htons(UIP_ETHTYPE_ARP))
{
uip_arp_arpin();
/* If the above function invocation resulted in data that
should be sent out on the network, the global variable
uip_len is set to a value > 0. */
if(uip_len > 0)
{
tapdev_send();
}
}
}
else if(timer_expired(&periodic_timer)) //查询用户有没有数据主动要发送
{
timer_reset(&periodic_timer);
#if 0
for(i = 0; i < UIP_CONNS; i++)
{
uip_periodic(i);
/* If the above function invocation resulted in data that
should be sent out on the network, the global variable
uip_len is set to a value > 0. */
if(uip_len > 0)
{
uip_arp_out();
tapdev_send();
}
}
#endif
#if 1//UIP_UDP
for(i = 0; i < UIP_UDP_CONNS; i++) //每个连接都查询一遍
{
uip_udp_periodic(i);
/* If the above function invocation resulted in data that
should be sent out on the network, the global variable
uip_len is set to a value > 0. */
if(uip_len > 0) //如果有用户数据要发磅
{
uip_arp_out();
tapdev_send();
}
}
#endif /* UIP_UDP */
/* Call the ARP timer function every 10 seconds. */
if(timer_expired(&arp_timer))
{
timer_reset(&arp_timer);
uip_arp_timer();
}
}
}
六、uip_processuip_process是uip的核心，用于网络协议的解析和处理，如果接收到的数据包不是发给本机的，它会把它丢弃，如果是发给本机的，则会调用回调函数去执行用户的处理。
还有，如果用户要主动发送数据，主调函数中的uip_udp_periodic(i)调用uip_process，将uip_poll置1，然后再执行回调函数，用户在回调函数中判断当uip_poll为真时，将要发送的数据写入到buf，再调用uip_send就行了。 当uip_process函数返回到主调函数中时，uip_arp_out()给数据包加上eth_header，然后由tapdev_send写入到网卡中。
下面我们再来看看uip的回调函数。
UDP应用时的回调函数是UIP_UDP_APPCALL,我们将这个宏定义为Udp_app_dispath; 该函数实现如下：
void Udp_app_dispath(void)
{
if (uip_poll()){ //用户发数据的接口
if (uip_udp_conn->rport == HTONS(HOST_DISCOVER_REMOTE_PORT)){
…….
uip_send(…..);
}
else if (uip_udp_conn->rport == HTONS(GVCP_UDP_PORT)) {
……..
}
}
else { //接收数据处理
gvcp_CmdIn();
}
}
七、利用ARP来探测IP冲突项目中需要用到ip探测和冲突检测，上电时，设备设置一个无效ip：0.0.0.0，然后随机生成一个IP地址A，再向网络中发一个ARP广播，目的IP设为A,如果网络中A存在，则马上会收到一个ARP回应，如果没有回应，那么表示这个IP A没有被占用，设备可以使用它。
在uip.arp.c的uip_arp_arpin函数中的ARP_REPLY下添加IP判断的代码就能知道是否是冲突了。
八、建立一个远程IP和端口为NULL的连接对于设备来说，主机的IP和端口号都是未知的，那么如果主机要向设备的指定端口1234发数据怎么办呢。
那么需要建立一个远程IP和端口都为NULL的连接，在实际中调试却发现，设备接收数据时，uip_process中有对uip_udp_conn->rport的判断，当（UDPBUF->srcport == uip_udp_conn->rport）不为真时，这个包被丢弃，于是将其改为(uip_udp_conn->rport == 0 ||
UDPBUF->srcport == uip_udp_conn->rport)就可以了。
我想这可能是uip的一个bug吧，有时候网络连接的时候，并不知道对方的端口号，那么对方要向你的端口发数据，如果不做修改，将接收不到，不过uip里有个端口监听，当有主机向这个端口发数据时，它会自动的将主机的IP和端口号填到uip_connr中，但好像不适用于udp。这里以后有空再研究。
总结
总的来说，uip还是易用的，但由于其是轻量化的tcp/ip协议栈，有些功能还不支持，比如说LLA就没有，还要到Lwip上去移值。不过对于嵌入式系统来说，还是很适用的。
