STM32NET学习笔记 IP ICMP部分

1.前言

嵌入式以太网开发是一个很有挑战性的工作。通过几个月的学习，我个人觉得大致有两条途径。第一条途径，先通过高级语言熟悉socket编程，例如C#或C++，对bind，listen，connect，accept等函数熟悉之后，应用 lwIP。第二种途径，通过分析嵌入式以太网代码，结合TCPIP协议栈规范逐步实践代码。第一种途径效率高，开发周期短，编写出来的代码性能稳定，第二种途径花的时间长，开发出来的代码功能不完善，但是由于紧紧结合TCPIP规范，可以了解的内容较多，适合学习。本文通过分析和修改AVRNET源码，逐步实现TCPIP协议栈的各个子部分，包括ETHERNET部分，ARP部分，IP部分，ICMP部分，UDP部分，TCP部分和HTTP部分。

本文将实现IP部分和ICMP部分。

1.2 相关资料

【ENC28J60学习笔记】

【STM32NET学习笔记 ARP和Ethernet部分】

【AVRNET项目(国外)】

【AVR webserver项目(国外)】

1.3 代码仓库

【代码仓库】——CSDN Code代码仓库。

2.IP部分实现

IP层是TCP和UDP实现的基础。IP首部紧跟以太网首部，长度为20字节。IP首部具有最基本的两个任务，

【第一】定义IP包的具体协议类型，例如ICMP，TCP或UDP等；

【第二】定义IP报文从哪个IP地址来和到哪个IP地址去。

需要强调，在同一个子网中即同一个物理网络中，IP报文中的目标IP地址和以太网首部中的目标MAC地址相对应，若不在同一个物理网路中，目标IP地址和目标MAC地址不同，目标MAC地址被路由器的MAC地址替代，意味着通过路由器转发报文。在IP首部中还包括很多其他内容，需要注意的是IP标识符，该标识符主要用于区分IP报文，最简单的算法即每发送一个IP报文后IP标识符累加。具体通过以下代码实现IP首部的填充。

2.1 IP首部填充

1. //IP首部总长度

2. #defineIP_HEADER_LEN20

3. //协议类型

4. //ICMP协议

5. #defineIP_PROTO_ICMP_V0x01

6. //TCP协议

7. #defineIP_PROTO_TCP_V0x06

8. //UDP协议

9. #defineIP_PROTO_UDP_V0x11

10. //IPV4版本

11. #defineIP_V4_V0x40

12. #defineIP_HEADER_LENGTH_V0x05

13. //IP版本号位置以太网首部2+6+6

14. #defineIP_P0x0E

15. //首部长度

16. #defineIP_HEADER_VER_LEN_P0x0E

17. //服务类型

18. #defineIP_TOS_P0x0F

19. //IP总长度

20. #defineIP_TOTLEN_H_P0x10

21. #defineIP_TOTLEN_L_P0x11

22. //IP标识

23. #defineIP_ID_H_P0x12

24. #defineIP_ID_L_P0x13

25. //

26. #defineIP_FLAGS_H_P0x14

27. #defineIP_FLAGS_L_P0x15

28. //TTL生存时间

29. #defineIP_TTL_P0x16

30. //IP协议类型例如ICMPTCPUDP

31. #defineIP_PROTO_P0x17

32. //首部校验和

33. #defineIP_CHECKSUM_H_P0x18

34. #defineIP_CHECKSUM_L_P0x19

35. //源IP地址

36. #defineIP_SRC_IP_P0x1A

37. //目标IP地址

38. #defineIP_DST_IP_P0x1E

39. voidip_generate_header(BYTE*rxtx_buffer,WORD_BYTEStotal_length,BYTEprotocol,BYTE*dest_ip)

40. {

41. BYTEi;

42. //校验结果

43. WORD_BYTESck;

45. //版本号和首都长度

46. rxtx_buffer[IP_P]=IP_V4_V|IP_HEADER_LENGTH_V;

47. //服务类型

48. rxtx_buffer[IP_TOS_P]=0x00;

49. //总长度

50. rxtx_buffer[IP_TOTLEN_H_P]=total_length.byte.high;

51. rxtx_buffer[IP_TOTLEN_L_P]=total_length.byte.low;

53. //IP标识

54. rxtx_buffer[IP_ID_H_P]=ip_identfier>>8;

55. rxtx_buffer[IP_ID_H_P]=ip_identfier&0x00ff;

56. //累加

57. ip_identfier++;

59. //标志和分片偏移

60. rxtx_buffer[IP_FLAGS_H_P]=0x00;

61. rxtx_buffer[IP_FLAGS_L_P]=0x00;

63. //生存时间

64. rxtx_buffer[IP_TTL_P]=128;

66. //setippackettypetotcp/udp/icmp...

67. rxtx_buffer[IP_PROTO_P]=protocol;

69. //设定目标地址和源地址

70. for(i=0;i<4;i++)

71. {

72. rxtx_buffer[IP_DST_IP_P+i]=dest_ip[i];

73. rxtx_buffer[IP_SRC_IP_P+i]=avr_ip.byte[i];

74. }

76. //校验结果

77. rxtx_buffer[IP_CHECKSUM_H_P]=0;

78. rxtx_buffer[IP_CHECKSUM_L_P]=0;

79. ck.word=software_checksum(&rxtx_buffer[IP_P],sizeof(IP_HEADER),0);

80. rxtx_buffer[IP_CHECKSUM_H_P]=ck.byte.high;

81. rxtx_buffer[IP_CHECKSUM_L_P]=ck.byte.low;

82. }

2.2 IP报文查询

IP报文查询功能对应于ARP报文查询功能，通过以太网首部中的最后2个字节判断该报文是否为IP报文；如果是IP报文则继续和本机IP地址相比较。如果两步检查均通过则认为是合法的IP报文，当然这其中舍弃了IP版本号和首部校验和的检查，虽然存在某些隐患但并不妨碍实现基本功能。

1. BYTEip_packet_is_ip(BYTE*rxtx_buffer)

2. {

3. unsignedchari;

5. //检查该报文是否为IP报文

6. if(rxtx_buffer[ETH_TYPE_H_P]!=ETH_TYPE_IP_H_V||rxtx_buffer[ETH_TYPE_L_P]!=ETH_TYPE_IP_L_V)

7. return0;

9. //检查该报文的IP地址是否为本机IP地址，逐个检查

10. for(i=0;i

11. {

12. if(rxtx_buffer[IP_DST_IP_P+i]!=avr_ip.byte[i])

13. return0;

14. }

16. //若该报文为IP报文，且目标IP地址为本机地址，返回1

17. return1;

18. }

3.ICMP部分实现

虽然ICMP具有很多的子协议，但是其中最著名的要数ping程序，即ICMP回显请求和应答报文。通过使用ping命令来判断报文是否可以到达目标地址。ICMP的实现是一个逐步遵守规则的过程，即向固定的字节填充数据。

1. //回显应答

2. #defineICMP_TYPE_ECHOREPLY_V0

3. //回显请求

4. #defineICMP_TYPE_ECHOREQUEST_V8

5. //ICMP首部长度

6. #defineICMP_PACKET_LEN40

7. //ICMP类型

8. #defineICMP_TYPE_P0x22

9. //ICMP代码

10. #defineICMP_CODE_P0x23

11. //ICMP首部校验和

12. #defineICMP_CHECKSUM_H_P0x24

13. #defineICMP_CHECKSUM_L_P0x25

14. //ICMP标识符

15. #defineICMP_IDENTIFIER_H_P0x26

16. #defineICMP_IDENTIFIER_L_P0x27

17. //ICMP序号

18. #defineICMP_SEQUENCE_H_P0x28

19. #defineICMP_SEQUENCE_L_P0x29

20. #defineICMP_DATA_P0x2A

3.1 ICMP首部填充

ICMP首部填充需要根据协议类型填充不同的内容，对于回显请求而言只需在ICMP协议类型部分填充0即可，当然ICMP部分也包括ICMP首部校验和。

1. voidicmp_generate_packet(BYTE*rxtx_buffer,BYTEtype)

2. {

3. BYTEi;

4. WORD_BYTESck;

6. //ICMP回显请求

7. if(type==ICMP_TYPE_ECHOREQUEST_V)

8. {

9. rxtx_buffer[ICMP_TYPE_P]==ICMP_TYPE_ECHOREQUEST_V;

10. rxtx_buffer[ICMP_CODE_P]=0;

11. rxtx_buffer[ICMP_IDENTIFIER_H_P]=icmp_id;

12. rxtx_buffer[ ICMP_IDENTIFIER_L_P ] = 0;