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          51單片機(jī)簡單Ping的實(shí)現(xiàn)

          作者: 時(shí)間:2012-10-12 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

          (Packet Internet Gopher分組網(wǎng)間網(wǎng)探測器)利用了ICMP(Internet Control Message Protocol互聯(lián)網(wǎng)控制報(bào)文協(xié)議)協(xié)議的“回響”功能來實(shí)現(xiàn)主機(jī)/服務(wù)器是否有應(yīng)答的測試。ICMP為路由器和主機(jī)提供了正常情況以外的通信,它是IP的一個(gè)完整的組成部分。ICMP包括降低傳送速率的源站抑制報(bào)文、請求主機(jī)改變選路表的重定向報(bào)文以及主機(jī)可用來決定目的站是否可達(dá)的回送請求/回答報(bào)文。ICMP報(bào)文在IP數(shù)據(jù)報(bào)的數(shù)據(jù)區(qū)中傳送。當(dāng)主機(jī)/服務(wù)器接收到具有回響類型的ICMP報(bào)文時(shí),就響應(yīng)1個(gè)“回響應(yīng)答”報(bào)文。本地機(jī)器收到該報(bào)文并確認(rèn)之后即可認(rèn)為該主機(jī)/服務(wù)器處于活動(dòng)狀態(tài),從而本機(jī)與遠(yuǎn)程主機(jī)/服務(wù)器之間能夠連通,也可以互相通信。
          仿照下的ping命令并根據(jù)資源現(xiàn)狀,我實(shí)現(xiàn)了一個(gè)簡單的ping功能。它的使用方法如下:
          (1)單片機(jī)-->PC機(jī) 在Shell里使用“ping XXX.XXX.XXX.XXXcr>”,如果連通,顯示“Reply from XXX.XXX.XXX.XXX: bytes=32 TTL=XXX”,否則,顯示“Request timed out.(XXX.XXX.XXX.XXX)”。
          (2)PC機(jī)-->單片機(jī) 按照里的常規(guī)操作即可
          每個(gè)ping命令重復(fù)測試8次,即顯示8次信息。
          注意到顯示內(nèi)容與PC機(jī)上稍有不同,這是由于此處ping工作在多任務(wù)單窗口環(huán)境下,為了區(qū)分響應(yīng)發(fā)送源,有必要增加源IP地址信息。另外,由于51資源限制,取消了time參數(shù)(time是本機(jī)與對方主機(jī)往返一次所用時(shí)間)顯示。具體簡化內(nèi)容如下:
          (1)只支持“ping+IP地址”命令格式,域名方式和其他可選項(xiàng)均不可用
          (2)固定32字節(jié)測試包
          (3)不計(jì)算本機(jī)與對方主機(jī)往返一次所用時(shí)間,測試用時(shí)為1到2秒
          總之,經(jīng)過簡化的ping能夠完成最基本的連通測試功能。

          0 8 16 31
          ------------------------------------------------
          | 類型(8或0) | 代碼(0) | 校驗(yàn)和 |
          ------------------------------------------------
          | 標(biāo)識符 | 序號 |
          ------------------------------------------------
          | 可選數(shù)據(jù) |
          ------------------------------------------------
          | 。。。 |
          ------------------------------------------------

          圖1 ICMP回送請求或回答報(bào)文格式

          Cycle
          | 定時(shí)操作
          V
          Cmd ---------------- --------------
          -------->| PingRequest|----------->| |
          命令 | | 請求 | |
          | | | |
          | A | | B |
          | | | |
          --------|PingEcho |-----------|PingAnswer |
          回顯 ---------------- 應(yīng)答 --------------

          圖2 A Ping B 過程(全雙工操作,反過來亦可,未畫出反向過程)

          圖1所示為ICMP回送請求/回答報(bào)文格式(即Ping包格式),在實(shí)現(xiàn)網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)程序后,Ping的實(shí)現(xiàn)簡化為填寫報(bào)文(詳見偽代碼清單)。如圖2所示,完整ping過程我主要用4個(gè)函數(shù)實(shí)現(xiàn)。Ping請求(PingRequest)、Ping應(yīng)答(PingAnswer)、收到應(yīng)答后回顯(PingEcho)、定時(shí)操作(PingCycle)。
          PingRequest完成Ping請求。當(dāng)輸入Ping命令后,調(diào)用此函數(shù),發(fā)出請求包。
          PingAnswer完成Ping應(yīng)答。它工作在后臺(tái),每當(dāng)收到發(fā)給自己IP的請求包就自動(dòng)應(yīng)答。
          PingEcho顯示應(yīng)答信息。每當(dāng)收到應(yīng)答就立即顯示相關(guān)信息。
          PingCycle定時(shí)操作pingbuf記錄緩沖區(qū)。每秒鐘掃描一次,并根據(jù)當(dāng)前情況和狀態(tài)進(jìn)行狀態(tài)變遷。

          - ----------------------------------------------------
          | | 狀態(tài)(status) | 次數(shù)(times) | 內(nèi)存句柄(memhandle) |
          | ----------------------------------------------------
          N個(gè)| 。。。 |
          | ----------------------------------------------------
          | | 狀態(tài)(status) | 次數(shù)(times) | 內(nèi)存句柄(memhandle) |
          - ----------------------------------------------------

          N=MaxLenPingBuf
          圖3 pingbuf記錄緩沖區(qū)格式

          IP地址要先轉(zhuǎn)換成MAC地址才能在以太網(wǎng)上傳輸,如果ARP緩存里沒有對應(yīng)項(xiàng),則需要較長時(shí)間查找(網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)間相對于CPU時(shí)間)。為了不阻塞進(jìn)程,我設(shè)計(jì)了一個(gè)pingbuf記錄緩沖區(qū),如圖3所示。此表1秒鐘被查詢一次,根據(jù)當(dāng)前情況改變狀態(tài)。它包括狀態(tài)、次數(shù)、內(nèi)存句柄三個(gè)域?!按螖?shù)”字段指示測試剩余數(shù),為0表示測完,同時(shí)改變狀態(tài)為0以表明此記錄項(xiàng)現(xiàn)在空閑?!皟?nèi)存句柄”字段保存ICMP報(bào)文緩沖區(qū)首址指針?!盃顟B(tài)”字段記錄狀態(tài)號,含義如下:
          0---空閑
          1---已發(fā)出但無應(yīng)答
          2---已發(fā)出且應(yīng)答
          3---等ARP
          4---第一次準(zhǔn)備發(fā)(用于同步1秒時(shí)鐘)
          狀態(tài)變遷圖如圖4所示。

          圖4略,詳見偽代碼清單PingCycle,請自行畫出狀態(tài)圖。

          這個(gè)實(shí)現(xiàn)里還使用了ping命令處理、IP地址轉(zhuǎn)換、校驗(yàn)和計(jì)算等輔助程序,詳見偽代碼清單。IP協(xié)議使用統(tǒng)一的CheckSum算法計(jì)算和驗(yàn)證數(shù)據(jù)報(bào)的首部校驗(yàn)和。將首部視為一個(gè)16位的整數(shù)序列,并定義校驗(yàn)和是首部中所有16位整數(shù)的和的二進(jìn)制反碼。同樣和數(shù)及補(bǔ)碼也被定義使用二進(jìn)制反碼算法。所有TCP/IP協(xié)議的校驗(yàn)和計(jì)算和數(shù)據(jù)包的校驗(yàn)均由CheckSum子程序完成。不過需要注意的是TCP和UDP的校驗(yàn)需要加上偽頭部。需要首部校驗(yàn)和計(jì)算及驗(yàn)證的包為:IP、ICMP、UDP、TCP。相互間的差別僅在于求和數(shù)據(jù)不同,算法都采用CheckSum。詳見源程序清單。(提示:IP包頭從版本號、首部長度、服務(wù)類型到目的站IP地址(如果不含IP選項(xiàng))共20字節(jié);ICMP校驗(yàn)和只覆蓋ICMP報(bào)文。對比UDP、TCP偽首部和IP首部相似點(diǎn),可以不必單獨(dú)分配偽首部緩沖區(qū),而直接利用IP緩沖區(qū)計(jì)算校驗(yàn)和。觀察知IP頭鄰接數(shù)據(jù),采取一定措施可實(shí)現(xiàn)直接計(jì)算。即先將IP壽命字段清0,協(xié)議字段賦相應(yīng)值,校驗(yàn)和賦UDP/TCP包長度值,并加上12,表示偽首部的3長字長度,完成計(jì)算后向IP包首部添入正確壽命、校驗(yàn)和值,見圖5。)

          0 8 16 31 0 8 16 31
          ---------------------------- ---------------------------
          | 壽命 | 協(xié)議 | 首部校驗(yàn)和 | | 源站IP地址 |
          ---------------------------- ---------------------------
          | 源站IP地址 | | 目的站IP地址 |
          ---------------------------- ---------------------------
          | 目的站IP地址 | | 零 | 協(xié)議 | UDP/TCP長度 |
          ---------------------------- ---------------------------
          | 數(shù)據(jù) | | UDP/TCP包數(shù)據(jù) |
          ---------------------------- ---------------------------
          IP包格式(局部) UDP、TCP偽首部+數(shù)據(jù)格式
          圖5 IP包格式(局部)和UDP、TCP偽首部格式對比圖

          偽代碼清單:

          PingRequest(IP地址) //Ping請求
          {
          //申請小號內(nèi)存
          pICMP=OSMemGet();

          //填寫以太網(wǎng)幀
          目的MAC地址=ping命令傳入的IP地址解析后得到的物理地址
          源MAC地址=本節(jié)點(diǎn)MAC地址
          類型=0x0800 //IP包

          //填寫IP幀
          版本號首部長度=0x45
          服務(wù)類型=0
          總長度=60
          標(biāo)識符=GlobalID++ //全局變量16位GlobalID加1
          標(biāo)志分片偏移量=0x0000
          壽命=0x80
          協(xié)議=0x0001 //icmp
          首部校驗(yàn)和=0x0000
          源IP地址=本節(jié)點(diǎn)IP地址
          目的IP地址=ping命令傳入的IP地址
          首部校驗(yàn)和=CheckSum(IP首部和長度) //計(jì)算IP包首部校驗(yàn)和

          //填寫ICMP幀
          類型=8 //8 請求 0 應(yīng)答
          代碼=0
          校驗(yàn)和=0x0
          標(biāo)識符=0x0300
          序號=GlobalID
          校驗(yàn)和=CheckSum(ICMP首部和長度) //計(jì)算ICMP包首部校驗(yàn)和

          //將ICMP包登記在PingBuf中
          for(i=0;iMaxLenPingBuf;i++){
          if(PingBuf[i].status==0){
          PingBuf[i].times=0x8; //測試8次
          PingBuf[i].ip=ping命令傳入的IP地址;
          PingBuf[i].memhandle=內(nèi)存句柄;
          PingBuf[i].status=4; //第一次準(zhǔn)備發(fā)(用于同步1秒時(shí)鐘)
          break;
          }
          }
          if(i==MaxLenPingBuf) 釋放內(nèi)存;
          }

          PingAnswer(*輸入包緩沖區(qū)首址pBUF) //Ping應(yīng)答
          {
          //改寫以太網(wǎng)幀
          目的MAC地址=源MAC地址
          源MAC地址=本節(jié)點(diǎn)MAC地址

          //改寫IP幀
          壽命=壽命-1
          目的IP地址=源IP地址
          源IP地址=本節(jié)點(diǎn)IP地址
          首部校驗(yàn)和=0x0000
          首部校驗(yàn)和=CheckSum(IP首部和長度) //計(jì)算IP包首部校驗(yàn)和

          //改寫ICMP幀
          類型=0 //8 請求 0 應(yīng)答
          校驗(yàn)和=0x0
          校驗(yàn)和=CheckSum(ICMP首部和長度) //計(jì)算ICMP包首部校驗(yàn)和

          //直接發(fā)送ICMP包至TxQFIFO緩存
          OSQSend(QID,*pBUF);
          }

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