工业以太网协议以太网协议

经过上一篇的手把手教你手撸通讯协议(一) S7协议解析中，大家有没有发现缺了很大一部分篇幅，而且也只讲到了UDP的包头；由于UDP是让大家简单的看到以太网的工作方式，接下去我们通过开源的LwIP协议栈来好好了解以太网的真实工作方式，我将会在这一期结束的时候，给大家实现一个基于STM32的modbusTCP 主站的小demo 。
第一节：协议层简介
首先我们还是根据标准的TCP/IP协议栈来分析传输层和链路层的网络是怎样打包的；
首先我们先了解几个基础协议及网络分层：
网络接口层：定义数据帧（对电信号0/1进行的特定分组）、确认主机的物理地址（MAC地址），通过传输介质在网络上传输数据帧。网络接口有不同的实现方式，比如可以通过有线或无线的方式收发数据帧，不同的实现方式意味着不同的帧结构、传输速率等。
网络层：定义网络地址（IP地址）、区分网段、对于子网内的数据包进行MAC寻址、对于不同子网的数据包进行路由，实现网络中主机到主机的通信。主要有PPP协议、SLIP协议、ARP、ipv4等基础协议。
传输层：定义端口（Port）、标识应用程序身份、实现端口到端口的通信，TCP协议可以保证数据传输的可靠性。
应用层：定义数据格式并按照对应的格式解读数据（下层传送过来的是字节流，不能很好的被程序识别）。应用层定义了各种各样的协议来规范数据格式，常见的有 HTTP、FTP、SMTP 等。
第二节：数据包及内存存储结构
由上面的基础知识、我们根据理论知识，我们根据LwIP来进行学习。其实其实网络层级来说：TCP和UDP类似，但TCP需要实现可靠连接，网卡接收的数据包，有可能是成千上万字节，也有可能是几个字节，所以我们需要对其数据进行打包处理。
由于内存分配问题可以谈的很深、涉及到编译原理、字节对齐这些，篇幅有限，不展开。反正主要是两种方式、一种是链表、一种是内存池方式，各种系统中也都会讲到，我们主要从数据包开始说明：
struct pbuf {struct pbuf *next;void *payload;u16_t tot_len;u16_t len;u8_ttype;u8_t flags;u16_t ref;};typedef enum {PBUF_RAM, /* pbuf data is stored in RAM */PBUF_ROM, /* pbuf data is stored in ROM */PBUF_REF, /* pbuf comes from the pbuf pool */PBUF_POOL /* pbuf payload refers to RAM */} pbuf_type;这两个看上去是不是很熟悉，就是一个链表节点。分配完成后就是这样：

对这一期就先到这边，TCP的内容留在下一期。
结尾
总结一下
Summary
1、LwIP协议栈主要用于嵌入式系统的以太网协开发。该协议栈为很轻量级的以太网协议栈，通过该协议栈的学习，可以很好的理解以太网是怎么工作的，采用该协议栈，我在很多项目中实现了MQTT、S7协议、ModbusTCP协议等工业协议的开发，还有一些私有协议的开发，很好的用于网络中间件的开发。
2、讲解了物理接口层、链路层、网络层、传输层的部分协议实现和打包方式。讲的比较简单，也是给大家一个可以参考的方向。
留两个问题
问题1：IP数据包失序后怎么处理？
问题2：TCP发生粘包问题如何处理（或者说S7协议、CIP协议等是怎么处理粘包问题）？
【工业以太网协议以太网协议】2022年2月

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