從前面的章節我們知道，網絡接口（如以太網接口）是硬件接口，（提示：網絡接口又可以稱之為網卡，為了統一，下文均采用網卡表示網絡接口），LwIP是軟件，那么怎么讓硬件與軟件無縫連接起來呢？而且，網卡又有多種多樣，怎么能讓LwIP使用同樣的軟件能兼容不同的硬件呢？原來LwIP使用一個數據結構——netif來描述一個網卡，但是由于網卡是直接與硬件打交道的，硬件不同則處理基本是不同的，所以必須由用戶提供最底層接口函數，LwIP提供統一的接口，但是底層的實現需要用戶自己去完成，比如網卡的初始化，網卡的收發數據，當LwIP底層得到了網絡的數據之后，才會傳入內核中去處理；同理，LwIP內核需要發送一個數據包的時候，也需要調用網卡的發送函數，這樣子才能把數據從硬件接口到軟件內核無縫連接起來。LwIP中的 ethernetif.c文件即為底層接口的驅動的模版，用戶為自己的網絡設備實現驅動時應參照此模塊做修改。ethernetif.c文件中的函數通常為與硬件打交道的底層函數，當有數據需要通過網卡接收或者發送數據的時候就會被調用，經過LwIP協議棧內部進行處理后，從應用層就能得到數據或者可以發送數據。 簡單來說，netif是LwIP抽象出來的網卡，LwIP協議棧可以使用多個不同的接口，而ethernetif.c文件則提供了netif訪問各種不同的網卡，每個網卡有不同的實現方式，用戶只需要修改ethernetif.c文件即可。 在單網卡中，這個netif結構體只有一個，可能還有人會問，那么一個設備中有多個網卡怎么辦，很簡單，LwIP會將每個用netif描述的網卡連接成一個鏈表（單向鏈表），該鏈表就記錄每個網卡的netif。屏蔽硬件接口的差異，完成了對不同網卡的抽象，因此了解netif結構體是移植LwIP的關鍵。 我們可以理解將整個網絡的數據傳輸理解為物流，那么網卡就是不同的運輸工具，我們可以選擇汽車、飛機、輪船等運輸工具，不同的運輸工具速度是不一樣的，但是對于一個物流公司而言，可能同時存在很多種運輸的工具，這就需要物流公司去記錄這些運輸工具，當有一個包裹需要通過飛機運輸出去，那么物流公司就會將這個包裹通過飛機發送出去，這就好比我們的網卡，需要哪個網卡發送或者接收網絡數據的時候，就會讓對應的網卡去工作。 下面一起來看看netif數據結構是怎么樣的，具體見代碼清單 4?1。 ``` 1 struct netif 2 { 3 #if !LWIP_SINGLE_NETIF 4 /* 指向netif鏈表中的下一個 */ 5 struct netif *next; (1) 6 #endif 7 8 #if LWIP_IPV4 9 /* 網絡字節中的IP地址、子網掩碼、默認網關配置 */ 10 ip_addr_t ip_addr; 11 ip_addr_t netmask; 12 ip_addr_t gw; (2) 13 #endif /* LWIP_IPV4 */ 14 15 /* 此函數由網絡設備驅動程序調用，將數據包傳遞到TCP/IP協議棧。 16 * 對于以太網物理層，這通常是ethernet_input()*/ 17 netif_input_fn input; (3) 18 19 #if LWIP_IPV4 20 21 /* 此函數由IP層調用，在接口上發送數據包。通常這個功能， 22 * 首先解析硬件地址，然后發送數據包。 23 * 對于以太網物理層，這通常是etharp_output() */ 24 netif_output_fn output; (4) 25 26 #endif /* LWIP_IPV4 */ 27 /* 此函數由ethernet_output()調用，當需要在網卡上發送一個數據包時。 28 * 底層硬件輸出數據函數，一般是調用自定義函數low_level_output*/ 29 netif_linkoutput_fn linkoutput; (5) 30 31 #if LWIP_NETIF_STATUS_CALLBACK 32 /* 當netif狀態設置為up或down時調用此函數 */ 33 netif_status_callback_fn status_callback; (6) 34 #endif /* LWIP_NETIF_STATUS_CALLBACK */ 35 36 #if LWIP_NETIF_LINK_CALLBACK 37 /* 當netif鏈接設置為up或down時，將調用此函數 */ 38 netif_status_callback_fn link_callback; (7) 39 #endif /* LWIP_NETIF_LINK_CALLBACK */ 40 41 #if LWIP_NETIF_REMOVE_CALLBACK 42 /* 當netif被刪除時調用此函數 */ 43 netif_status_callback_fn remove_callback; (8) 44 #endif /* LWIP_NETIF_REMOVE_CALLBACK */ 45 46 /* 此字段可由設備驅動程序設置并指向設備的狀態信息。 47 * 主要是將網卡的某些私有數據傳遞給上層，用戶可以自由發揮，也可以不用。*/ 48 void *state; (9) 49 50 #ifdef netif_get_client_data 51 void* client_data[LWIP_NETIF_CLIENT_DATA_INDEX_MAX + LWIP_NUM_NETIF_CLIENT_DATA]; 52 #endif 53 #if LWIP_NETIF_HOSTNAME 54 /* 這個netif的主機名，NULL也是一個有效值 */ 55 const char* hostname; 56 #endif /* LWIP_NETIF_HOSTNAME */ 57 58 #if LWIP_CHECKSUM_CTRL_PER_NETIF 59 u16_t chksum_flags; 60 #endif /* LWIP_CHECKSUM_CTRL_PER_NETIF*/ 61 62 /** 最大傳輸單位（以字節為單位），對于以太網一般設為 1500 */ 63 u16_t mtu; (10) 64 65 /** 此網卡的鏈路層硬件地址 */ 66 u8_t hwaddr[NETIF_MAX_HWADDR_LEN]; (11) 67 68 /** 硬件地址長度，對于以太網就是 MAC 地址長度，為6字節 */ 69 u8_t hwaddr_len; (12) 70 71 /* 網卡狀態信息標志位，是很重要的控制字段， 72 * 它包括網卡功能使能、廣播使能、 ARP 使能等等重要控制位。 */ 73 u8_t flags; (13) 74 75 /* 字段用于保存每一個網卡的名字。用兩個字符的名字來標識網絡接 76 * 口使用的設備驅動的種類，名字由設備驅動來設置并且應該反映通過網卡 77 * 表示的硬件的種類。比如藍牙設備（ bluetooth）的網卡名字可以是 bt， 78 * 而 IEEE 802.11b WLAN 設備的名字就可以是wl，當然設置什么名字用戶是可 79 * 以自由發揮的，這并不影響用戶對網卡的使用。當然，如果兩個網卡 80 * 具有相同的網絡名字，我們就用 num 字段來區分相同類別的不同網卡*/ 81 char name[2]; (14) 82 83 /* 用來標示使用同種驅動類型的不同網卡 */ 84 u8_t num; (15) 85 86 #if MIB2_STATS 87 /* 連接類型 */ 88 u8_t link_type; 89 /* 連接速度 */ 90 u32_t link_speed; 91 /* 最后一次更改的時間戳 */ 92 u32_t ts; 93 /** counters */ 94 struct stats_mib2_netif_ctrs mib2_counters; 95 #endif /* MIB2_STATS */ 96 97 #if LWIP_IPV4 && LWIP_IGMP 98 /** 可以調用此函數來添加或刪除多播中的條目 99 以太網MAC的過濾表。*/ 100 netif_igmp_mac_filter_fn igmp_mac_filter; 101 #endif /* LWIP_IPV4 && LWIP_IGMP */ 102 103 #if LWIP_NETIF_USE_HINTS 104 struct netif_hint *hints; 105 #endif /* LWIP_NETIF_USE_HINTS */ 106 107 #if ENABLE_LOOPBACK 108 /* List of packets to be queued for ourselves. */ 109 struct pbuf *loop_first; 110 struct pbuf *loop_last; 111 112 #if LWIP_LOOPBACK_MAX_PBUFS 113 u16_t loop_cnt_current; 114 #endif /* LWIP_LOOPBACK_MAX_PBUFS */ 115 116 #endif /* ENABLE_LOOPBACK */ 117 }; ``` 我們挑一些比較重要的netif字段進行講解： * (1)：LwIP使用鏈表來管理同一設備的多個網卡。在netif.c文件中定義兩個全局指針：struct netif *netif_list和struct netif *netif_default，其中netif_list就是網卡鏈表指針，指向網卡鏈表的首節點（第一個網卡），后者表示默認情況下（有多網口時）使用哪個網卡。next字段指向下一個netif結構體指針，在一個設備中有多個網卡時，才使用該字段。 * (2)：ip_addr字段記錄的是網絡中的IP地址，netmask字段記錄的是子網掩碼，gw記錄的是網關地址，這些字段是用于描述網卡的網絡地址屬性。 IP地址必須與網卡對應，即設備擁有多少個網卡那就必須有多少個IP地址；子網掩碼可以用來判斷某個IP地址與當前網卡是否處于同一個子網中，IP在發送數據包的時候會選擇與目標IP地址處于同一子網的網卡來發送；網關地址在數據包的發送、轉發過程非常重要，如果要向不屬于同一子網的主機（主機目標IP地址與網卡不屬于同一子網）發送一個數據包，那么LwIP就會將數據包發送到網關中，網關設備會對該數據包進行正確的轉發，除此之外，網關還提供很多高級功能，如DNS，DHCP等。 * (3)：input是一個函數指針，指向一個函數，該函數由網絡設備驅動程序調用，將數據包傳遞到TCP/IP協議棧（IP層）。對于以太網物理層，這通常是ethernet_input()，參數為pbuf和netif類型，其中pbuf為接收到的數據包。 * (4)：output也是一個函數指針，指向一個函數，此函數由IP層調用，在接口上發送數據包。用戶需要編寫該函數并使output指向它，通這個函數的處理步驟是首先解析硬件地址，然后發送數據包。對于以太網物理層，該函數通常是etharp_output()，參數為pbuf、netif和ip_addr類型，其中，ipaddr代表要將該數據包發送到的地址，但不一定是數據包最終到到達的IP地址，比如，要發送IP數據報到一個并不在本網絡的主機上，該數據包要被發送到一個路由器上，這里的ipaddr就是路由器IP地址。 * (5)：linkoutput字段和output類似，也需要用戶自己實現一個函數，但只有兩個參數，它是由ARP模塊調用的，一般是自定義函數low_level_output()。當需要在網卡上發送一個數據包時，該函數會被ethernet_output()函數調用。 * (6)：當netif狀態設置為up或down時，將調用此函數。 * (7)：當netif連接設置為up或down時，將調用此函數。 * (8)：當netif被刪除時調用此函數。 * (9)：此字段可由設備驅動程序設置并指向設備的狀態信息。主要是將網卡的某些私有數據傳遞給上層，用戶可以自由發揮，也可以不用。 * (10)：最大傳輸單位（以字節為單位），對于以太網一般設為 1500，在IP層發送數據的時候，LwIP會使用該字段決定是否需要對數據包進行分片處理，為什么是在IP層進行分片處理？因為鏈路層不提供任何的差錯處理機制，如果在網卡中接收的數據包不滿足網卡自身的屬性，那么網卡可能就會直接丟棄該數據包，也可能在底層進行分包發送，但是這種分包在IP層看來是不可接受的，因為它打亂了數據的結構，所以只能由IP層進行分片處理。 * (11)：此網卡的鏈路層硬件地址。 * (12)：硬件地址長度，對于以太網就是 MAC 地址長度，為6字節 * (13)：網卡狀態信息標志位，是很重要的控制字段，它包括網卡功能使能、廣播使能、 ARP 使能等等重要控制位。 * (14)：name字段用于保存每一個網卡的名字。用兩個字符的名字來標識網卡使用的設備驅動的種類，名字由設備驅動來設置并且應該反映通過網卡表示的硬件的種類。比如藍牙設備（bluetooth）的網卡名字可以是 bt，而 IEEE 802.11b WLAN設備的名字就可以是wl，當然設置什么名字用戶是可以自由發揮的，這并不影響用戶對網卡的使用。當然，如果兩個網卡具有相同的網絡名字，我們就用 num字段來區分相同類別的不同網卡。 * (15)：用來標識使用同種驅動類型的不同網卡。