lan_dhcp实验_动态分配ip地址
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V1.0 | 2020-07-09 | gingko | 初次建立 |
实验二十四:LWIP_DHCP实验——动态分配IP地址
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一、 实验目的与意义 ====
了解STM32 SPI和DHCP结构。
了解STM32 SPI和DHCP特征。
掌握SPI和DHCP的使用方法。
掌握KEIL MDK 集成开发环境使用方法。
二、 实验设备及平台
iCore4 双核心板。
JLINK(或相同功能)仿真器。
Micro USB线缆。
网线。
Keil MDK 开发平台。
装有WIN XP(及更高版本)系统的计算机。
三、 实验原理
1、DHCP简介
DHCP(动态主机配置协议)是一个局域网的网络协议。指的是由服务器控制一段lP地址范围,客户机登录服务器时就可以自动获得服务器分配的lP地址和子网掩码。默认情况下,DHCP作为Windows Server的一个服务组件不会被系统自动安装,还需要管理员手动安装并进行必要的配置。
DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol,动态主机配置协议)通常被应用在大型的局域网络环境中,主要作用是集中的管理、分配IP地址,使网络环境中的主机动态的获得IP地址、Gateway地址、DNS服务器地址等信息,并能够提升地址的使用率。
DHCP协议采用客户端/服务器模型,主机地址的动态分配任务由网络主机驱动。当DHCP服务器接收到来自网络主机申请地址的信息时,才会向网络主机发送相关的地址配置等信息,以实现网络主机地址信息的动态配置。DHCP具有以下功能:
(1)保证任何IP地址在同一时刻只能由一台DHCP客户机所使用。
(2)DHCP应当可以给用户分配永久固定的IP地址。
(3)DHCP应当可以同用其他方法获得IP地址的主机共存(如手工配置IP地址的主机)。
(4)DHCP服务器应当向现有的BOOTP客户端提供服务。
DHCP有三种机制分配IP地址:
(1)自动分配方式(Automatic Allocation),DHCP服务器为主机指定一个永久性的IP地址,一旦DHCP客户端第一次成功从DHCP服务器端租用到IP地址后,就可以永久性的使用该地址。
(2)动态分配方式(Dynamic Allocation),DHCP服务器给主机指定一个具有时间限制的IP地址,时间到期或主机明确表示放弃该地址时,该地址可以被其他主机使用。
(3)手工分配方式(Manual Allocation),客户端的IP地址是由网络管理员指定的,DHCP服务器只是将指定的IP地址告诉客户端主机。
三种地址分配方式中,只有动态分配可以重复使用客户端不再需要的地址。
DHCP消息的格式是基于BOOTP(Bootstrap Protocol)消息格式的,这就要求设备具有BOOTP中继代理的功能,并能够与BOOTP客户端和DHCP服务器实现交互。BOOTP中继代理的功能,使得没有必要在每个物理网络都部署一个DHCP服务器。RFC 951和RFC 1542对BOOTP协议进行了详细描述。
2、LWIP简介
LwIP是Light Weight (轻型)IP协议,有无操作系统的支持都可以运行。LwIP实现的重点是在保持TCP协议主要功能的基础上减少对RAM 的占用,它只需十几KB的RAM和40K左右的ROM就可以运行,这使LwIP协议栈适合在低端的嵌入式系统中使用。
LwIP协议栈主要关注的是怎么样减少内存的使用和代码的大小,这样就可以让LwIP适用于资源有限的小型平台例如嵌入式系统。为了简化处理过程和内存要求,LwIP对API进行了裁减,可以不需要复制一些数据。
LwIP提供三种API:1)RAW
API 2)LwIP
API 3)BSD API。
RAW API把协议栈和应用程序放到一个进程里边,该接口基于函数回调技术,使用该接口的应用程序可以不用进行连续操作。不过,这会使应用程序编写难度加大且代 码不易被理解。为了接收数据,应用程序会向协议栈注册一个回调函数。该回调函数与特定的连接相关联,当该关联的连接到达一个信息包,该回调函数就会被协议 栈调用。这既有优点也有缺点。优点是既然应用程序和TCP/IP协议栈驻留在同一个进程中,那么发送和接收数据就不再产生进程切换。主要缺点是应用程序不 能使自己陷入长期的连续运算中,这样会导致通讯性能下降,原因是TCP/IP处理与连续运算是不能并行发生的。这个缺点可以通过把应用程序分为两部分来克 服,一部分处理通讯,一部分处理运算。
LwIP API把接收与处理放在一个线程里面。这样只要处理流程稍微被延迟,接收就会被阻塞,直接造成频繁丢包、响应不及时等严重问题。因此,接收与协议处理必须 分开。LwIP的作者显然已经考虑到了这一点,他为我们提供了 tcpip_input() 函数来处理这个问题, 虽然他并没有在 rawapi 一文中说明。讲到这里,读者应该知道tcpip_input()函数投递的消息从哪里来的答案了吧,没错,它们来自于由底层网络驱动组成的接收线程。我们在编写网络驱动时, 其接收部分以任务的形式创建。 数据包到达后, 去掉以太网包头得到IP包, 然后直接调用tcpip_input()函数将其 投递到mbox邮箱。投递结束,接收任务继续下一个数据包的接收,而被投递得IP包将由TCPIP线程继续处理。这样,即使某个IP包的处理时间过长也不 会造成频繁丢包现象的发生。这就是LwIP API。
BSD API提供了基于open-read-write-close模型的UNIX标准API,它的最大特点是使应用程序移植到其它系统时比较容易,但用在嵌入式系统中效率比较低,占用资源多。这对于我们的嵌入式应用有时是不能容忍的。
其主要特性如下:
(1) 支持多网络接口下的IP转发;
(2) 支持ICMP协议;
(3) 包括实验性扩展的UDP(用户数据报协议);
(4) 包括阻塞控制、RTT 估算、快速恢复和快速转发的TCP(传输控制协议);
(5) 提供专门的内部回调接口(Raw
API),用于提高应用程序性能;
(6) 可选择的Berkeley接口API (在多线程情况下使用) ;
(7) 在最新的版本中支持ppp;
(8) 新版本中增加了的IP fragment的支持;
(9) 支持DHCP协议,动态分配ip地址。
3、LAN8720A简介
LAN8720A是低功耗的10/100M以太网PHY层芯片,I/O引脚电压符合IEEE802.3-2005标准,支持通过RMII接口与以太网MAC层通信,内置10-BASE-T/100BASE-TX全双工传输模块,支持10Mbps和100Mbps。
LAN8720A可以通过自协商的方式与目的主机最佳的连接方式(速度和双工模式),支持HPAuto-MDIX自动翻转功能,无需更换网线即可将连接更改为直连或交叉连接。LAN8720A的主要特点如下:
高性能的10/100M以太网传输模块
支持RMII接口以减少引脚数
支持全双工和半双工模式
两个状态LED输出
可以使用25M晶振以降低成本
支持自协商模式
支持HPAuto-MDIX自动翻转功能
支持SMI串行管理接口
支持MAC接口
4、原理图
四、 实验程序
1、主函数
2、动态内存初始化
3、LWIP初始化
4、TCP初始化
5、TCP服务器任务
五、 实验步骤
把仿真器与iCore4的SWD调试口相连(直接相连或者通过转接器相连);
将跳线冒插在USB UART;
把iCore4(USB UART)通过Micro USB线与计算机相连,为iCore4供电;
把iCore4网口通过网线与计算机网口相连;
打开PuTTY;
打开Keil MDK 开发环境,并打开本实验工程;
烧写程序到iCore4上;
也可以进入Debug模式,单步运行或设置断点验证程序逻辑。
六、 实验现象
lan_dhcp实验_动态分配ip地址.1594303589.txt.gz · 最后更改: 2020/07/09 22:06 由 zgf