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IP协议族设计与实现

发布时间:2020-06-30 21:29:43 阅读: 来源:离心机厂家

1、 引言TCP/IP起源于60年代末美国政府资助的一个分组交换网络研究项目,到现今已发展成为计算机之间最常应用的组网形式。尽管标准的TCP/IP协议族在数据传输的可靠性与数据流量的控制上作的很好,但是8位微控制器性能的限制下,标准的TCP/IP协议族的实现占用大量系统资源是实际应用所不允许的。因此要在不改变TCP/IP协议族标准的前提下对其进行裁剪,使其实时性提高同时保证可靠性以满足嵌入式系统的要求。SF0020是NEC公司推出的兼容80C51的8位微控制器芯片。根据系统在网络监控系统控制终端应用的需要,外部接25MHz晶体,内部倍频至50MHz。该芯片内嵌有10M/100Mbps的MAC模块并提供MII界面,可与外部的Ethernet PHY芯片方便连接。芯片有256字节内部数据存储器,外部可扩充至512K字节。具备的DMA通道实现了在RAM中和在MAC与RAM之间进行快速数据传输的功能;支持校验和模块,在实现TCP/IP时可以节省控制器运算开销。指令周期为4个时钟周期(标准80C51为12时钟周期/指令周期)。其性能满足实现嵌入式TCP/IP协议族的基本要求。 2、 协议族总体框架设计与裁剪策略为了实现在局域网环境中作为客户端控制前端监控设备(硬盘录像机、编码器、解码、视频服务器等)的应用要求,必须在有限的硬件资源的条件下保证数据传输的可靠性和实时性。因此数据链路层采用目前应用最为广泛的以太网协议;上层利用TCP/IP的实现采用在运输层直接采用可靠的TCP协议,然后对其进行适当裁剪的方法。这是因为考虑到通用性、兼容性和通信的可靠程度,而没有使用在应用层加入控制策略运输层使用简单UDP协议的方案。本地数据的流动要实现向应用程序提供可靠的数据,与底层以太网驱动程序交互数据报功能。协议族系统结构框架如下图1所示,其中虚线部分是本文所要完成的,包括socket子层、运输层的TCP协议、网络层的IP和ICMP协议、ARP协议和以太网子层。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/195759.htm500)this.style.width=500;" border="0" />图1 协议族系统框架 2.1 接口子层实现以太网子层提供了与以太网驱动程序的接口,其实现驱动程序存储空间和协议空间之间数据搬移的功能;以及数据报流入的分路和流出的封装处理。Socket(插口)子层向上层提供了创建一个socket描述符,将本地的IP地址与端口号绑定到一个socket上,TCP连接的建立、断开,数据的接收与发送的功能。 2.2 网络层实现网络层实现包括IP协议(Internet Protocol网际协议)和基于IP协议的ICMP协议(Internet Control Messages Protocol控制报文协议)。图1中该层下部的ARP(Address Resolution Protocol 地址解析协议)为IP提供动态地址解析服务。IP是TCP/IP协议族中最为核心的协议。所有的网络层和运输层数据都以IP数据报格式传输。为了减小TCP/IP协议族的负担,接收时首先要检查数据报的正确性,其次还要过滤目的地址不是本机的报文;此外如果收到被IP分片的数据报立即丢弃。最后判断协议交给TCP或ICMP协议处理。因为禁止IP层分片可以提高通信的效率和可靠性,根据以太网最大传输单元(MTU)的限制,socket子层控制了用户每次传输分组的最大字节数。同样服务端也对IP分片加以限制使IP无需把有限的系统资源消耗在IP报文重装上,这正是丢弃被分片的IP数据报的原因。ICMP提供主机或路由器报告差错或提供查询信息的服务。ICMP报文可以分成两类:差错和查询。查询报文是用一对请求和回答定义的。ICMP差错报文通常包含了引起错误的IP数据报的第一个分片的IP首部(和选项),加上该分片数据部分的前8个字节。由于运输层仅仅使用TCP协议,ICMP也进行了裁剪。协议支持ping命令请求回显应答,用于检查协议族的运行状况;差错控制全部交给运输层TCP协议处理。tcp/ip相关文章:tcp/ip是什么

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