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第1章 实验平台背后的故事1

1.1 嵌入式网络技术一统江湖1

1.1.1 嵌入式网络的发展现状1

1.1.2 嵌入式LwIP协议栈4

1.2 基于STM32的实验平台浅析6

1.2.1 STM32处理器的兴起6

1.2.2 实验平台简介9

1.2.3 网卡连接情况11

1.3 本书主要内容12

第2章 LwIP协议栈初体验15

2.1 庐山真面目之LwIP代码结构15

2.1.1 LwIP简介15

2.1.2 源代码结构17

2.2 怎样用SI阅读源代码22

2.3 千里之行从LwIP框架做起27

2.3.1 协议栈分层思想27

2.3.2 进程模型30

2.3.3 协议栈编程接口31

第3章 LWIP移植初探——无操作系统模拟层35

3.1 移植说明35

3.2 移植头文件37

3.3 网卡驱动编写40

3.4 安装系统时钟47

3.5 协议栈初始化47

3.6 查询接收数据包49

3.7 数据包中断接收51

3.8 如何定位Ping问题53

第4章 内核动力之源——内存管理55

4.1 内存管理背后的故事55

4.1.1 内存管理概述55

4.1.2 常见内存分配策略57

4.2 以不变应万变——动态内存池59

4.2.1 数据结构描述59

4.2.2 函数实现65

4.3 见招拆招——动态内存堆67

4.3.1 数据结构描述67

4.3.2 函数实现69

4.4 其他内存分配策略74

第5章 网络数据包——内核血液78

5.1 数据包管理的必要性78

5.1.1 LwIP的分层特点78

5.1.2 协议进程模型80

5.2 数据包管理原理大揭密80

5.2.1 数据包结构pbuf81

5.2.2 pbuf的类型82

5.2.3 数据包申请函数85

5.2.4 数据包释放函数88

5.2.5 其他数据包操作函数90

第6章 网络抽水机——网络接口管理92

6.1 引言92

6.2 接口管理的始与末93

6.2.1 数据结构93

6.2.2 函数实现96

6.3 特殊的网络接口——环回99

6.3.1 实现原理99

6.3.2 应用程序环回通信实战102

6.4 如何动态更改IP地址109

6.4.1 重要函数109

6.4.2 实战程序110

第7章 漫漫鹊桥路——ARP协议113

7.1 ARP协议之扫盲篇113

7.1.1 物理地址与网络地址113

7.1.2 ARP协议的本质115

7.2 关键数据结构117

7.2.1 ARP表117

7.2.2 ARP报文121

7.3 ARP之数据包引进来126

7.3.1 以太网数据包递交126

7.3.2 ARP数据包处理129

7.3.3 ARP攻击131

7.3.4 ARP缓存表的更新132

7.4 ARP之数据包走出去137

7.4.1 ARP层数据处理总流程138

7.4.2 广播包与多播包的发送138

7.4.3 单播包的发送140

第8章 互联网身份证——网际协议（IP）144

8.1 IP协议之扫盲班144

8.1.1 概述144

8.1.2 IP地址145

8.1.3 特殊IP地址147

8.1.4 子网划分与子网掩码148

8.1.5 网络地址转换（NAT）150

8.1.6 单播、多播与广播151

8.2 什么是IP数据报153

8.2.1 数据报组成结构153

8.2.2 数据结构158

8.3 IP数据报之走出去159

8.3.1 发送数据报159

8.3.2 数据报分片162

8.4 IP数据报之引进来166

8.4.1 数据报接收166

8.4.2 分片重装数据结构171

8.4.3 分片重装函数174

8.4.4 分片插入与检查178

第9章 互联网医生——ICMP协议182

9.1 ICMP扫盲班182

9.1.1 ICMP协议182

9.1.2 报文交付183

9.1.3 报文类型184

9.1.4 报文格式185

9.1.5 差错报文185

9.1.6 查询报文188

9.2 ICMP实现大起底189

9.2.1 数据结构189

9.2.2 发送差错报文191

9.2.3 ICMP报文的处理192

9.2.4 ping命令196

9.2.5 ICMP洪水197

9.3 如何发送Ping请求198

9.3.1 实现原理——raw＿pcb199

9.3.2 发送ping请求200

9.3.3 测试结果203

第10章 Raw API无招胜有招之UDP篇205

10.1 UDP协议扫盲班205

10.1.1 传输层协议205

10.1.2 UDP协议206

10.1.3 端口号207

10.1.4 UDP报文的交付208

10.1.5 UDP报文格式209

10.1.6 UDP伪首部与校验和210

10.2 UDP数据结构详解212

10.2.1 报文首部结构212

10.2.2 控制块212

10.3 UDP RAW编程秘籍216

10.3.1 使用UDP编程216

10.3.2 新建控制块216

10.3.3 绑定控制块217

10.3.4 连接控制块218

10.3.5 其他控制块操作函数219

10.4 UDP RAW编程初体验220

10.4.1 UDP编程秘诀220

10.4.2 回送程序221

10.4.3 测试结果222

10.4.4 回调编程的缺陷224

10.5 内核报文处理细节224

10.5.1 报文的发送224

10.5.2 报文接收与递交228

10.6 挑战更复杂的UDP应用231

10.6.1 使用TFTP传送文件231

10.6.2 应用程序实现234

10.6.3 TFTP测试结果242

第11章 Raw API无招胜有招之TCP篇244

11.1 TCP协议大揭秘244

11.1.1 TCP的必要性244

11.1.2 TCP的特性245

11.1.3 连接的定义247

11.1.4 数据流编号248

11.1.5 滑动窗口248

11.2 TCP入门——报文249

11.2.1 报文格式249

11.2.2 TCP选项251

11.2.3 紧急数据252

11.2.4 强迫数据交互253

11.2.5 报文首部数据结构253

11.3 TCP基础——连接254

11.3.1 建立连接254

11.3.2 断开连接255

11.3.3 复位连接256

11.3.4 TCP状态转换图257

11.3.5 特殊的状态转换259

11.4 TCP核心——控制块260

11.4.1 控制块数据结构260

11.4.2 控制块链表263

11.4.3 接收窗口264

11.4.4 发送窗口264

11.5 TCP RAW编程秘诀265

11.5.1 控制块新建265

11.5.2 控制块绑定267

11.5.3 控制块侦听267

11.5.4 控制块连接268

11.5.5 发送数据270

11.5.6 关闭连接270

11.5.7 其他函数272

11.6 TCP RAW编程初体验272

11.6.1 TCP编程本质272

11.6.2 HTTP服务器278

11.6.3 打不死的客户端280

11.7 TCP输出处理细节放送283

11.7.1 报文段缓冲283

11.7.2 报文段构建285

11.7.3 报文段发送287

11.8 TCP输入处理细节放送289

11.8.1 TCP层函数调用流程289

11.8.2 报文输入291

11.8.3 TIME＿WAIT状态的报文处理294

11.8.4 LISTEN状态的报文处理294

11.8.5 SYN攻击296

11.8.6 TCP状态机函数297

11.8.7 TCP数据输入301

11.9 可靠的传输服务305

11.9.1 超时重传与RTT估计306

11.9.2 慢启动与拥塞避免311

11.9.3 快速重传与快速恢复314

11.9.4 糊涂窗口与避免316

11.9.5 零窗口探查319

11.9.6 保活机制321

11.9.7 TCP定时器322

11.10 挑战更复杂的TCP应用327

11.10.1 Telnet服务器327

11.10.2 测试结果333

第12章 LwIP乾坤大挪移——操作系统模拟层335

12.1 模拟层是怎样炼成的336

12.1.1 移植综述336

12.1.2 添加文件338

12.1.3 修改头文件lwipopts.h339

12.1.4 头文件sys＿arch.h339

12.1.5 全局变量与初始化340

12.1.6 信号量函数341

12.1.7 邮箱函数343

12.1.8 创建新进程348

12.1.9 修改内核初始化函数349

12.1.10 移植结果测试350

12.2 Sequential API牛刀小试350

12.2.1 回显服务器351

12.2.2 Web服务器352

12.2.3 操作系统下的raw API355

第13章 Sequential API大显身手356

13.1 探秘内核定时事件356

13.1.1 定时结构356

13.1.2 定时链表357

13.1.3 内核进程359

13.1.4 处理定时事件361

13.2 论消息机制的重要性363

13.2.1 消息结构363

13.2.2 数据包消息364

13.2.3 协议栈API实现365

13.2.4 API消息367

13.3 协议栈接口全搜罗369

13.3.1 用户数据缓冲netbuf369

13.3.2 如何操作数据缓冲371

13.3.3 连接结构netconn373

13.3.4 内核回调接口375

13.3.5 协议栈API秘籍377

13.4 Sequential API大会战383

13.4.1 网页控制设备383

13.4.2 UDP性能测试386

13.4.3 TCP性能测试388

13.4.4 并发服务器390

第14章 万剑归宗之Socket编程395

14.1 套接字接口来龙去脉395

14.1.1 如何实现Socket395

14.1.2 套接字函数秘籍397

14.2 Socket实战大串烧401

14.2.1 智能的TCP客户端402

14.2.2 UDP时间服务器404

14.2.3 Winsock客户端设计406

14.3 基于Select的并发服务器408

14.3.1 神奇的Select函数409

14.3.2 Select原理全解析410

14.3.3 Select实战——并发服务器419

第15章 LwIP工程实战——物联网关424

15.1 项目背景424

15.1.1 中央空调系统与温控器424

15.1.2 新需求的出现427

15.1.3 要做什么与如何去做430

15.2 智能网络温控器431

15.2.1 温控器实现方案431

15.2.2 Modbus TCP服务器432

15.3 物联网关设计440

15.3.1 物联网关实现方案440

15.3.2 网关服务器441

15.4 现场调试与测试446

15.4.1 温控器测试446

15.4.2 物联网关测试447

第16章 天下之术皆为我用——LwIP高级篇449

16.1 外网访问之道——域名解析449

16.1.1 域名系统（DNS）449

16.1.2 DNS牛刀小试450

16.1.3 下载外网数据453

16.2 如何自动分配IP地址——DHCP456

16.2.1 DHCP大讲堂456

16.2.2 DHCP之实现详解458

16.2.3 是骡子是马——遛遛DHCP460

16.3 如何实现组播——Intemet组管理464

16.3.1 IGMP协议大讲堂464

16.3.2 IGMP组播实践465

第17章 最后的战役468

17.1 如何配置协议栈468

17.1.1 内核配置文件opt.h468

17.1.2 如何提高TCP性能471

17.2 内核调试常用方法472

17.2.1 内核日志输出472

17.2.2 网络调试助手474

17.2.3 Wireshark抓包475

17.3 为了更好的明天476

17.3.1 常见移植问题476

17.3.2 常见应用问题478

17.4 故事结局483

参考文献484