??我們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了在FreeRTOS系統(tǒng)上的LwIP的移植工作，但只是簡(jiǎn)單的在系統(tǒng)平臺(tái)上跑了起來(lái)。我們還希望能做更多的事情，這一節(jié)我們就在FreeRTOS系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)基于LwIP的UDP服務(wù)器。

1、UDP協(xié)議簡(jiǎn)述

??UDP協(xié)議全稱(chēng)是用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議，在網(wǎng)絡(luò)中它與TCP協(xié)議一樣用于處理數(shù)據(jù)包，是一種無(wú)連接的協(xié)議。在OSI模型中，處于傳輸層，是IP協(xié)議的上層協(xié)議。UDP有不提供數(shù)據(jù)包分組、組裝和不能對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行排序的缺點(diǎn)，也就是說(shuō)，當(dāng)報(bào)文發(fā)送之后，是無(wú)法得知其是否安全完整到達(dá)的。

??UDP協(xié)議的主要作用是將網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量壓縮成數(shù)據(jù)包的形式。一個(gè)典型的數(shù)據(jù)包就是一個(gè)二進(jìn)制數(shù)據(jù)的傳輸單位。每一個(gè)數(shù)據(jù)包的前8個(gè)字節(jié)用來(lái)包含報(bào)頭信息，剩余字節(jié)則用來(lái)包含具體的傳輸數(shù)據(jù)。

??UDP報(bào)頭由4個(gè)域組成，其中每個(gè)域各占用2個(gè)字節(jié)，具體如下：源端口號(hào)、目標(biāo)端口號(hào)、數(shù)據(jù)報(bào)長(zhǎng)度、校驗(yàn)值。其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下：

????UDP協(xié)議使用端口號(hào)為不同的應(yīng)用保留其各自的數(shù)據(jù)傳輸通道。UDP和TCP協(xié)議正是采用這一機(jī)制實(shí)現(xiàn)對(duì)同一時(shí)刻內(nèi)多項(xiàng)應(yīng)用同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的支持。數(shù)據(jù)發(fā)送一方（可以是客戶端或服務(wù)器端）將UDP數(shù)據(jù)包通過(guò)源端口發(fā)送出去，而數(shù)據(jù)接收一方則通過(guò)目標(biāo)端口接收數(shù)據(jù)。有的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用只能使用預(yù)先為其預(yù)留或注冊(cè)的靜態(tài)端口；而另外一些網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用則可以使用未被注冊(cè)的動(dòng)態(tài)端口。因?yàn)閁DP報(bào)頭使用兩個(gè)字節(jié)存放端口號(hào)，所以端口號(hào)的有效范圍是從0到65535。一般來(lái)說(shuō)，大于49151的端口號(hào)都代表動(dòng)態(tài)端口。

??數(shù)據(jù)報(bào)的長(zhǎng)度是指包括報(bào)頭和數(shù)據(jù)部分在內(nèi)的總字節(jié)數(shù)。因?yàn)閳?bào)頭的長(zhǎng)度是固定的，所以該域主要被用來(lái)計(jì)算可變長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)部分。數(shù)據(jù)報(bào)的最大長(zhǎng)度根據(jù)操作環(huán)境的不同而各異。從理論上說(shuō)，包含報(bào)頭在內(nèi)的數(shù)據(jù)報(bào)的最大長(zhǎng)度為65535字節(jié)。不過(guò)，一些實(shí)際應(yīng)用往往會(huì)限制數(shù)據(jù)報(bào)的大小，有時(shí)會(huì)降低到8192字節(jié)。

??UDP協(xié)議使用報(bào)頭中的校驗(yàn)值來(lái)保證數(shù)據(jù)的安全。校驗(yàn)值首先在數(shù)據(jù)發(fā)送方通過(guò)特殊的算法計(jì)算得出，在傳遞到接收方之后，還需要再重新計(jì)算。如果某個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)在傳輸過(guò)程中被第三方篡改或者由于線路噪音等原因受到損壞，發(fā)送和接收方的校驗(yàn)計(jì)算值將不會(huì)相符，由此UDP協(xié)議可以檢測(cè)是否出錯(cuò)。

2、帶系統(tǒng)UDP服務(wù)器的設(shè)計(jì)

??關(guān)于UDP服務(wù)器，我們以前在裸機(jī)狀態(tài)下，使用RAW/CallBack API函數(shù)實(shí)現(xiàn)過(guò)。在這里我們將基于操作系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)UDP服務(wù)器，在此我們需要使用netconn API函數(shù)實(shí)現(xiàn)。

2.1、netconn API

??在帶操作系統(tǒng)的LwIP應(yīng)用中，應(yīng)用程序需要使用netconn API函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)相關(guān)的應(yīng)用，接下來(lái)我們了解一下netconn API函數(shù)。

（1）、公用部分函數(shù)

??其中即可用于TCP也可用于UDP的公共netconn API函數(shù)如下：

序號(hào)函數(shù)描述

1	netconn_new（）	創(chuàng)建一個(gè)新連接
2	netconn_peer()	獲取遠(yuǎn)程IP地址和端口
3	netconn_addr()	獲取本地IP地址和端口
4	netconn_set_ipv6only()	設(shè)置netconn調(diào)用的IPv6狀態(tài)
5	netconn_get_ipv6only()	獲取netconn調(diào)用的IPv6狀態(tài)
6	netconn_delete（）	刪除現(xiàn)有連接
7	netconn_bind（）	綁定到本地端口/ ip的連接
8	netconn_connect（）	連接到遠(yuǎn)程端口/ ip的連接
9	netconn_recv（）	從netconn接收數(shù)據(jù)
10	netconn_gethostbyname_addrtype ()	執(zhí)行DNS查詢，只返回一個(gè)IP地址

（2）、用于TCP的函數(shù)

??對(duì)于TCP連接來(lái)說(shuō)，還包括如下的netconn API函數(shù)：

序號(hào)函數(shù)描述

1	netconn_listen（）	將TCP連接設(shè)置為偵聽(tīng)模式
2	netconn_write（）	在連接的TCP netconn上發(fā)送數(shù)據(jù)
3	netconn_listen_with_backlog ()	將TCP netconn設(shè)置為偵聽(tīng)模式
4	netconn_accept（）	接受偵聽(tīng)TCP連接上的傳入連接
5	netconn_recv_tcp_pbuf ()	從TCP netconn接收數(shù)據(jù)（以pbuf的形式）
6	netconn_write_partly ()	通過(guò)TCP netconn發(fā)送數(shù)據(jù)
7	netconn_close（）	關(guān)閉TCP netconn而不刪除它
8	netconn_shutdown ()	關(guān)閉TCP netconn的一端或兩端（不刪除它）

（3）、用于UDP的函數(shù)

??對(duì)于UDP連接來(lái)說(shuō)，還包括如下的netconn API函數(shù)：

序號(hào)函數(shù)描述

1	netconn_disconnect（）	斷開(kāi)與遠(yuǎn)程端口/ ip的連接
2	netconn_sendto（）	將數(shù)據(jù)發(fā)送到指定的遠(yuǎn)程端口/ ip（不適用于TCP）
3	netconn_send（）	將數(shù)據(jù)發(fā)送到當(dāng)前連接的遠(yuǎn)程端口/ ip（不適用于TCP）
4	netconn_join_leave_group（）	基本的IGMP多播支持

2.2、UDP服務(wù)器的流程

??在RAW API實(shí)現(xiàn)UDP服務(wù)器時(shí)，我們使用回調(diào)函數(shù)，當(dāng)接受到數(shù)據(jù)報(bào)文時(shí)，回調(diào)函數(shù)會(huì)被調(diào)用。在有操作系統(tǒng)的情況下，我們肯定是實(shí)現(xiàn)多線程，所以我們將UDP服務(wù)器設(shè)定為一個(gè)任務(wù)來(lái)執(zhí)行。在這個(gè)任務(wù)中我們將按如下流程來(lái)實(shí)現(xiàn)UDP服務(wù)器。

??從上圖中我們與無(wú)操作系統(tǒng)時(shí)的操作很類(lèi)似。創(chuàng)建控制塊、綁定端口等是一樣的。但在內(nèi)部接收和發(fā)送報(bào)文的方式卻是有區(qū)別的。

??至于UDP服務(wù)器最終實(shí)現(xiàn)了哪些功能，需要我們根據(jù)實(shí)際需要在處理并返回信息階段實(shí)施。功能可以很復(fù)雜也可以很簡(jiǎn)單，在這里我們就是實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單的回環(huán)服務(wù)器。

3、帶系統(tǒng)UDP服務(wù)器的實(shí)現(xiàn)

??我們已經(jīng)明白了UDP服務(wù)器在使用netconn API的實(shí)現(xiàn)方式及流程。接下來(lái)我們就來(lái)實(shí)現(xiàn)它。我們通過(guò)兩個(gè)函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)：一是初始化任務(wù)，即創(chuàng)建相應(yīng)的任務(wù)；二是實(shí)現(xiàn)這個(gè)任務(wù)函數(shù)，也就是我們的UDP服務(wù)器。

??先實(shí)現(xiàn)任務(wù)的創(chuàng)建。這個(gè)函數(shù)很簡(jiǎn)單，因?yàn)樵谝浦睱wIP協(xié)議棧時(shí)，要求在sys_arch.c文件中實(shí)現(xiàn)一個(gè)名為sys_thread_new的任務(wù)創(chuàng)建函數(shù)，而我們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了這個(gè)任務(wù)創(chuàng)建函數(shù)，所以我們直接調(diào)用它就好了。

/* UDP初始化配置 */ void UDP_Server_Initialization(void) {sys_thread_new("udpserver_thread", UDPServerThread, NULL, DEFAULT_THREAD_STACKSIZE,UDPECHO_THREAD_PRIO ); }

??接下來(lái)，我們看看UDP服務(wù)器任務(wù)函數(shù)的實(shí)現(xiàn)，根據(jù)上一節(jié)我們給出的流程，實(shí)現(xiàn)如下：

/* 定義UDP服務(wù)器數(shù)據(jù)處理進(jìn)程 */ static void UDPServerThread(void *arg) {err_t err, recv_err;static struct netconn *conn;static struct netbuf *buf; static ip_addr_t *addr; static unsigned short port;LWIP_UNUSED_ARG(arg);conn = netconn_new(NETCONN_UDP);if (conn!= NULL){err = netconn_bind(conn, IP_ADDR_ANY,UDP_ECHO_SERVER_PORT);if (err == ERR_OK){while (1) {recv_err = netconn_recv(conn, &buf);if (recv_err == ERR_OK) {addr = netbuf_fromaddr(buf);port = netbuf_fromport(buf);netconn_connect(conn, addr, port);buf->addr.addr = 0;netconn_send(conn,buf);netbuf_delete(buf);}}}else{netconn_delete(conn);}} }

??對(duì)于UDP連接來(lái)說(shuō)，netconn_connect函數(shù)的調(diào)用只是簡(jiǎn)單的設(shè)置UDP控制塊中的remote_ip和remote_port字段。其實(shí)在這里不使用該函數(shù)也是沒(méi)問(wèn)題的，因?yàn)閎uf中已經(jīng)包含了相關(guān)的信息。

4、帶系統(tǒng)UDP服務(wù)器總結(jié)

??我們實(shí)現(xiàn)了一個(gè)簡(jiǎn)單的UDP服務(wù)器應(yīng)用，其實(shí)帶有操作系統(tǒng)時(shí)只是在軟件編寫(xiě)方面采用的形式不一樣。從外界看來(lái)，依然是一個(gè)UDP服務(wù)器，與有無(wú)操作系統(tǒng)無(wú)關(guān)。所以我們的測(cè)試方法也是一樣的，與我們預(yù)期的結(jié)果也是一樣的。

歡迎關(guān)注：

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的LwIP应用开发笔记之十一：LwIP带操作系统UDP服务器的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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