姓名：朱小鵬 ? ?學號：16010130023
轉(zhuǎn)載：
http://blog.sina.com.cn/s/blog_62a85b950101anvx.html
【嵌牛導讀】：最后要講的一個函數(shù)是update_arp_entry，該函數(shù)用于更新ARP緩存表中的表項或者在緩存表中插入一個新的表項。該函數(shù)會在收到一個IP數(shù)據(jù)包或ARP數(shù)據(jù)包后被調(diào)用。
【嵌牛鼻子】：ARP表的創(chuàng)建，更新，查詢等操作
【嵌牛提問】：LWIP是怎樣進行ARP表的創(chuàng)建，更新，查詢等操作？
【嵌牛正文】：
最后要講的一個函數(shù)是update_arp_entry，該函數(shù)用于更新ARP緩存表中的表項或者在緩存表中插入一個新的表項。該函數(shù)會在收到一個IP數(shù)據(jù)包或ARP數(shù)據(jù)包后被調(diào)用。該函數(shù)原型如下，
static err_t
update_arp_entry(struct netif *netif, struct ip_addr *ipaddr, struct eth_addr *ethaddr, u8_t flags)
其中重要的兩個參數(shù)ipaddr和ethaddr分別對應的ip地址和mac地址，函數(shù)利用這兩個地址去更新或插入ARP表項。由于這個函數(shù)代碼量較小，這里就列出源碼來講解，注意這個源碼是經(jīng)過我處理的，已經(jīng)去掉了編譯選項、源碼注釋、調(diào)試輸出信息等非重點部分。
static err_t
update_arp_entry(struct netif *netif, struct ip_addr *ipaddr, struct eth_addr *ethaddr, u8_t flags)
{
s8_t i;// 兩個變量，不解釋
u8_t k;
i = find_entry(ipaddr, flags);// 查找或新建一個ARP表項，返回其索引值
if (i < 0)return (err_t)i;// 如果為不合法的索引值，則更新緩存表失敗
arp_table[i].state = ETHARP_STATE_STABLE; // 否則將對應表項狀態(tài)改為stable
arp_table[i].netif = netif;// 記錄下網(wǎng)絡接口
k = ETHARP_HWADDR_LEN;// 這一段是更新緩存表項中的MAC地址
while (k > 0) {
k--;
arp_table[i].ethaddr.addr[k] = ethaddr->addr[k];
}
arp_table[i].ctime = 0;//生存時間值置0
#if ARP_QUEUEING//該ARP表項上有未發(fā)送的隊列，則把這些隊列發(fā)送出去
while (arp_table[i].q != NULL) {// 只要緩沖鏈表中海有數(shù)據(jù)則循環(huán)
struct pbuf *p;
struct etharp_q_entry *q = arp_table[i].q;// 記錄下緩沖鏈表表頭
arp_table[i].q = q->next;// 緩沖鏈表表頭指向下一個節(jié)點
p = q->p;// 取得記錄下的緩沖鏈表表頭指向的數(shù)據(jù)包
memp_free(MEMP_ARP_QUEUE, q);// 釋放記錄下的緩沖鏈表表頭
etharp_send_ip(netif, p, (struct eth_addr*)(netif->hwaddr), ethaddr); // 發(fā)送數(shù)據(jù)包
pbuf_free(p);// 釋放數(shù)據(jù)包緩存空間
}
#endif
return ERR_OK;
}
從源程序中可以看出，update_arp_entry的流程如下：先通過調(diào)用find_entry找到對應ipaddr對應的表項，并設置相應的arp表項的成員（主要是state， netif， ethaddr， cttime），最后如果定義了ARP_QUEUEING，并且這個arp表項上有未發(fā)送的數(shù)據(jù)包的話，則把這些數(shù)據(jù)全部發(fā)送出去。雖然比較啰嗦，但是還是我們還是根據(jù)不同的ipaddr經(jīng)過find_entry執(zhí)行后，來看看update_arp_entry運行的幾種不同情況。
首先可以肯定的是，update_arp_entry的兩個參數(shù)ipaddr和ethaddr必是互相匹配的，因為它們是從源主機發(fā)來的IP包或ARP包中解析出來的，代表了源主機的MAC地址和IP地址。find_entry利用ipaddr作為參數(shù)執(zhí)行后，返回一個ARP表項索引。如果該表項處于empty狀態(tài)，那么該表項現(xiàn)在一定是新創(chuàng)建的，此時設置該表項為stable狀態(tài)并設置該表項其他字段值后即結(jié)束。如果該表項是處于pending狀態(tài)，由于此時已經(jīng)有了和ipaddr匹配的MAC地址返回，所以該表項也被設置為stable狀態(tài)并同時設置該表項其他字段值。如果該表項是處于stable狀態(tài)，其實此時只需要將ctime的值復位即可，但是LWIP為了節(jié)省代碼量，它還是選擇像上面的情況一樣做相同的處理，這樣雖然有些步驟是多余的，但并不影響函數(shù)功能。最后都會檢查該表項是否還有數(shù)據(jù)需要發(fā)送，如果有，則將所有數(shù)據(jù)包發(fā)送出去。
現(xiàn)在是時候從宏觀上來看看到底ARP是怎么一個工作流程，以及它在整個LWIP協(xié)議棧當中發(fā)揮的重要作用。關(guān)于這點，不得不借鑒網(wǎng)上某位大俠的了，不過對TA的圖做了一些小小的修改（臉紅，用畫圖工具改的，Visio表示不會用）。
該圖簡潔明了的解釋了基本所有LWIP的數(shù)據(jù)包接收與發(fā)送的全過程。我們可以看到幾個熟悉的身影：etharp_query、etharp_request、update_arp_entry。在前面已經(jīng)講過了的！
ARP從功能上來說可以簡單的分成兩個部分：當有數(shù)據(jù)包輸入時，更新arp表，如果是ip包則遞交給ip層，如果是arp包，則針對不同的arp包類型做相應的響應；當向目的ip發(fā)送一個數(shù)據(jù)包的時候，需要通過arp實現(xiàn)ip到MAC地址的映射，必要時，需要發(fā)送廣播數(shù)據(jù)包獲得目標機器的MAC地址。
LWIP利用netif.input指向的函數(shù)接收以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包，通常這個函數(shù)是ethernet_input。注意，這里并不是說ethernet_input直接與底層硬件交互接收數(shù)據(jù)包，而是更底層的函數(shù)接收到數(shù)據(jù)包后將數(shù)據(jù)包遞交給ethernet_input，ethernet_input再對其進行處理。
以太網(wǎng)的幀類型可以是：IP，ARP，甚至可以是pppoe， wlan等。這里主要分析IP和ARP兩種類型的數(shù)據(jù)包。ethernet_input根據(jù)以太網(wǎng)首部的類型字段判斷收到的數(shù)據(jù)包的類型，如果是IP包，則將該包遞交給etharp_ip_input，如果是ARP包，則將該包遞交給etharp_arp_input。
對于ip類型的數(shù)據(jù)包，etharp_ip_input首先檢查是否開啟了ETHARP_TRUST_IP_MAC這個選項，如果開啟了就是要用這個幀中的信息和update_arp_entry函數(shù)來更新arp表（利用幀首部的源mac地址和幀數(shù)據(jù)中ip報文中的源ip地址），然后丟棄以太網(wǎng)幀首部，將IP報文通過ip_input函數(shù)遞交給ip層。
對于arp類型的數(shù)據(jù)包，etharp_arp_input函數(shù)首先利用數(shù)據(jù)包頭信息更新arp表的內(nèi)容，
然后再判斷該ARP數(shù)據(jù)包的類型，如果是ARP請求包，則首先判斷這個包是不是給自己的，如果是給自己的，則在原有包的基礎上重組一個ARP應答包發(fā)送出去（注意此處并沒有重新分配一個pbuf，而是借用了原來的緩沖結(jié)構(gòu)）。如果不是給自己的，則直接忽略。如果是ARP應答包，主要的工作就是更新arp表，但是這一步已經(jīng)在arp包剛進來的時候就處理了，所以這里不需要再重復做，這樣ARP包的處理也完畢。
LWIP利用netif.output指向的函數(shù)發(fā)送IP數(shù)據(jù)包，通常這個函數(shù)是etharp_output。注意，這里并不是說etharp_output直接與底層硬件交互發(fā)送數(shù)據(jù)包，而是將數(shù)據(jù)包做相應的處理，最終遞交給netif.linkoutput函數(shù)來發(fā)送的。
etharp_output函數(shù)接收IP層要發(fā)送的數(shù)據(jù)包，并將數(shù)據(jù)包發(fā)送出去。由于是發(fā)送ip數(shù)據(jù)包，所以函數(shù)一開始需要增加緩沖區(qū)大小，大小為以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)首部的大小。然后檢查ip地址，可以分為廣播包，多播包，單播包(單播包又分為是局域網(wǎng)內(nèi)部還是局域網(wǎng)外面)。
廣播包：判斷目的IP地址是不是為全1，或者是全0（老版本中使用的），如果是廣播包則目的IP的MAC地址不需要查詢arp表，直接將MAC地址設置為全1發(fā)送即可，即MAC六個字節(jié)值為0xff，0xff，0xff，0xff，0xff，0xff。
多播包：判斷目的ip地址是不是d類地址，即0xexxxxxxx，如果是多播的話，mac地址也是確定的，即將MAC地址01-00-5e-00-00-00的低23位設置為IP地址的低23位。對于以上的兩種數(shù)據(jù)包，etharp_output直接調(diào)用函數(shù)etharp_send_ip將數(shù)據(jù)包發(fā)送出去。
單播包：要比較目的IP和本地IP地址，看是否是局域網(wǎng)內(nèi)的，不是局域網(wǎng)內(nèi)的，則將目的IP地址設置為默認網(wǎng)關(guān)的地址，然后再統(tǒng)一調(diào)用etharp_query函數(shù)將數(shù)據(jù)包發(fā)送出去，注意這些數(shù)據(jù)包在這種情況下可能被連接在相關(guān)ARP表項的發(fā)送鏈表上，等待發(fā)送。
