基于SF0020芯片的嵌入式TCP/IP協(xié)議族設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
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ARP協(xié)議為IP地址和硬件地址之間提供映射。ARP報(bào)文分為請(qǐng)求和應(yīng)答兩種報(bào)文，通過(guò)這兩種報(bào)文實(shí)現(xiàn)ARP緩存的更新。ARP高速緩存在它的運(yùn)行過(guò)程中非常關(guān)鍵。由于微控制器硬件資源限制ARP高速緩存只定義了8組，因此查找采用線性搜索的方法對(duì)最終性能并沒(méi)有影響。緩存只包含以下4項(xiàng)既可以實(shí)現(xiàn)ARP協(xié)議又可以節(jié)省硬件資源：IP地址、MAC地址、寫(xiě)入時(shí)間、標(biāo)志位。
2.3 運(yùn)輸層實(shí)現(xiàn)
運(yùn)輸層僅僅實(shí)現(xiàn)了TCP（Transfer Control Protocol傳輸控制協(xié)議）。該協(xié)議提供了全雙工高可靠性的通信，因此應(yīng)用層和網(wǎng)絡(luò)層可以忽略相關(guān)細(xì)節(jié)。TCP是TCP/IP體系中面向連接的運(yùn)輸層協(xié)議，它所做的工作包括把應(yīng)用程序交給它的數(shù)據(jù)分組交給下面的網(wǎng)絡(luò)層，確認(rèn)接收到的分組，設(shè)置發(fā)送最后確認(rèn)分組的超時(shí)時(shí)鐘等。
每當(dāng)本地發(fā)出連接建立請(qǐng)求后，創(chuàng)建一個(gè)對(duì)應(yīng)的傳輸控制模塊TCB(Transmission Control Block).它存儲(chǔ)了該連接中的重要信息。和ARP高速緩存一樣其數(shù)據(jù)保存在片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)來(lái)提高協(xié)議的運(yùn)行效率。本文中TCB的實(shí)現(xiàn)只包含以下內(nèi)容：IP地址、雙方端口號(hào)、雙方序列號(hào)、對(duì)方應(yīng)答序號(hào)、當(dāng)前連接狀態(tài)、定時(shí)器、指向下一個(gè)有效數(shù)據(jù)區(qū)的指針、窗口大小。此外通過(guò)對(duì)TCP首部的選項(xiàng)字段的配置，即保證在局域網(wǎng)內(nèi)部傳輸時(shí)IP層傳輸時(shí)不會(huì)分片使MMS(Maximum Segment Size 最大報(bào)文段長(zhǎng)度)盡可能大，可以提高TCP傳輸效率。 同時(shí)考慮到作為客戶端應(yīng)用，在不影響正常工作的前提下TCP有限狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)中去掉了服務(wù)端的兩個(gè)狀態(tài)LISTEN(監(jiān)聽(tīng))、SYN_RCVED（接收SYN狀0態(tài)）如下圖2所示。本文引用地址：http://www.biyoush.com/article/195759.htm
圖2 TCP有限狀態(tài)機(jī)
由于網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸必然會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)丟失，TCP錯(cuò)誤重傳和數(shù)據(jù)重組尤為重要。錯(cuò)誤重傳是在發(fā)送了需對(duì)端確認(rèn)的報(bào)文段后設(shè)置重傳定時(shí)器，如果在定時(shí)器時(shí)限內(nèi)未收到ACK該報(bào)文段被重發(fā)。因此當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)送之后要等到ACK確認(rèn)報(bào)文才能丟棄。數(shù)據(jù)重組是基于面向字節(jié)的序列號(hào)，實(shí)現(xiàn)重復(fù)數(shù)據(jù)的丟棄、亂序報(bào)文的重組。
3、協(xié)議族實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)
3.1 協(xié)議族定時(shí)器的實(shí)現(xiàn)
ARP實(shí)現(xiàn)需要兩個(gè)定時(shí)器。重傳需要一個(gè)定時(shí)器，如果ARP報(bào)文發(fā)送后1秒中內(nèi)沒(méi)有應(yīng)答則再次發(fā)送，本文實(shí)現(xiàn)連續(xù)4次重傳后ARP將放棄；ARP高速緩存數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)間需要一個(gè)定時(shí)器，緩存內(nèi)容保存時(shí)間為20分鐘，同時(shí)允許管理員創(chuàng)建永久節(jié)點(diǎn)作為代理節(jié)點(diǎn)。
TCP實(shí)現(xiàn)為當(dāng)前連接建立了如下六個(gè)定時(shí)器：連接建立定時(shí)器，重傳定時(shí)器，延遲ACK定時(shí)器，持續(xù)定時(shí)器， FIN_WAIT_2定時(shí)器，TIME_WAIT定時(shí)器；去掉了保活定時(shí)器，因?yàn)樵摱〞r(shí)器僅是TCP連接的可選配置，在監(jiān)控中的需要有應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)更加嚴(yán)格的連接保持定時(shí)。本文根據(jù)實(shí)際監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)情況修改了標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議族定義的超時(shí)時(shí)間，使實(shí)時(shí)性得以提高。
3.2 協(xié)議族的內(nèi)存管理策略
傳入的分組是保存在內(nèi)存中并將其傳遞給適當(dāng)?shù)膮f(xié)議作進(jìn)一步處理的。同時(shí)，應(yīng)用程序產(chǎn)生的數(shù)據(jù)也必須以分組的形式存儲(chǔ)在內(nèi)存中，并最終將其交給網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備傳送出去。因此協(xié)議的高效性取決于如何管理保存這些分組的存儲(chǔ)空間。本文對(duì)內(nèi)存管理用以下兩種方法做到快速分配存儲(chǔ)空間，并且避免分組在各層協(xié)議之間移動(dòng)時(shí)的數(shù)據(jù)復(fù)制。
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