LwIP：处理链路状态改变

[文/告别年代   Email：byeyear@hotmail.com]

重大修订记录

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2016.11.03

感谢@ wayne88 指出（见文后讨论帖），对本文所述的NETIF_FLAG_UP标记和有效IP地址之间的关系，lwip代码作者其实是存有疑虑的。见以下链接：

http://savannah.nongnu.org/bugs/?func=detailitem&item_id=37068

所幸该链接不会影响本文内容。对1.4.1版代码，代码作者仍然采用了如本文所述的、他认为可能是“unclear”的做法。

注意 

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本文基于lwip-1.4.1，若文章与代码对不上，请确认代码版本。

基本流程

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A. link up -> link down:

   关闭MAC和DMA；

   调用netif_set_link_down

B. link down -> link up:

   打开MAC和DMA；

   调用netif_set_link_up

C. 注意：当使用RAW API时，所有使用RAW API的代码（包括处理链路状态的代码）必须运行于同一线程环境。

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代码分析

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有四个函数和两个标志位和链路状态改变有关：

A. netif_set_up

   该函数设置NETIF_FLAG_UP标记，并在链路已up（NETIF_FLAG_LINK_UP有效）的情况下发送arp探测。

/* 删除了部分预编译条件和无关代码 */
void netif_set_up(struct netif *netif)
{
  if (!(netif->flags & NETIF_FLAG_UP)) {
    netif->flags |= NETIF_FLAG_UP;
    /* 链路有效情况下发送ARP探测 */
    if (netif->flags & NETIF_FLAG_LINK_UP) {
      if (netif->flags & (NETIF_FLAG_ETHARP)) {
        etharp_gratuitous(netif);
      }
    }
  }
}

   如果你的网络使用静态IP，那么在lwip初始化时调用该函数；

   如果你的网络使用DHCP，那么DHCP成功后lwip会帮你调用netif_set_up。

B. netif_set_down

   除非你需要关闭网络，否则一般不需要主动调用该函数。

C. netif_set_link_up

   该函数设置NETIF_FLAG_LINK_UP标记，启动DHCP和AutoIP，并在NETIF_FLAG_UP标记有效的情况下发送arp探测。

void netif_set_link_up(struct netif *netif )
{
  if (!(netif->flags & NETIF_FLAG_LINK_UP)) {
    netif->flags |= NETIF_FLAG_LINK_UP;
    if (netif->dhcp) {
      dhcp_network_changed(netif);
    }
    /* ...其它代码（autoip相关）... */
    if (netif->flags & NETIF_FLAG_UP) {
      if (netif->flags & NETIF_FLAG_ETHARP) {
        etharp_gratuitous(netif);
      }
    }
    NETIF_LINK_CALLBACK(netif);
  }
}

   当驱动程序检测到链路从down变化为up时，重新初始化MAC和DMA，然后调用该函数。

   注意：初始化时如果链路有效，low_level_init直接设置NETIF_FLAG_LINK_UP，而不调用netif_set_link_up函数，避免在lwip没有完全初始化好时启动DHCP。

D. netif_set_link_down

   当驱动程序检测到链路从up变为down时调用该函数，并关闭MAC和DMA。

E. NETIF_FLAG_UP和NETIF_FLAG_LINK_UP

   前者表示lwip协议栈已经就绪（已得到合法IP地址，且协议栈已准备好收发数据包）；后者表示链路层有效。

   或者说，一个是软件（协议栈）就绪标志，一个是硬件（链路层）就绪标志。

F. 参考lwip代码中的netif.h文件对这两个标记的详细说明。

   网上很多port代码不管是否使用DHCP都在lwip初始化时设置NETIF_FLAG_UP，这是*不*正确的。

   NETIF_FLAG_UP必须在获得有效IP地址后才能置位，以保证顺利发送ARP探测。

   所以，如果使用了DHCP，那么初始化时就不能设置NETIF_FLAG_UP。

   LwIP会在链路有效情况下发送DHCP请求，并在拿到有效IP地址后为你设置NETIF_FLAG_UP。

情景分析

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A. 静态IP，初始化时链路有效

    这是最简情况。驱动层会看到Link有效，并直接设置NETIF_FLAG_LINK_UP。

    随后lwip初始化过程中调用netif_set_up，该函数设置NETIF_FLAG_UP，并发送arp探测。

B. 静态IP，初始化时链路无效

    驱动层不会设置NETIF_FLAG_LINK_UP。

    lwip初始化过程会调用netif_set_up，该函数看到没有link，除了设置NETIF_FLAG_UP标记外不会做任何事。

    当链路变为有效后，驱动层调用netif_set_link_up，发送arp探测。

C. 动态IP，初始化时链路有效

    驱动层直接设置NETIF_FLAG_LINK_UP。

    lwip初始化过程中调用dhcp_start，启动DHCP过程。

    但lwip初始化过程不会调用netif_set_up，因为还没有获得有效IP地址。

    获得有效IP后，lwip会帮我们调用netif_set_up，发送arp探测。

D. 动态IP，初始化时链路无效

    驱动层不会设置NETIF_FLAG_LINK_UP。

    lwip初始化过程中仍然会调用dhcp_start。对dhcp_start的调用是必须的，因为dhcp过程需要的资源将在该函数中分配。

    等到链路有效后驱动层调用netif_set_link_up，该函数会启动DHCP过程。

    获得有效IP后，lwip会帮我们调用netif_set_up，发送arp探测。

E. 静态IP，链路断开后重建

    链路断开时netif_set_link_down，重建后netif_set_link_up发送arp探测。

    NETIF_FLAG_UP在设置后就一直有效。

F. 动态IP，链路断开后重建

    链路重建后netif_set_link_up重新启动DHCP过程，该过程会清除NETIF_FLAG_UP标记。

    DHCP完成后lwip自动调用netif_set_up重新置位该标记并发起arp探测。

总结

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1. 使用静态IP

    low_level_init根据当前链路状态设置或不设置NETIF_FLAG_LINK_UP；

    lwip初始化时调用netif_set_up；

    链路状态改变时调用netif_set_link_up/netif_set_link_down。

2. 使用动态IP

    low_level_init根据当前链路状态设置或不设置NETIF_FLAG_LINK_UP；

    lwip初始化时调用dhcp_start；

    链路状态改变时调用netif_set_link_up/netif_set_link_down；

    不要在使用动态IP时直接调用netif_set_up，而是由lwip协议栈代码在成功获得IP后为你调用这个函数。

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