嵌入式WEB服務(wù)器中TCP/IP協(xié)議棧的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

嵌入式TCP/IP協(xié)議棧結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 嵌入式TCP/IP協(xié)議棧

2.2 嵌入式TCP/IP協(xié)議棧數(shù)據(jù)處理流程

嵌入式TCP/IP協(xié)議棧處理數(shù)據(jù)流程如圖3所示。

系統(tǒng)初始化后，進(jìn)入主程序循環(huán)部分。主程序循環(huán)包括兩大部分：對接收到的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀進(jìn)行解包和對欲發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝并發(fā)送。對接收到的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀進(jìn)行解包，供應(yīng)用程序使用；對欲發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行打包，將數(shù)據(jù)以以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀的格式發(fā)送出去，使采用TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)內(nèi)所有計(jì)算機(jī)能收到此數(shù)據(jù)幀。

詳細(xì)過程為：先檢查是否收到以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀，若己收到以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀，則檢測以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀首部，判斷所載數(shù)據(jù)類型，然后對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)處理：若接收到的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀中包含ARP數(shù)據(jù)，則調(diào)用ARP處理程序；若接收到的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀中包含IP數(shù)據(jù)報(bào)，則針對其是否為ICMP、TCP協(xié)議格式分別進(jìn)行相應(yīng)的解包處理。若不包含IP數(shù)據(jù)報(bào)，則丟棄此數(shù)據(jù)幀。

若未收到以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀，此時(shí)若有數(shù)據(jù)要發(fā)送，則對數(shù)據(jù)進(jìn)行打包，將數(shù)據(jù)以以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀的格式發(fā)送出去。若無數(shù)據(jù)要發(fā)送，則回到主程序循環(huán)。

圖3 嵌入式TCP/IP協(xié)議棧主流程圖

3 嵌入式Web服務(wù)器中TCP/IP棧的實(shí)現(xiàn)

3.1 ARP協(xié)議實(shí)現(xiàn)

嵌入式Web服務(wù)器中ARP協(xié)議主要功能是進(jìn)行IP地址與以太網(wǎng)地址之間的轉(zhuǎn)換，當(dāng)系統(tǒng)收到發(fā)送數(shù)據(jù)請求時(shí)，協(xié)議棧就需要返回IP數(shù)據(jù)報(bào)，所有的 IP數(shù)據(jù)報(bào)都要進(jìn)一步封裝成以太網(wǎng)幀才能發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)控制器，而所加的以太網(wǎng)首部中就包含了由ARP協(xié)議解析目的IP地址所得來的對應(yīng)的物理地址。

首先ARP程序檢測以太網(wǎng)幀的類型字段以判斷其協(xié)議類型。以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，當(dāng)一個(gè)以太網(wǎng)幀攜帶一個(gè)ARP消息時(shí)，類型字段必須包含十六進(jìn)制值0806。接著，檢測消息中的操作字段以確認(rèn)是一個(gè)請求消息還是一個(gè)應(yīng)答消息。若是一個(gè)請求消息，ARP程序比較目標(biāo)IP地址與自己的IP地址，如果一樣，則要回發(fā)一個(gè)應(yīng)答消息。對接收到的來自遠(yuǎn)程主機(jī)的任何試圖解析Web服務(wù)器地址的ARP請求，Web服務(wù)器都會做出回應(yīng)。

當(dāng)Web服務(wù)器向客戶機(jī)發(fā)送一個(gè)ARP消息時(shí)，此消息是嵌入一個(gè)以太網(wǎng)幀中廣播給網(wǎng)上的所有計(jì)算機(jī)，每臺計(jì)算機(jī)收到這個(gè)請求后都會檢測其中的IP地址。與該IP地址匹配的計(jì)算機(jī)發(fā)送一個(gè)應(yīng)答，這個(gè)應(yīng)答消息被放進(jìn)一個(gè)幀中直接發(fā)回給Web服務(wù)器，而其他的計(jì)算機(jī)則會丟棄收到的請求，不發(fā)任何應(yīng)答。這種方式雖然對網(wǎng)絡(luò)造成一定的壓力，但節(jié)省嵌入式設(shè)備的寶貴資源。在等待應(yīng)答的時(shí)間里，ARP將到達(dá)的TCP包丟棄，一旦收到應(yīng)答，ARP高速緩存就用目的以太網(wǎng)地址更新，然后等待分組就用高速緩存中的目的以太網(wǎng)地址更新，分組就被發(fā)送了。