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為啥要自己寫一個mini UDP的協(xié)議棧？因為我們干偷偷摸摸的事情，哈哈哈！?。?/li>
其實是為了不跑一個龐大的LWIP協(xié)議棧，通過自己寫的mini udp協(xié)議棧截取數(shù)據(jù)包給設備升級。這樣節(jié)省了很多資源。LWIP說大也不算大，但是看自己的需求，是否要使用LWIP協(xié)議棧了。
其實寫mini udp協(xié)議棧之前，需要先了解UDP協(xié)議的原理，數(shù)據(jù)包格式。如果你沒提前了解，給你代碼你也是看不懂，就像看天書一樣。要詳細的看UDP協(xié)議的每一包，每一Byte，每一Bit的含義，它是代表什么意思，怎么來的。
這篇文章不會長篇大論講解，因為網(wǎng)上和很多書上都有相對應的理論。

UDP理論講解

UDP報文的交付

用戶使用UDP來傳輸數(shù)據(jù)時，UDP協(xié)議會在數(shù)據(jù)前加上首部組成UDP報文，并交給IP協(xié)議來發(fā)送，而IP層將報文封裝在IP數(shù)據(jù)包中并交給底層發(fā)送，在底層中，IP數(shù)據(jù)報會被封裝在數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)幀中，可看出一個用戶數(shù)據(jù)要通過UDP報文發(fā)送，需要經(jīng)歷三次封裝過程，如下圖：

接下來我們我們一一講解每一層的格式：

UDP報文格式

UDP報文成為用戶數(shù)據(jù)報，用戶數(shù)據(jù)報的結構分為兩部分：UDP首部+UDP數(shù)據(jù)區(qū)，如下圖為UDP報文的結構。UDP首部很簡單，它由四個16位的字段組成，分別指用戶數(shù)據(jù)從哪個端口來，用到哪個端口去，總長度和校驗和。其中總長度值為：UDP首部+UDP數(shù)據(jù)區(qū)的長度。校驗和為：二進制反碼求和（此字段是可選項的）,該校驗和是偽首部+UDP頭部+數(shù)據(jù)區(qū)求得，下面會講解偽首部。

UDP偽首部

UDP校驗和的計算超出UDP報文本身，為了計算校驗和，UDP引入了偽首部的概念。偽首部的組成如下圖。偽首部完全是虛擬的，它并不會和用戶數(shù)據(jù)寶一起被發(fā)送出去，只用于計算UDP數(shù)據(jù)包的校驗和，校驗和是偽首部+UDP頭部+數(shù)據(jù)區(qū)求得。

IP層結構

IP協(xié)議是TCP/IP協(xié)議族中最為核心的協(xié)議，他提供了不可靠，無連接的服務，也依賴其它層的協(xié)議進行差錯控制，所有的TCP、UDP、ICMP、IGMP數(shù)據(jù)都被封裝在IP數(shù)據(jù)報中傳輸。IP頭部結構如下圖。

版本字段：占4bit，表明IP協(xié)議實現(xiàn)的版本號，即IPV4 or IPV6。
報頭長度：占4bit。是頭部占32比特的數(shù)字，包括可選項。普通IP數(shù)據(jù)報(沒有任何選項)，該字段的值是5，即160比特=20字節(jié)。此字段最大值為60字節(jié)。
服務類型字段：占8bit。其中前3比特為優(yōu)先權子字段(Precedence，現(xiàn)已被忽略)。第8比特保留未用。第4至第7比特分別代表延遲、吞吐量、可靠性和花費。當它們取值為1時分別代表要求最小時延、最大吞吐量、最高可靠性和最小費用。這4比特的服務類型中只能置其中1比特為1?？梢匀珵?，若全為0則表示一般服務。服務類型字段聲明了數(shù)據(jù)報被網(wǎng)絡系統(tǒng)傳輸時可以被怎樣處理。
總長度字段：占16bit。指明整個數(shù)據(jù)報的長度(以字節(jié)為單位)。最大長度為65535字節(jié)。IP頭部+UDP頭部+數(shù)據(jù)區(qū)長度。
標志字段：占16bit。用來唯一地標識主機發(fā)送的每一份數(shù)據(jù)報。通常每發(fā)一份報文，它的值會加1。
標志位字段：占3bit。標志一份數(shù)據(jù)報是否要求分段。
段偏移字段：占13bit。如果一份數(shù)據(jù)報要求分段的話，此字段指明該段偏移距原始數(shù)據(jù)報開始的位置。
生存期字段：占8bit。用來設置數(shù)據(jù)報最多可以經(jīng)過的路由器數(shù)。由發(fā)送數(shù)據(jù)的源主機設置，通常為32、64、128等。每經(jīng)過一個路由器，其值減1，直到0時該數(shù)據(jù)報被丟棄。
協(xié)議字段：占8bit。指明IP層所封裝的上層協(xié)議類型，如ICMP(1)、IGMP(2) 、TCP(6)、UDP(17)等。
頭部校驗和字段：占16bit。二進制反碼求和，根據(jù)IP頭部計算得到的校驗和。(和ICMP、IGMP、TCP、UDP不同，IP不對頭部后的數(shù)據(jù)進行校驗)。
源IP地址、目標IP地址字段：各占32bit。標明發(fā)送IP數(shù)據(jù)報文的源主機地址和接收IP報文的目標主機地址。

幀頭部

幀頭部又可以理解為MAC層頭部，它由三個字段組成，幀頭部結構如下圖。

目的mac地址、源mac地址字段：占6Byte，標明發(fā)送幀數(shù)據(jù)的源主機mac地址和接收幀數(shù)據(jù)目標主機mac地址。
協(xié)議類型字段：上一層協(xié)議類型，如0x0800代表上一層是IP協(xié)議，0x0806為arp

手寫UDP協(xié)議棧

概述

其實UDP協(xié)議棧，通俗的講就是接收UDP數(shù)據(jù)包時->解析獲取數(shù)據(jù)，發(fā)送UDP包時->組裝數(shù)據(jù)包發(fā)送。解析包和組裝包的方向是相反的。這就是棧的原理了。先進后出(FILO)。
TCP、UDP通信的字節(jié)集合要求是大端，而計算機的處理可能是小端導致，所以根據(jù)實際請款做相應的大小端處理。
數(shù)據(jù)塊中采用非對齊方式
我們根據(jù)上面所述的數(shù)據(jù)包各個頭部的結構進行定義，該定義參考了LWIP的定義方式。

UDP頭部結構體定義

PACK_STRUCT_BEGIN
struct mini_udp_header {
PACK_STRUCT_FIELD(uint16_t src_port); //src port
PACK_STRUCT_FIELD(uint16_t dest_port); //dest port
PACK_STRUCT_FIELD(uint16_t len); //packet length
PACK_STRUCT_FIELD(uint16_t chksum); //check sum
}PACK_STRUCT_STRUCT;
PACK_STRUCT_END
#define UDP_HDR_SIZE sizeof(struct mini_udp_header)

IP頭部結構體定義

PACK_STRUCT_BEGIN
struct ip_addr {
PACK_STRUCT_FIELD(uint8_t addr[4]);
} PACK_STRUCT_STRUCT;
PACK_STRUCT_END

PACK_STRUCT_BEGIN
struct mini_ip_header {
PACK_STRUCT_FIELD(uint8_t vhl); //version(front 4bit) header len(back 4bit)
PACK_STRUCT_FIELD(uint8_t tos); //type of service(8bit)
PACK_STRUCT_FIELD(uint16_t len); //total length of packet
PACK_STRUCT_FIELD(uint16_t id); //packet ID
PACK_STRUCT_FIELD(uint16_t offset); //offset
PACK_STRUCT_FIELD(uint8_t ttl); //time to live
PACK_STRUCT_FIELD(uint8_t top); //type of protocol
PACK_STRUCT_FIELD(uint16_t chksum); //check sum
PACK_STRUCT_FIELD(struct ip_addr src_ip); //src ip
PACK_STRUCT_FIELD(struct ip_addr dest_ip); //dest ip
}PACK_STRUCT_STRUCT;
PACK_STRUCT_END
#define IP_HDR_SIZE sizeof(struct mini_ip_header)

幀頭部結構體定義

PACK_STRUCT_BEGIN
struct mac_addr {
PACK_STRUCT_FIELD(uint8_t addr[6]);
} PACK_STRUCT_STRUCT;
PACK_STRUCT_END

PACK_STRUCT_BEGIN
struct mini_mac_header {
PACK_STRUCT_FIELD(struct mac_addr dest_mac); //dest mac address
PACK_STRUCT_FIELD(struct mac_addr src_mac); //src mac address
PACK_STRUCT_FIELD(uint16_t type); //The previous layer of protocol types
}PACK_STRUCT_STRUCT;
PACK_STRUCT_END
#define MAC_HDR_SIZE sizeof(struct mini_mac_header)

偽首部結構體定義

PACK_STRUCT_BEGIN
struct mini_udp_pseudo_info {
/* pseudo head */
PACK_STRUCT_FIELD(struct ip_addr src_ip);
PACK_STRUCT_FIELD(struct ip_addr dest_ip);
PACK_STRUCT_FIELD(uint16_t protocal);
PACK_STRUCT_FIELD(uint16_t len);
/* udp head */
PACK_STRUCT_FIELD(struct mini_udp_header udp_hdr);
/* user data */
PACK_STRUCT_FIELD(uint8_t data[0]);
}PACK_STRUCT_STRUCT;
PACK_STRUCT_END

#define member_offset(type, member) ((unsigned long)(&((type *)0)->member))
#define PSEUDO_HDR_SIZE member_offset(struct mini_udp_pseudo_info, udp_hdr)

接收UDP數(shù)據(jù)函數(shù)

根據(jù)上述的結構體，我們就可以將數(shù)據(jù)包解析出來，提取數(shù)據(jù)。接收的數(shù)據(jù)包要求：只獲取UDP包，版本為IPV4，用戶數(shù)據(jù)報。下面的函數(shù)功能是接收符合數(shù)據(jù)包要求的數(shù)據(jù)，并dump出來。然后返回一針數(shù)據(jù)。

int mini_udp_input(const void *packet, uint32_t packet_len)
{
struct mini_mac_header *mac_hdr = NULL;
struct mini_ip_header *ip_hdr = NULL;
struct mini_udp_header *udp_hdr = NULL;

mac_hdr = (struct mini_mac_header *)(packet);
if(mac_hdr->type != htons(ETHTYPE_IP)) //判斷類型
{
return -1;
}

ip_hdr = (struct mini_ip_header *)((uint8_t *)mac_hdr + MAC_HDR_SIZE);
if(IPH_V_GET(ip_hdr) != 4) //判斷版本是否為IPV4
{
return -1;
}

if(IPPROTO_UDP != IPH_PROTO_GET(ip_hdr)) //判斷是否為數(shù)據(jù)報
{
return -1;
}

udp_hdr = (struct mini_udp_header *)((uint8_t *)ip_hdr + IP_HDR_SIZE);

switch(ntohs(udp_hdr->src_port))
{
case DHCP_SERVER_PORT: //讀取DHCP包，獲取本地IP
{
memcpy(&udp_info.local_ip, &ip_hdr->dest_ip, sizeof(struct ip_addr));
break;
}
case NTP_SERVER_PORT: //接收指定端口號的廣播包，并dump出來。
{
hex_dump(packet, packet_len);
mini_udp_output(mac_hdr, ip_hdr, "Rice is best", sizeof("Rice is best")); //接收成功，返回數(shù)據(jù)"Rice is best"
break;
}
default:
{
return -1;
}
}
return 0;
}

發(fā)送UDP數(shù)據(jù)函數(shù)

同樣根據(jù)上述的結構體進行封裝。這里我的操作是接收到那個IP地址的數(shù)據(jù)，我就把數(shù)據(jù)發(fā)送到相應的IP地址上去。

int mini_udp_output(struct mini_mac_header *recv_mac_hdr,
struct mini_ip_header *recv_ip_hdr,
void *packet,
uint32_t packet_len)
{
uint8_t buffer[1500];
struct mini_mac_header *mac_hdr = (struct mini_mac_header *)buffer;
struct mini_ip_header *ip_hdr = (struct mini_ip_header *)((uint8_t *)mac_hdr + MAC_HDR_SIZE);
struct mini_udp_header *udp_hdr = (struct mini_udp_header *)((uint8_t *)ip_hdr + IP_HDR_SIZE);

struct mini_udp_pseudo_info *udp_pseudo_info = malloc(sizeof(struct mini_udp_pseudo_info) + packet_len);

/* 封裝mac層 */
memcpy(&mac_hdr->dest_mac, &recv_mac_hdr->src_mac, sizeof(struct mac_addr));
memcpy(&mac_hdr->src_mac, local_mac, sizeof(struct mac_addr));
mac_hdr->type = htons(ETHTYPE_IP);

/* 封裝IP層 */
IPH_VHL_SET(ip_hdr, 4, 20/4);
IPH_TOS_SET(ip_hdr, 0);
IPH_LEN_SET(ip_hdr, htons(IP_HDR_SIZE + UDP_HDR_SIZE + packet_len));
IPH_ID_SET(ip_hdr, 0);
IPH_OFFSET_SET(ip_hdr, 0);
IPH_TTL_SET(ip_hdr, 128);
IPH_PROTO_SET(ip_hdr, IPPROTO_UDP);
IPH_CHKSUM_SET(ip_hdr, 0);
memcpy(&ip_hdr->src_ip, &udp_info.local_ip, sizeof(struct ip_addr));
memcpy(&ip_hdr->dest_ip, &recv_ip_hdr->src_ip, sizeof(struct ip_addr));
IPH_CHKSUM_SET(ip_hdr, mini_udp_inet_chksum(ip_hdr, 20));

/* 封裝UDP層 */
udp_hdr->src_port = htons(NTP_CLIENT_PORT);
udp_hdr->dest_port = htons(NTP_SERVER_PORT);
udp_hdr->chksum = 0;
udp_hdr->len = htons(UDP_HDR_SIZE + packet_len);

/* 計算校驗和 */
memcpy(&udp_pseudo_info->src_ip, &ip_hdr->src_ip, sizeof(sizeof(struct ip_addr)));
memcpy(&udp_pseudo_info->dest_ip, &ip_hdr->dest_ip, sizeof(sizeof(struct ip_addr)));
udp_pseudo_info->protocal = htons(IPPROTO_UDP);
udp_pseudo_info->len = udp_hdr->len;
memcpy(&udp_pseudo_info->udp_hdr, udp_hdr, UDP_HDR_SIZE);
memcpy(udp_pseudo_info->data, packet, packet_len);

udp_hdr->chksum = mini_udp_inet_chksum(udp_pseudo_info, PSEUDO_HDR_SIZE + UDP_HDR_SIZE + packet_len);

/* 封裝用戶數(shù)據(jù) */
memcpy((uint8_t *)udp_hdr + UDP_HDR_SIZE, packet, packet_len);

wifi_send(0, buffer, MAC_HDR_SIZE + IP_HDR_SIZE + UDP_HDR_SIZE + packet_len);

free(udp_pseudo_info);
udp_pseudo_info = NULL;

return 0;
}