ARP协议实现原理(以单片机51为例)

zjh_larm

  ARP是Address Resolution Protocol的缩写。中文译做“地址解析协议”，本质是完成网络地址到物理地址的映射。从概念上讲就是找到一个映射方法f，使得“物理地址 = f(网络地址)”。物理地址有两种基本类型：以太网类型和proNET令牌环网类型，网络地址特指IP地址，对映射方法的要求就是高效。具体到以太网，它使用的是动态绑定转换的方法。为什么不直接使用同一种地址，而要这么麻烦呢？因为TCP/IP网络就是为将不同种类计算机互联而发明的，它的体系结构是分层的，层和层之间相互独立，改变物理层的实现不会影响到网络层。
    32位IP地址到以太网48位物理地址的映射，采用动态绑定转换的方法会遇到许多细节问题，例如：减少广播，ARP包丢失，物理地址变更(更换网卡)、移动(移动设备到另一子网)、消失(关机)等。一般是设置ARP高速缓存，通过学习、老化、更新、溢出算法处理ARP映射表来解决这些问题。其中，学习指ARP收到任何指向本节点IP地址的ARP/IP包，从中提取出地址对，而ARP缓存中无对应项时，由ARP接收部分添加；老化指为每项设置寿命域，以便代谢掉陈旧的地址映射项；更新指ARP提取到新的地址对时，用其更新缓存里已有的对应项；溢出算法指当缓存满时，采取何种方法替换旧有的地址对儿。
    我找到了几个TCP/IP源代码，对比他们的实现，深感差别巨大，灵活多变。有的代码未实现ARP缓存，只用几个全局变量记录源目的IP地址和源目的MAC地址，每次通信前直接操作全局变量，这在使用51单片机，进行点对点通信时不失为一个有效的方案；而有的代码庞大复杂，细节处理精益求精。比如实现了ARP高速缓存、支持多址节点、支持网管查看/动态改变ARP相关参数、重发处理、支持IPv6等。我的看法是：ARP的本质是地址转换，只要抓住这个灵魂，设计的大方向就把握住了。具体实现过程各具特色，因人而异，没有统一要求，有些功能可以不实现，有些优点不能兼得，而唯一不变的只有思想。
    我参考了几种已有的IP协议栈并结合51单片机的特点，实现了自己的基于uCOS51的TCP/IP协议栈方案。它只是一种具体的实现范例，不同的人有不同的设计方法。我保证自己的方案可以正常使用并具有较好的完备性。
   
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    |状态|寿命ttl|IP地址 |MAC地址|        学习
    ------------------------------
    |  0 |   FF  |X:X:X:X| XXXX  |  
            |       |  学习/更新  |         | | ARP表 |
            ---------             -----------
            |发信号量|  |  收完/收溢出错
            |SemPost |---->-------------- RxSemPost
            ----------  |>
                |       |  发完/发被中断错
                ---------->-------------- TxSemPost
          图5 网卡中断处理程序
         
         
                进入
                 |   ------
                 V   |    |                          发
             ----------   |                       低优先级
     ------> |  等待  |------        |
           |已发了N次吗？|---------->--------
           ---------------       Y
              
              图6 发送流程图
              
              
                                    进入
                                     |   -----
                                     V   |   |                       收
                                -----------  |                    高优先级
             ------------------>|   等待  ||RxSemPend|-    |    |
             |        |      --------------------       |    |
            /|\       |(不执行       | N                |    |
             |        |RxSemPost)    V                  |    |
             |        |         ------------  Y         |    |
             |        |         | 收溢出错 |--->---------    |
             |        |         | ISR之OVW |                 |
             | Y      | N       ------------                 |
        ------------------           | N                     |
        |网卡中还有包吗？|           V                       |
        |  CURR!=BNRY+1  | ------------------------  Y       |
        ------------------ |读出包头，查有无逻辑错|--->-------
               |           ------------------------
              /|\                    | N
               |                     V
               |           ------------------------
           ----------      |按包长度申请合适的大中|
           |释放内存|      |小号内存，并存入整个包|
           ----------      |，再调整BNRY          |
             /^\ /^\       ------------------------
              |   |                  |
              |   |                  V
              |   |   N  ----------------------------
              |   ---=ARPTabSize) index=0;
}
IP_in(*pIP) //IP包过滤(ARP地址学习) 注：这里处理的是IP包，伪代码与上面程序相似，但源代码差别很大。
{
  //更新
  for(i=0;i=ARPTabSize) index=0;
}
timer() //软定时器任务，用于ARP老化
{
  for(;;){
    taskDelay(1秒);
    for(i=0;i

本文来自ChinaUnix博客，如果查看原文请点：http://blog.chinaunix.net/u1/50545/showart_472514.html