本發(fā)明涉及于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種網(wǎng)絡(luò)雙協(xié)議棧并行處理模型及其處理方法。

背景技術(shù)：

隨著互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的普及和信息共享程度的提高，嵌入式設(shè)備與國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)連接，也就是嵌入式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)成為一種趨勢(shì)。嵌入式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)主要是指怎樣把嵌入式系統(tǒng)接入國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)，但是目前，嵌入式系統(tǒng)還沒(méi)有一個(gè)確切統(tǒng)一的定義。廣義地說(shuō)，任何內(nèi)含中央處理器的專(zhuān)用系統(tǒng)都可以稱(chēng)之為嵌入式系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)另一種較為通用定義是：以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟硬件可裁剪、適應(yīng)于應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。嵌入式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是指為了使嵌入式系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)接入互聯(lián)網(wǎng)功能，把tcp/ip協(xié)議按照實(shí)際需求經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)化后，作為一種嵌入式應(yīng)用，從而，這種技術(shù)也可以簡(jiǎn)單地理解為一種采用嵌入式模塊而非pc系統(tǒng)直接接入互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)。

實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是嵌入式系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)功能的首要問(wèn)題。嵌入式設(shè)備受硬件資源的限制，一般只支持簡(jiǎn)單的通信協(xié)議（如rs-232/485等），這些簡(jiǎn)單的通信協(xié)議不足以讓這些嵌入式設(shè)備連入互聯(lián)網(wǎng)，因此要讓嵌入式設(shè)備連入互聯(lián)網(wǎng)，就必須讓它支持tcp/ip協(xié)議棧，最終通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集等應(yīng)用。而隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，ipv6協(xié)議的出現(xiàn)，嵌入式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)支持ipv6協(xié)議已經(jīng)成為研究的重點(diǎn)。

一般嵌入式系統(tǒng)硬件資源無(wú)法容納體系結(jié)構(gòu)復(fù)雜的協(xié)議棧，而且標(biāo)準(zhǔn)的基于ipv4，ipv6的tcp/ip協(xié)議棧都是面對(duì)pc或者服務(wù)器的實(shí)現(xiàn)，具有復(fù)雜的功能，而這些功能對(duì)于簡(jiǎn)單的，實(shí)現(xiàn)某種特定功能的嵌入式應(yīng)用是不必要的，并且給有限的系統(tǒng)資源帶來(lái)較高的負(fù)擔(dān)。因而，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)支持ipv4和ipv6兩種協(xié)議的tcp/ip雙協(xié)議棧時(shí)，必須遵照協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)文件，即ietf（intemetengineeringtaskforce互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組）的rfc（requestforcomments）文檔，從以下兩個(gè)方面裁剪嵌入式系統(tǒng)：

①功能性裁剪：裁剪掉對(duì)tcp/ip雙協(xié)議棧功能實(shí)現(xiàn)關(guān)系不大，而又不影響系統(tǒng)最終功能的協(xié)議實(shí)現(xiàn)；

②性能性裁剪：由于嵌入式系統(tǒng)一般都是針對(duì)某個(gè)特定的系統(tǒng)而實(shí)現(xiàn)的，因此根據(jù)應(yīng)用目的要求可以對(duì)某些復(fù)雜的情況進(jìn)行簡(jiǎn)化處理。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題，提供了一種網(wǎng)絡(luò)雙協(xié)議棧并行處理模型及其處理方法。

技術(shù)方案：本發(fā)明提供了一種網(wǎng)絡(luò)雙協(xié)議棧并行處理模型，包括tcp/udp協(xié)議層、網(wǎng)絡(luò)接口協(xié)議層、ipv4、ipv6協(xié)議層、icmpv4/icmpv6協(xié)議層；所述tcp/udp協(xié)議層用于識(shí)別ipv4數(shù)據(jù)包和ipv6數(shù)據(jù)包，所述網(wǎng)絡(luò)接口協(xié)議層對(duì)數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)包的封裝以及將接收到的數(shù)據(jù)發(fā)送給上層，所述ipv4、ipv6協(xié)議層實(shí)現(xiàn)了雙協(xié)議棧并行處理工作，所述icmpv4、icmpv6協(xié)議層對(duì)接收到的ping請(qǐng)求報(bào)的應(yīng)答和主動(dòng)發(fā)送ping請(qǐng)求報(bào)。

一種網(wǎng)絡(luò)雙協(xié)議棧并行處理模型的處理方法，首先將在物理層截獲下來(lái)的信息提交給數(shù)據(jù)鏈路層，在mac層對(duì)收到的幀進(jìn)行分析，此時(shí)便可以根據(jù)幀中的相應(yīng)字段區(qū)分出是ipv4包還是ipv6包，封裝處理結(jié)束后繼續(xù)向上層遞交，在網(wǎng)絡(luò)層根據(jù)從底層收上來(lái)包是ipv4包或者ipv6包來(lái)做相應(yīng)的處理實(shí)現(xiàn)雙協(xié)議棧，處理結(jié)束后繼續(xù)向上層遞交進(jìn)行傳輸層的相應(yīng)處理，直至上層用戶(hù)的應(yīng)用。

有益效果：本發(fā)明把tcp/ip雙協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)過(guò)程層次化，提高了協(xié)議棧的移植性，把該協(xié)議棧移植到其他的硬件上只需更改少量和底層硬件聯(lián)系的文件，上層的程序無(wú)需修改；tcp/ip雙協(xié)議棧在嵌入式系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)可以大量應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)以及普通生活中，可使設(shè)備輕易增加網(wǎng)絡(luò)接口，特別是隨著ipv6的推廣應(yīng)用以及現(xiàn)代生活的飛速發(fā)展，本發(fā)明所闡述的實(shí)現(xiàn)就有著更為重大的意義。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明雙協(xié)議棧結(jié)構(gòu)；

圖2是本發(fā)明雙協(xié)議棧處理流程。

具體實(shí)施方式

下面對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，但是本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限于所述實(shí)施例。

實(shí)施例：一種網(wǎng)絡(luò)雙協(xié)議棧并行處理模型，如圖1所示，包括tcp/udp協(xié)議層、網(wǎng)絡(luò)接口協(xié)議層、ipv4、ipv6協(xié)議層、icmpv4/icmpv6協(xié)議層；tcp/udp協(xié)議層用于識(shí)別ipv4數(shù)據(jù)包和ipv6數(shù)據(jù)包，網(wǎng)絡(luò)接口協(xié)議層對(duì)數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)包的封裝以及將接收到的數(shù)據(jù)發(fā)送給上層，ipv4、ipv6協(xié)議層實(shí)現(xiàn)了雙協(xié)議棧并行處理工作，icmpv4、icmpv6協(xié)議層對(duì)接收到的ping請(qǐng)求報(bào)的應(yīng)答和主動(dòng)發(fā)送ping請(qǐng)求報(bào)。

網(wǎng)絡(luò)接口協(xié)議層主要完成與硬件設(shè)備的通信。這部分功能的實(shí)現(xiàn)主要是：以太網(wǎng)控制芯片rtl8019as接口驅(qū)動(dòng)和針對(duì)ipv4棧的apr地址解析協(xié)議。接收數(shù)據(jù)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)接口層將從網(wǎng)卡接收到的數(shù)據(jù)存到緩沖區(qū)，通過(guò)讀取數(shù)據(jù)的得到以太幀報(bào)頭，根據(jù)以太幀報(bào)頭的類(lèi)型字段判斷以太類(lèi)型，從而轉(zhuǎn)入相應(yīng)的處理。在發(fā)送時(shí)根據(jù)ip報(bào)文的報(bào)頭判斷發(fā)送的是ipv4還是ipv6報(bào)文來(lái)對(duì)發(fā)送的以太幀進(jìn)行封裝。

ipv4協(xié)議的實(shí)現(xiàn)主要是ip協(xié)議層的處理，包括兩個(gè)方面：第一，對(duì)接收到的ip報(bào)進(jìn)行處理；第二，根據(jù)傳輸層協(xié)議的信息處理發(fā)送的lp報(bào)。

以下列出實(shí)現(xiàn)的幾個(gè)主要函數(shù)：

（1）createipheadcrc()16位校驗(yàn)和函數(shù)

該函數(shù)是先將ip報(bào)頭按16位的方式累加，累加的結(jié)果如果大于oxffff，就把高出的16位和低16位相加，最后結(jié)構(gòu)取反輸出。

（2）send_lp4_frame()ip報(bào)發(fā)送函數(shù)

該函數(shù)主要由上層協(xié)議的需求來(lái)封裝ip層的數(shù)據(jù)，以及把數(shù)據(jù)傳遞到以太網(wǎng)接口層等待發(fā)送。在它的輸入?yún)?shù)中指明了上一層協(xié)議的類(lèi)型，就是在這個(gè)函數(shù)中調(diào)用了以太網(wǎng)接口層的發(fā)送函數(shù)send_ip4_to_llc()。

（3）ip4_process()ip報(bào)接收函數(shù)

以太網(wǎng)層的接收函數(shù)recethernetpacked()調(diào)用該函數(shù)，它通過(guò)ip報(bào)中的協(xié)議字段判斷上層協(xié)議的類(lèi)型再調(diào)用上層協(xié)議的相應(yīng)函數(shù)進(jìn)行處理。在本發(fā)明中能處理的上層協(xié)議類(lèi)型是icmp，udp和tcp協(xié)議。

ipv6協(xié)議主要實(shí)現(xiàn)無(wú)連接的ip數(shù)據(jù)報(bào)的封裝、解封、接收和傳送的功能，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)包括以下函數(shù)：

（1）ip6_init()初始化函數(shù)

該函數(shù)的主要是初始化ipv6協(xié)議族中各字段的參數(shù)，以及可能包含的協(xié)議的數(shù)目，例如：協(xié)議中的ip地址、使用協(xié)議的類(lèi)型。

（2）ip6-process()ip報(bào)接收函數(shù)

下層的網(wǎng)絡(luò)接口層接收函數(shù)調(diào)用此函數(shù)接收ipv6數(shù)據(jù)報(bào)。ip6_process要實(shí)現(xiàn)以下兩個(gè)功能：

①報(bào)文的驗(yàn)證

報(bào)文的正確性驗(yàn)證，包括檢查版本號(hào)是否正確，收到的報(bào)文長(zhǎng)度是否短應(yīng)有的長(zhǎng)度，報(bào)文的目的是否本地接口等。

②和向上層協(xié)議傳遞數(shù)據(jù)報(bào)

向上層協(xié)議傳遞數(shù)據(jù)報(bào)，就是根據(jù)ip6_head.nextheader(下一報(bào)頭)，對(duì)報(bào)文進(jìn)行分發(fā)。如果是udp報(bào)文，則調(diào)用上層的udp協(xié)議實(shí)現(xiàn)的接收函數(shù)，如果是tcp報(bào)文，則調(diào)用上層tcp協(xié)議實(shí)現(xiàn)的接收處理函數(shù)。

（3）send_lp6_frame()ip報(bào)發(fā)送函數(shù)

在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，函數(shù)send_ip6_fram()通常要從兩處接收傳送報(bào)文：ip轉(zhuǎn)發(fā)模塊和ip層之上的協(xié)議。在本發(fā)明中，由于系統(tǒng)需要傳送的數(shù)據(jù)包都較小，系統(tǒng)硬件資源有限，send_ip6_frame()的處理過(guò)程沒(méi)有實(shí)現(xiàn)分片功能。該函數(shù)被調(diào)用時(shí)，ipv6首部雖然被上層初始化，但是ipv6首部中的版本號(hào)和流標(biāo)簽字段還是需要從主機(jī)字節(jié)順序轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)字節(jié)順序。

icmp報(bào)文中，回送請(qǐng)求和回送應(yīng)答報(bào)文可用于測(cè)試兩個(gè)系統(tǒng)的連通情況，ping工具利用的就是這兩種報(bào)文，icmp協(xié)議的實(shí)現(xiàn)主要是對(duì)接收到的ping請(qǐng)求報(bào)的應(yīng)答和主動(dòng)發(fā)送ping請(qǐng)求報(bào)等。下面說(shuō)明主要的需要實(shí)現(xiàn)的函數(shù)：

（1）createlcmp4headcrc()校驗(yàn)和計(jì)算函數(shù)

該函數(shù)負(fù)責(zé)對(duì)icmpv4報(bào)校驗(yàn)和的計(jì)算，具體算法參看ipv4報(bào)頭的校驗(yàn)和函數(shù)createipheadcrc()。

（2）ping_process發(fā)送ping請(qǐng)求幀

該函數(shù)主要是用來(lái)發(fā)送ping請(qǐng)求報(bào)，函數(shù)在運(yùn)行時(shí)首先根據(jù)輸入?yún)?shù)設(shè)置好icmp報(bào)的發(fā)送緩存區(qū)，然后調(diào)用send_ip4_framed()函數(shù)進(jìn)行發(fā)送。

（3）icmpv4_processicmpv4請(qǐng)求報(bào)處理

該函數(shù)主要處理接收到的icmpv4請(qǐng)求報(bào)，函數(shù)在運(yùn)行時(shí)首先根據(jù)icmpv4報(bào)的類(lèi)型字段判斷接收到的是否是ping請(qǐng)求幀，如果是，則根據(jù)接收到的ping請(qǐng)求幀來(lái)設(shè)置ping應(yīng)答幀，然后調(diào)用ip層的發(fā)送函數(shù)send_ip4seframe()把ping應(yīng)答幀發(fā)送出去。

（4）icmpv4_send()發(fā)送icmpv4報(bào)文

該函數(shù)主要是用來(lái)發(fā)送icmpv4信息報(bào)，首先把ip報(bào)的前20個(gè)字節(jié)復(fù)制到icmpv4報(bào)的發(fā)送緩沖區(qū)，然后根據(jù)類(lèi)型和操作等設(shè)置icmpv4報(bào)的各個(gè)字段，最后調(diào)用send_ip4_framed()函數(shù)進(jìn)行發(fā)送。

icmpv6是icmpv4的后續(xù)的版本，它對(duì)原來(lái)的icmpv4協(xié)議在功能上進(jìn)行了擴(kuò)充，icmpv6包括錯(cuò)誤報(bào)文和信息報(bào)文，錯(cuò)誤報(bào)文用來(lái)報(bào)告ipv6包在傳輸和轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程中的錯(cuò)誤。信息報(bào)文分為3類(lèi)：診斷報(bào)文、管理多點(diǎn)傳送組的報(bào)文和鄰居發(fā)現(xiàn)消息。與icmpv4不同，icmpv6響應(yīng)echo命令來(lái)檢查網(wǎng)絡(luò)是否連通，本發(fā)明中不作該命令的實(shí)現(xiàn)。

icmpv6中規(guī)定了多種協(xié)議類(lèi)型和功能，如果實(shí)現(xiàn)全部功能，需要占用大量的系統(tǒng)資源。因此，本發(fā)明對(duì)于icmpv6協(xié)議僅僅利用鄰居發(fā)現(xiàn)協(xié)議實(shí)現(xiàn)地址解析功能。

在ipv4協(xié)議中地址解析過(guò)程是由arp協(xié)議來(lái)完成，而在ipv6協(xié)議中，鄰居發(fā)現(xiàn)協(xié)議實(shí)現(xiàn)了在ipv4中的地址解析協(xié)議、控制報(bào)文協(xié)議中的路由器發(fā)現(xiàn)部分、重定向協(xié)議的所有功能，并進(jìn)行了一定的擴(kuò)展。鄰居發(fā)現(xiàn)協(xié)議解決了同一條鏈路上的所有節(jié)點(diǎn)之間的互操作問(wèn)題，地址解析過(guò)程是由鄰居請(qǐng)求和鄰居宣告報(bào)文來(lái)完成的。由于本發(fā)明沒(méi)有實(shí)現(xiàn)路由功能，因此默認(rèn)目的地址為下一跳目的地址，下面解釋地址解析過(guò)程：

當(dāng)節(jié)點(diǎn)向目的地發(fā)送數(shù)據(jù)包時(shí)，發(fā)送方根據(jù)目的地址檢查鄰居緩存表中有無(wú)目的ip地址對(duì)應(yīng)的鏈路層地址。如果鄰居緩存表中沒(méi)有記錄該目的ip地址相關(guān)的表項(xiàng)存在，就創(chuàng)建該記錄，同時(shí)將要發(fā)送的數(shù)據(jù)報(bào)放在隊(duì)列中，并啟動(dòng)地址解析過(guò)程，地址解析的過(guò)程是發(fā)送一個(gè)鄰居請(qǐng)求信息，以及等待一個(gè)鄰居宣告報(bào)文。當(dāng)收到一個(gè)鄰居宣告應(yīng)答時(shí)，將該應(yīng)答的硬件地址記錄在鄰居緩存表中，同時(shí)開(kāi)始發(fā)送放在隊(duì)列中的數(shù)據(jù)報(bào)。當(dāng)開(kāi)始傳送數(shù)據(jù)報(bào)時(shí)，發(fā)送者根據(jù)鄰居不可達(dá)檢測(cè)算法檢測(cè)相關(guān)的可達(dá)性信息，驗(yàn)證鄰居的可達(dá)性，由于本發(fā)明沒(méi)有實(shí)現(xiàn)路由功能，為了簡(jiǎn)化，這里的鄰居不可達(dá)協(xié)議檢測(cè)算法僅僅檢測(cè)新數(shù)據(jù)包的目的地址是否與鄰居緩存表中已有的目的地址相同，如果不同就開(kāi)始新的地址解析過(guò)程。