輕量級(jí)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著物聯(lián)網(wǎng)的蓬勃發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)獲得了巨大的發(fā)展契機(jī)，各式各樣的嵌入式設(shè)備，如車載設(shè)備、移動(dòng)終端、監(jiān)控設(shè)備充斥著人們的生活，為人們的生活和工作帶來了巨大的便利。然而，由于嵌入式系統(tǒng)種類繁多，又要考慮系統(tǒng)對(duì)嵌入式設(shè)備處理器及內(nèi)存的資源消耗，因而許多嵌入式系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧大都設(shè)計(jì)簡單，并不能滿足多應(yīng)用場景下的需求。如何使嵌入式網(wǎng)絡(luò)協(xié)議滿足各種應(yīng)用場景的需求，并保證日常通信的安全，已經(jīng)成為人們共同關(guān)注的問題。
　　LwIP（Light

2、 weight IP）即輕量級(jí)IP協(xié)議，是標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP協(xié)議棧的裁剪，即在保證實(shí)現(xiàn)TCP/IP基礎(chǔ)功能的同時(shí)，又能很好的控制協(xié)議棧對(duì)處理器資源及存儲(chǔ)資源的消耗，是許多嵌入式系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧中非常重要的一種。但是隨著LwIP協(xié)議棧應(yīng)用場景的擴(kuò)大，在LwIP協(xié)議棧應(yīng)用過程中依然存在著很多問題。
　　首先，LwIP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧的進(jìn)程模型是讓整個(gè)協(xié)議棧駐留在一個(gè)單獨(dú)進(jìn)程中，而并不將其放在操作系統(tǒng)內(nèi)核中。而應(yīng)用程序既可以與LwIP進(jìn)程是一個(gè)進(jìn)

3、程，也可以是單獨(dú)的應(yīng)用進(jìn)程。Windows系統(tǒng)自帶的協(xié)議棧是內(nèi)核態(tài)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧，而移植到Windows系統(tǒng)下的LwIP協(xié)議棧是用戶態(tài)的協(xié)議棧，與系統(tǒng)原生的協(xié)議棧相比具有更好的可擴(kuò)展性并且高度定制。本文用官方發(fā)布的LwIP contrib文件夾下的移植代碼作為基礎(chǔ)，將LwIP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧移植到Windows操作系統(tǒng)中。此移植代碼是基于Windows的線程間通信來編寫，因此在此代碼中是不能實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間通信的，而為滿足LwIP多進(jìn)程間的通信，一般

4、的方法是要重新編寫移植文件sys_arch.c以及其它涉及到移植的函數(shù)。但重寫移植文件及函數(shù)涉及的方面非常多，不僅要對(duì)Windows中進(jìn)程間通信非常了解，而且還要對(duì)LwIP協(xié)議棧本身的移植過程非常熟悉，此種方式實(shí)現(xiàn)LwIP協(xié)議棧進(jìn)程間通信難度很大。其次，LwIP協(xié)議棧對(duì)需要安全傳輸敏感信息的場景并沒有做考慮，這使得嵌入式網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男畔⑼耆┞对诎踩{中。因此，如何保證嵌入式設(shè)備之間通訊的安全性，保證雙方通信信息的保密性、完整性已成為亟

5、待解決的重要問題。
　　本文針對(duì)LwIP在多進(jìn)程應(yīng)用場景和安全傳輸問題中的不足，研究設(shè)計(jì)了多進(jìn)程LwIP和LwIP IPsec協(xié)議。本設(shè)計(jì)基于Windows平臺(tái)，為了能夠?qū)崿F(xiàn)多應(yīng)用進(jìn)程間的通信，在不改變移植文件及相應(yīng)的移植函數(shù)的基礎(chǔ)上，通過將LwIP的核心代碼編譯成動(dòng)態(tài)鏈接庫，使得原本只能在線程間通信的協(xié)議棧轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢栽趹?yīng)用進(jìn)程間通信的協(xié)議棧。同時(shí)為了能保證通信的安全，還設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了LwIP的IPsec協(xié)議解決了嵌入式系統(tǒng)中傳輸安全