LwIP:处理链路状态改变
[文/告别年代 Email:byeyear@hotmail.com]
重大修订记录
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2016.11.03
感谢@ wayne88 指出(见文后讨论帖),对本文所述的NETIF_FLAG_UP标记和有效IP地址之间的关系,lwip代码作者其实是存有疑虑的。见以下链接:
http://savannah.nongnu.org/bugs/?func=detailitem&item_id=37068
所幸该链接不会影响本文内容。对1.4.1版代码,代码作者仍然采用了如本文所述的、他认为可能是“unclear”的做法。
注意
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本文基于lwip-1.4.1,若文章与代码对不上,请确认代码版本。
基本流程
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A. link up -> link down:
关闭MAC和DMA;
调用netif_set_link_down
B. link down -> link up:
打开MAC和DMA;
调用netif_set_link_up
C. 注意:当使用RAW API时,所有使用RAW API的代码(包括处理链路状态的代码)必须运行于同一线程环境。
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代码分析
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有四个函数和两个标志位和链路状态改变有关:
A. netif_set_up
该函数设置NETIF_FLAG_UP标记,并在链路已up(NETIF_FLAG_LINK_UP有效)的情况下发送arp探测。
/* 删除了部分预编译条件和无关代码 */
void netif_set_up(struct netif *netif)
{
if (!(netif->flags & NETIF_FLAG_UP)) {
netif->flags |= NETIF_FLAG_UP;
/* 链路有效情况下发送ARP探测 */
if (netif->flags & NETIF_FLAG_LINK_UP) {
if (netif->flags & (NETIF_FLAG_ETHARP)) {
etharp_gratuitous(netif);
}
}
}
}
如果你的网络使用静态IP,那么在lwip初始化时调用该函数;
如果你的网络使用DHCP,那么DHCP成功后lwip会帮你调用netif_set_up。
B. netif_set_down
除非你需要关闭网络,否则一般不需要主动调用该函数。
C. netif_set_link_up
该函数设置NETIF_FLAG_LINK_UP标记,启动DHCP和AutoIP,并在NETIF_FLAG_UP标记有效的情况下发送arp探测。
void netif_set_link_up(struct netif *netif )
{
if (!(netif->flags & NETIF_FLAG_LINK_UP)) {
netif->flags |= NETIF_FLAG_LINK_UP;
if (netif->dhcp) {
dhcp_network_changed(netif);
}
/* ...其它代码(autoip相关)... */
if (netif->flags & NETIF_FLAG_UP) {
if (netif->flags & NETIF_FLAG_ETHARP) {
etharp_gratuitous(netif);
}
}
NETIF_LINK_CALLBACK(netif);
}
}
当驱动程序检测到链路从down变化为up时,重新初始化MAC和DMA,然后调用该函数。
注意:初始化时如果链路有效,low_level_init直接设置NETIF_FLAG_LINK_UP,而不调用netif_set_link_up函数,避免在lwip没有完全初始化好时启动DHCP。
D. netif_set_link_down
当驱动程序检测到链路从up变为down时调用该函数,并关闭MAC和DMA。
E. NETIF_FLAG_UP和NETIF_FLAG_LINK_UP
前者表示lwip协议栈已经就绪(已得到合法IP地址,且协议栈已准备好收发数据包);后者表示链路层有效。
或者说,一个是软件(协议栈)就绪标志,一个是硬件(链路层)就绪标志。
F. 参考lwip代码中的netif.h文件对这两个标记的详细说明。
网上很多port代码不管是否使用DHCP都在lwip初始化时设置NETIF_FLAG_UP,这是*不*正确的。
NETIF_FLAG_UP必须在获得有效IP地址后才能置位,以保证顺利发送ARP探测。
所以,如果使用了DHCP,那么初始化时就不能设置NETIF_FLAG_UP。
LwIP会在链路有效情况下发送DHCP请求,并在拿到有效IP地址后为你设置NETIF_FLAG_UP。
情景分析
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A. 静态IP,初始化时链路有效
这是最简情况。驱动层会看到Link有效,并直接设置NETIF_FLAG_LINK_UP。
随后lwip初始化过程中调用netif_set_up,该函数设置NETIF_FLAG_UP,并发送arp探测。
B. 静态IP,初始化时链路无效
驱动层不会设置NETIF_FLAG_LINK_UP。
lwip初始化过程会调用netif_set_up,该函数看到没有link,除了设置NETIF_FLAG_UP标记外不会做任何事。
当链路变为有效后,驱动层调用netif_set_link_up,发送arp探测。
C. 动态IP,初始化时链路有效
驱动层直接设置NETIF_FLAG_LINK_UP。
lwip初始化过程中调用dhcp_start,启动DHCP过程。
但lwip初始化过程不会调用netif_set_up,因为还没有获得有效IP地址。
获得有效IP后,lwip会帮我们调用netif_set_up,发送arp探测。
D. 动态IP,初始化时链路无效
驱动层不会设置NETIF_FLAG_LINK_UP。
lwip初始化过程中仍然会调用dhcp_start。对dhcp_start的调用是必须的,因为dhcp过程需要的资源将在该函数中分配。
等到链路有效后驱动层调用netif_set_link_up,该函数会启动DHCP过程。
获得有效IP后,lwip会帮我们调用netif_set_up,发送arp探测。
E. 静态IP,链路断开后重建
链路断开时netif_set_link_down,重建后netif_set_link_up发送arp探测。
NETIF_FLAG_UP在设置后就一直有效。
F. 动态IP,链路断开后重建
链路重建后netif_set_link_up重新启动DHCP过程,该过程会清除NETIF_FLAG_UP标记。
DHCP完成后lwip自动调用netif_set_up重新置位该标记并发起arp探测。
总结
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1. 使用静态IP
low_level_init根据当前链路状态设置或不设置NETIF_FLAG_LINK_UP;
lwip初始化时调用netif_set_up;
链路状态改变时调用netif_set_link_up/netif_set_link_down。
2. 使用动态IP
low_level_init根据当前链路状态设置或不设置NETIF_FLAG_LINK_UP;
lwip初始化时调用dhcp_start;
链路状态改变时调用netif_set_link_up/netif_set_link_down;
不要在使用动态IP时直接调用netif_set_up,而是由lwip协议栈代码在成功获得IP后为你调用这个函数。
[文/告别年代 Email:byeyear@hotmail.com]
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