Lwip ARP分析(2)

查询ARP缓存

Lwip中查询ARP缓存的函数etharp_query声明如下：

err_t  

etharp_query(struct netif *netif,constip4_addr_t *ipaddr,struct pbuf *q)                                                    

参数ipaddr是需要进行ARP解析的IP地址，此函数的主要功能就是给发送一个关于此IP地址的ARP请求广播包，或一并发送数据包。下面结合函数前面的注释看看对于ipaddr不同情况的处理：

  * If the IP address was not yet in the cache, a pending ARP cache entry  

  * is added and an ARP request is sent for the given address. The packet                                                        

  * is queued on this entry.  

如果IP地址不在ARP缓存表中，一个新的ARP表项会被创建，并设置为pending状态，然后一个请求解析此IP地址对应MAC地址的ARP请求包会被广播出去。需要发送的数据包挂载在此ARP表项的q队列指针上。

* If the IP address was already pending in the cache, a new ARP request                                                         

 * is sent for the given address. The packet is queued on this entry.  

如果IP地址在ARP缓存表中，并且为pending状态，那么也会发送一个ARP请求广播包出去，并且挂载要发送的数据到缓存项的q队列指针上。

* If the IP address was already stable in the cache, and a packet is  

 * given, it is directly sent and no ARP request is sent out.

*  

 * If the IP address was already stable in the cache, and no packet is                                                                

 * given, an ARP request is sent out.  

如果IP地址在ARP缓存表中，并且为stable状态，如果有数据包需要发送，则直接发送数据包，不需要发送ARP请求包。如果没有数据包要发送，则发送ARP请求包。

分析完此函数的参数ipaddr，下面来看下函数的主要实现代码：

/* non-unicast address? */  

if (ip4_addr_isbroadcast(ipaddr,netif)||                                                                                                       

       ip4_addr_ismulticast(ipaddr)||  

       ip4_addr_isany(ipaddr)) { 

       return ERR_ARG; 

}  

上述代码是对参数ipaddr进行合法性判断，如果ipaddr为广播地址或者多播地址，或者空的IP地址，那么直接返回ERR_ARG。

        i =etharp_find_entry(ipaddr,ETHARP_FLAG_TRY_HARD,netif);                                                             

        if (i<0) { 

                if (q) { 

                ETHARP_STATS_INC(etharp.memerr); 

                }  

                return (err_t)i; 

        }  

        /*找到一个匹配的表项或者新建一个表项*/ 

        if (arp_table[i].state == ETHARP_STATE_EMPTY) { 

                is_new_entry =1; 

                arp_table[i].state = ETHARP_STATE_PENDING; 

                arp_table[i].netif = netif; 

        }

首先调用etharp_find_entry函数查找ARP缓存表中是否有ipaddr对应的表项，注意参数flags设置为ETHARP_FLAG_TRY_HARD，意味着即使没有找到空闲的ARP表项，也会回收一个表项。返回值i表示ARP表项的索引值，如果i小于0，在当前这种情况下，应该只有一种可能就是ARP缓存表里面全是静态ARP表项。在没有找到可用的表项情况下，如果还有未发送的数据挂载在q队列上，增加etharp.memerr统计。

如果找到的ARP表项状态为ETHARP_STATE_EMPTY，说明是一个新建的ARP表项，变量is_new_entry置为1，ARP表项状态设置为ETHARP_STATE_PENDING。

if (is_new_entry||(q ==NULL)) { 

        result =etharp_request(netif,ipaddr); 

        if (result!=  ERR_OK) { 

        /* ARP request couldn't be sent */   

        /* We don't re-send arp request in etharp_tmr, but we still queue packets,                                                           

              since this failure could be temporary, and the next packet calling  

              etharp_query again could lead to sending the queued packets. */ 

        }  

        if (q ==NULL) { 

                return result; 

        }  

}  

上面这段代码是调用etharp_request函数发送一个ARP请求包。变量is_new_entry为1代表着是一个新建的ARP缓存表，当然需要发送一个关于ipaddr的ARP请求广播包出去。指针q等于NULL，意味着没有数据需要发送，因此前面发送了ARP请求之后就可以直接返回。

在etharp_request返回值不ok的情况下，不需要再发送ARP请求包，将要发送的数据挂载到q队列上面或者直接发送出去，具体看后面代码如何处理的。

下面的代码片段是处理在q不为NULL，即有数据需要发送的情况下的处理：

if (arp_table[i].state >= ETHARP_STATE_STABLE) { 

        result =etharp_send_ip(netif,q,srcaddr,&(arp_table[i].ethaddr));                                                                      

} else if (arp_table[i].state == ETHARP_STATE_PENDING) {  

        p =q; 

        while (p) { 

                if (p->type !=PBUF_ROM) { 

                        copy_needed = 1; 

                        break; 

                }  

                p =p->next; 

        }  

 

        if (copy_needed) { 

                p =pbuf_alloc(PBUF_RAW_TX,p->tot_len,PBUF_RAM); 

                if (p!=  NULL) { 

                        if (pbuf_copy(p,q)!=  ERR_OK) { 

                                pbuf_free(p); 

                                p =NULL; 

                        }  

                }  

        } else { 

                p =q; 

                pbuf_ref(p); 

        }  

如果找到的ARP表项状态为stable，则直接调用etharp_send_ip函数将数据包发送出去。

对于状态为pending的表项需要将缓存数据发送到q队列上。Pbuf有四种类型，对于PBUF_REF、PBUF_POOL和PBUF_RAM这三种类型的pbuf数据包不能直接挂载在队列q上面，需要将数据拷贝到新申请的PBUF_RAM类型的pbuf中，然后将此新的pbuf挂载到q上。

while循环就是查找待发送数据pbuf是否有上述的三种类型中任意一个，找到的话就设置copy_needed为1，并break退出。对于一个数据包它可能使用pbuf任意四种类型，并将它们串在一起。

如果copy_needed为1，则调用pbuf_alloc函数申请一个类型为PBUF_RAM的pbuf p，并将q队列上的数据都拷贝到p上；否则只需要将p的引用计数加1即可。

if (p!=  NULL) {      /*有数据包需要挂载*/

#if ARP_QUEUEING 

        struct etharp_q_entry*new_entry; 

 

        new_entry =(struct etharp_q_entry*)memp_malloc(MEMP_ARP_QUEUE);                                                            

        if (new_entry!=  NULL) { 

                new_entry->next =  0; 

                new_entry->p =  p; 

                if (arp_table[i].q !=  NULL) { 

                        struct etharp_q_entry*r; 

                        r =arp_table[i].q; 

                        qlen++; 

                        while (r->next !=NULL) { 

                                r =r->next; 

                                qlen++; 

                        }  

                        r->next =  new_entry; 

                } else { 

                        arp_table[i].q = new_entry; 

                }  

#if ARP_QUEUE_LEN 

                if (qlen>=ARP_QUEUE_LEN) { 

                        struct etharp_q_entry*old; 

                        old =arp_table[i].q; 

                        arp_table[i].q = arp_table[i].q->next; 

                        pbuf_free(old->p); 

                        memp_free(MEMP_ARP_QUEUE,old); 

                }  

#endif  

指针p不为NULL，说明有数据需要挂载到此ARP表项的队列q上。首先从内存池中申请一个MEMP_ARP_QUEUE类型的一片内存给new_entry，并将要发送的数据包p挂载到new_entry上。

如果此ARP表项上之前已挂载有未发送的数据，那么将此新的new_entry链入在链表的最后面；如果此ARP表项上之前没有挂载未发送的数据，那么直接将队列q指针指向new_entry即可。

如果挂载了新的new_entry之后，整个队列项的长度qlen超过ARP_QUEUE_LEN，则选择将q链表头的队列项移除，也就是丢掉最老的未发送的数据包。

ARP工作流程

接收到数据包时ARP的工作流程：

如果接收到的数据包是IP包，则首先会调用etharp_update_arp_entry函数更新ARP缓存表，然后将数据传送到IP层。

如果接收到的数据包是ARP包，则首先更新ARP缓存表，然后判断ARP包的类型。如果是ARP应答包，则不作任何处理，因为前面已经更新ARP表了；如果是ARP请求包，则判断是不是给自己的，如果是发给自己的ARP请求包，则回一个相应的ARP应答包，如果不是给自己的，则忽略就行。