目录
- 0.协议介绍
- ICMP数据包格式
- ping指令发送的ICMP回声请求消息
- ping指令接收的ICMP回声应答消息
- 1.实现步骤
- 2.源码分析
- 2.1 初始化函数
- 2.2 发送函数
- 2.3 回调函数
- 2.3.1 函数定义:
- 2.3.2 解析数据包:
- 2.3.3.处理ICMP数据包:
- 2.3.4 资源释放:
- 2.3.5 返回值:
- 3.源码展示
- 4.源码链接
- 5.问题排查解决
- 问题1:MCU发送ping后,没有回复
0.协议介绍
ping指令实际上并不直接对应一个“协议”,而是使用ICMP(Internet Control Message Protocol,互联网控制消息协议)协议来实现其功能。ICMP是IP(Internet Protocol,互联网协议)的一个辅助协议,用于在IP主机、路由器之间传递控制消息。ping指令通过发送ICMP回声请求消息(ICMP Echo Request)并等待ICMP回声应答消息(ICMP Echo Reply)来测试目标主机的可达性。
以下是ping指令使用的ICMP数据包的格式:
ICMP数据包格式
ICMP数据包封装在IP数据包内,其格式通常包括以下几个部分:
1.IP头部:包含源IP地址、目的IP地址、协议号(对于ICMP,协议号为1)、总长度、TTL(Time To Live,生存时间)等字段。
2.ICMP头部:
类型(Type):8位,表示ICMP消息的类型。对于回声请求消息,类型为8;对于回声应答消息,类型为0。
3.代码(Code):8位,与类型字段一起表示ICMP消息的具体种类。对于回声请求和回声应答消息,代码字段通常为0。
4.校验和(Checksum):16位,用于校验ICMP头部的正确性。
5.标识符(Identifier):16位,用于标识发送者的身份,以便接收者能够匹配请求和应答。
6.序列号(Sequence Number):16位,用于标识每个ICMP消息的序列号,以便在多个消息之间建立关联。
7.可选数据(Optional Data):对于回声请求和回声应答消息,这个部分通常包含用户定义的数据(即ping指令发送的数据)。这个数据可以是任意长度的,但通常不会太长,以避免数据包过大而导致的分片。
ping指令发送的ICMP回声请求消息
当使用ping指令发送ICMP回声请求消息时,数据包通常包含以下字段:
**IP头部:**源IP地址设置为发送ping指令的主机的IP地址,目的IP地址设置为要测试的目标主机的IP地址。
**ICMP头部:**类型字段设置为8(表示回声请求消息),代码字段设置为0,校验和字段根据ICMP头部的内容计算得出,标识符和序列号由发送者自行选择。
**可选数据:**通常包含一些固定的文本(如“PING”或“Hello, World!”),以及发送者的时间戳等信息。
ping指令接收的ICMP回声应答消息
当目标主机接收到ICMP回声请求消息后,会发送一个ICMP回声应答消息作为回应。这个数据包通常包含以下字段:
**IP头部:**源IP地址设置为目标主机的IP地址,目的IP地址设置为发送ping指令的主机的IP地址。
**ICMP头部:**类型字段设置为0(表示回声应答消息),代码字段设置为0,校验和字段根据ICMP头部的内容计算得出,标识符和序列号与接收到的回声请求消息中的相应字段保持一致。
**可选数据:**与接收到的回声请求消息中的可选数据保持一致(如果有的话)。
通过比较发送的回声请求消息和接收到的回声应答消息,ping指令可以计算出往返时间(RTT,Round-Trip Time),从而评估网络的延迟情况。如果目标主机不可达或设置了ICMP数据包过滤(如防火墙),则可能无法接收到回声应答消息,此时ping指令会显示相应的错误信息(如“请求超时”或“目标主机不可达”)。
1.实现步骤
在STM32上使用LwIP库实现ping功能涉及几个步骤。LwIP(Lightweight IP)是一个轻量级的TCP/IP协议栈,它被设计为可以在资源有限的系统中运行。为了在STM32上实现ping功能,你需要确保以下几点:
- 配置和初始化LwIP:
•确保你已经在你的STM32项目中正确地集成了LwIP库。
•配置网络接口(例如以太网或Wi-Fi),包括MAC地址、IP地址、子网掩码和默认网关。
•初始化LwIP堆栈。 - 设置网络接口:
•如果你使用的是以太网,需要配置并启用以太网外设。
•如果是无线网络,则需要配置Wi-Fi模块,并连接到一个可用的无线网络。 - 创建Ping线程或任务:
•在FreeRTOS环境中,你可以创建一个新的任务来处理Ping请求。
•如果没有操作系统,你可以将Ping代码放在主循环中的适当位置。 - 编写Ping函数:
•使用LwIP提供的API来发送ICMP Echo请求(即Ping请求)。这通常涉及到调用icmp_ping_send函数或类似的功能。
•你可以通过ping命令行工具或者自己实现一个简单的用户界面来触发Ping操作。 - 处理响应:
•LwIP会自动处理接收到的ICMP Echo回复,并调用相应的回调函数。
•你需要实现一个回调函数来处理这些回复,比如计算往返时间(RTT)并打印结果。 - 测试和调试:
•连接到你的开发板,并尝试Ping一个已知的IP地址(如8.8.8.8,这是Google的公共DNS服务器之一)。
•检查输出结果,确认是否成功接收到了回复。
2.源码分析
2.1 初始化函数
设置目标IP地址和本地IP地址,创建并绑定一个新的协议控制块(PCB),以及设置接收回调函数
void Ping_Init(void)
{ IP4_ADDR(&dest_ip,192,168,1,188);IP4_ADDR(&local_ip,192,168,1,30);/*bind local IP.*/LOG_INFO("local IP address:%4d.%4d.%4d.%4d\r\n",ip4_addr1(&local_ip),\ip4_addr2(&local_ip),\ip4_addr3(&local_ip),\ip4_addr4(&local_ip));/*bind dest IP.*/LOG_INFO("dest IP address:%4d.%4d.%4d.%4d\r\n", ip4_addr1(&dest_ip),\ip4_addr2(&dest_ip),\ip4_addr3(&dest_ip),\ip4_addr4(&dest_ip)); /*allocate a new pcb*/ping_pcb = raw_new(IP_PROTO_ICMP);//set IP protocol type to ICMPif(NULL == ping_pcb) {LOG_INFO("get n new raw pcb failed.\r\n");return;}raw_bind(ping_pcb,&local_ip);//bind local IP to pcb.raw_recv(ping_pcb,recv_callback,NULL);
}
2.2 发送函数
函数参数:
1.void *arg:这是一个指向raw_pcb结构体的指针,该结构体代表一个原始协议控制块(PCB),用于处理原始套接字通信。在这个函数中,它被用来发送ICMP Echo请求(即Ping请求)。
2.ip_addr_t dst_ip:这是目标IP地址,表示Ping请求应该发送到的设备。
3.Ping任务状态检查:
首先,函数检查一个全局变量ping_completed,以确定Ping任务是否已经完成。如果已完成,则函数立即返回。
4.发送次数检查:
接着,函数检查已发送的Ping请求数量(ping_count)是否已达到预设的最大值(PING_MAX_COUNT)。如果是,则将ping_completed设置为1,将ping_state设置为PING_STATE_COMPLETED,并记录已收到的回复数量(reply_count),然后返回。
5.获取PCB:
从arg参数中获取raw_pcb结构体的指针。
6.分配pbuf:
使用pbuf_alloc函数为ICMP Echo请求分配内存。请求的内存大小是ICMP头部大小加上一个消息字符串的大小(message),这里假设message是一个在函数外部定义的全局变量或常量字符串。
如果内存分配失败,则记录错误并返回。
7.检查pbuf大小:
确保分配的pbuf足够大,以容纳ICMP头部和消息数据。如果不够大,则释放pbuf并返回。
8.设置ICMP头部:
初始化ICMP Echo请求的头部字段,包括类型(type,设置为Ping请求)、代码(code)、校验和(chksum,这里初始化为0,因为LwIP协议栈在发送前会自动计算并填充正确的校验和)、标识符(id)和序列号(seqno)。
9.添加数据:
将消息数据复制到ICMP Echo请求的数据部分。这里假设message是一个包含要发送数据的字节数组。
10.发送数据包:
使用raw_sendto函数发送ICMP Echo请求。这个函数需要PCB、pbuf和目标IP地址作为参数。
记录发送时间和请求数量:
更新全局变量last_send_time为当前系统时间(使用sys_now函数获取),并增加ping_count的值。
11.释放pbuf:
在发送之后,释放之前为ICMP Echo请求分配的pbuf。
void Ping_Send(void *arg,ip_addr_t dst_ip)
{struct pbuf *icmp_pbuf = NULL;struct raw_pcb *pcb = NULL;struct icmp_echo_hdr *icmp_hdr = NULL;u8_t *data_ptr = NULL;u8_t i =0;// 检查Ping任务是否已完成if (ping_completed) {return;}// 检查是否达到最大发送次数if (ping_count >= PING_MAX_COUNT) {ping_completed = 1;ping_state = PING_STATE_COMPLETED;LOG_INFO("Ping completed: max count reached, %d replies received.\r\n", reply_count);return;}pcb = (struct raw_pcb*)arg;/* IP header(pre allocated) + payload(ICMP header + data) */icmp_pbuf = pbuf_alloc(PBUF_IP,sizeof(struct icmp_echo_hdr) + sizeof(message),PBUF_POOL);//allocate memory;if(NULL == icmp_pbuf){LOG_INFO("pbuf_alloc() failed.\r\n");return;