LWIP之TCP层发送相关

现在我们正式开始进入对TCP的研究，它属于传输层协议，它为应用程序提供了可靠的字节流服务。在LWIP中基本的TCP处理过程被分割为六个功能函数的实现：tcp_input(), tcp_process(), tcp_receive()【与TCP输入有关】, tcp_write(), tcp_enqueue(), tcp_output()【用于TCP输出】。这些是从大的方面来划分的。

现在先从小部tcp.c文件来分析一下：我们知道这里的函数都是被socket那一层的最终调用的。为了利于分析，我选择lwip_send函数来分析，具体不多说，最终调用到了
static err_t do_writemore(struct netconn *conn)这个函数，当然这期间也做了不少工作，最主要的就是把发送数据的指针放到了msg的指定变量中
msg.msg.msg.w.dataptr = dataptr;//指针
msg.msg.msg.w.len = size; //长度
这些又经过转化放到了netconn的write_msg中
最后就是对do_writemore的调用了，下面详细分析这个函数。

这个函数的最直接调用有以下几个：
available = tcp_sndbuf(conn->pcb.tcp);
err = tcp_write(conn->pcb.tcp, dataptr, len, conn->write_msg->msg.w.apiflags);
err = tcp_output_nagle(conn->pcb.tcp);
err = tcp_output(conn->pcb.tcp);

好，先看tcp_sndbuf这个。从其参数，我们应该想像pcb的重要性。
#define tcp_sndbuf(pcb) ((pcb)->snd_buf)//由下面分析得这里直接返回buf大小
那就继续跟踪这个pcb好了。是的，这还得从lwip_socket开始，在创建连接netconn的时候调用了do_newconn，它接着调用了pcb_new，在这个函数中如果是tcp的话有以下代码
msg->conn->pcb.tcp = tcp_new();
哈哈，还记得吧，在前面我讨论到了这里，就没有再讨论了。嗯，现在开始吧。
* Creates a new TCP protocol control block but doesn't place it on
* any of the TCP PCB lists.
* The pcb is not put on any list until binding using tcp_bind().
struct tcp_pcb * tcp_new(void)
{
return tcp_alloc(TCP_PRIO_NORMAL);
}
也许注释的意义更大一些吧，哈哈，至此，我们从注释可以知道，tcp_bind的作用是把tcp的pcb放入list中，至少是某一个list
×××××××××××××××××××××××××××××××××××××××既然都提到了，似乎不说说有点过意不去啊。Lwid_bind函数最终会调用到tcp_bind【当然是tcp为例进行分析】。这个函数也比较有意思，在进入正题之前先来了下面这么个调用
if (port == 0) 
{
port = tcp_new_port();
}
意思很明显，就是分配个新的端口号，有意思的就是这个端口号的分配函数tcp_new_port
static u16_t
tcp_new_port(void)
{
struct tcp_pcb *pcb;
#ifndef TCP_LOCAL_PORT_RANGE_START
#define TCP_LOCAL_PORT_RANGE_START 4096
#define TCP_LOCAL_PORT_RANGE_END 0x7fff
#endif
static u16_t port = TCP_LOCAL_PORT_RANGE_START;

again:
if (++port > TCP_LOCAL_PORT_RANGE_END) {
port = TCP_LOCAL_PORT_RANGE_START;
}

for(pcb = tcp_active_pcbs; pcb != NULL; pcb = pcb->next) {
if (pcb->local_port == port) {
goto again;
}
}
for(pcb = tcp_tw_pcbs; pcb != NULL; pcb = pcb->next) {
if (pcb->local_port == port) {
goto again;
}
}
for(pcb = (struct tcp_pcb *)tcp_listen_pcbs.pcbs; pcb != NULL; pcb = pcb->next) {
if (pcb->local_port == port) {
goto again;
}
}
return port;
}分别检查了3个pcb链表，本来我不想把这个函数的实现列在这里的，但是这里告诉了我们一些东西，至少我们知道有3个pcb的链表，分别是tcp_active_pcbs【处于接受发送数据状态的pcbs】、tcp_tw_pcbs【处于时间等待状态的pcbs】、tcp_listen_pcbs【处于监听状态的pcbs】。
似乎tcp_bind函数更有意思，它分别检查了4个pcbs链表，除了上面的三个还有一个tcp_bound_pcbs【处于已经绑定但还没有连接或者监听pcbs】。作用是是否有与目前pcb的ipaddr相同的pcb存在。不过这些都不是最重要的，TCP_REG(&tcp_bound_pcbs, pcb);才是我们的目的，果然如此，直接加入到了tcp_bound_pcbs链表中了。
×××××××××××××××××××××××××××××××××××××××
struct tcp_pcb * tcp_alloc(u8_t prio)//是的，你没看错，这个参数是学名是叫优先级
{
pcb = memp_malloc(MEMP_TCP_PCB);
if (pcb != NULL) 
{
memset(pcb, 0, sizeof(struct tcp_pcb));
pcb->prio = TCP_PRIO_NORMAL;
pcb->snd_buf = TCP_SND_BUF;//对的，别的可以先不管，这就是我们要找的东西
pcb->snd_queuelen = 0;
pcb->rcv_wnd = TCP_WND;
pcb->rcv_ann_wnd = TCP_WND;
pcb->tos = 0;
pcb->ttl = TCP_TTL;
/* The send MSS is updated when an MSS option is received. */
pcb->mss = (TCP_MSS > 536) ? 536 : TCP_MSS;
pcb->rto = 3000 / TCP_SLOW_INTERVAL;
pcb->sa = 0;
pcb->sv = 3000 / TCP_SLOW_INTERVAL;
pcb->rtime = -1;
pcb->cwnd = 1;
iss = tcp_next_iss();
pcb->snd_wl2 = iss;
pcb->snd_nxt = iss;
pcb->snd_max = iss;
pcb->lastack = iss;
pcb->snd_lbb = iss; 
pcb->tmr = tcp_ticks;

pcb->polltmr = 0;

#if LWIP_CALLBACK_API
pcb->recv = tcp_recv_null;
#endif /* LWIP_CALLBACK_API */ 

/* Init KEEPALIVE timer */
pcb->keep_idle = TCP_KEEPIDLE_DEFAULT;

#if LWIP_TCP_KEEPALIVE
pcb->keep_intvl = TCP_KEEPINTVL_DEFAULT;
pcb->keep_cnt = TCP_KEEPCNT_DEFAULT;
#endif /* LWIP_TCP_KEEPALIVE */

pcb->keep_cnt_sent = 0;
}
return pcb;
}就是一个tcp_pcb的结构体初始化过程，使用默认值填充该结构

好了，下面接着走，该轮到tcp_write了吧
* Write data for sending (but does not send it immediately).
* It waits in the expectation of more data being sent soon (as
* it can send them more efficiently by combining them together).
* To prompt the system to send data now, call tcp_output() after
* calling tcp_write().
【src\core\tcp_out.c】
err_t tcp_write(struct tcp_pcb *pcb, const void *data, u16_t len, u8_t apiflags)
{
/* connection is in valid state for data transmission? */
if (pcb->state == ESTABLISHED ||
pcb->state == CLOSE_WAIT ||
pcb->state == SYN_SENT ||
pcb->state == SYN_RCVD) 
{
if (len > 0) 
{
return tcp_enqueue(pcb, (void *)data, len, 0, apiflags, NULL, 0);
}
return ERR_OK;
} 
else 
{
return ERR_CONN;
}
}
这个函数确实够简单的了，检查pcb状态，直接入队列。嗯，还是觉得看注释比看函数实现过瘾。
下面的这个tcp_enqueue才是个大头函数，lwip协议栈的设计与实现文档中是这么介绍的：应用层调用tcp_write（）函数以实现发送数据，接着tcp_write（）函数再将控制权交给tcp_enqueue（），这个函数会在必要时将数据分割为适当大小的TCP段，然后再把这些TCP段放到所属连接的传输队列中【pcb->unsent】。函数的注释是这样写的：
* Enqueue either data or TCP options (but not both) for tranmission
* Called by tcp_connect(), tcp_listen_input(), tcp_send_ctrl() and tcp_write().

咱们接着上面往下看，tcp_output_nagle这个函数实际上是个宏，通过预判断以决定是否调用tcp_output。也就是说最后的执行是tcp_output来实现的。这个函数或许比tcp_enqueue还要恐怖，从体积上来看。这里也只做一个简单介绍，具体请参阅tcp_out.c文档。该函数的注释是这么说的：Find out what we can send and send it。文档是这么解释的：tcp_output函数会检查现在是不是能够发送数据，也就是判断接收器窗口是否拥有足够大的空间，阻塞窗口是否也足够大，如果条件满足，它先填充未被tcp_enqueue函数填充的tcp报头字段，接着就使用ip_route或者ip_output_if函数发送数据。