【正文】 其它進(jìn)程把數(shù)據(jù)報放進(jìn)輸入隊列中，IP進(jìn)程就恢復(fù)執(zhí)行并立即檢查數(shù)據(jù)報已到達(dá)的接口；當(dāng)輸入隊列不空，IP進(jìn)程提取等待處理的數(shù)據(jù)報，同時初始化TTL值，驗證數(shù)據(jù)報的首部校驗和，當(dāng)校驗和錯誤，整個數(shù)據(jù)報將被拋棄；不然則為該數(shù)據(jù)報選擇路由，若路由不存在，IP進(jìn)程調(diào)用進(jìn)程ICMP，生成并發(fā)送一個ICMP“目的不可達(dá)”的報文。校驗和是IP報頭部分計算出來的校驗和碼，若傳輸沒出現(xiàn)問題這個值應(yīng)全是1，由于路由器經(jīng)常僅將TTL減少1，因此當(dāng)路由器將TTL減少1的同時給它加1，而不需要對整個IP首部進(jìn)行全新的計算。在TCP、IP、ICMP協(xié)議中，檢驗和的算法是相同的。它指定了數(shù)據(jù)報的存留時間。標(biāo)志字段是用于標(biāo)識主機(jī)發(fā)送每一份數(shù)據(jù)報。版本號規(guī)定了數(shù)據(jù)報的格式。若緩存表已滿，ARP表管理程序循環(huán)的方式，刪除一個舊的表項，函數(shù)apr_update()函數(shù)更新IP地址與MAC地址的對應(yīng)關(guān)系,再將記錄刪除標(biāo)志指針下移一個表項，以此類推進(jìn)行替換。若收到的是ARP應(yīng)答幀則會更新緩存表。這個過程稱作廣播，ARP請求數(shù)據(jù)幀中包含目的主機(jī)IP地址，意思就是“如果你是這個IP地址的擁有者，請回答你的硬件地址”。 在這個模塊里ARP協(xié)議將IP地址轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的物理地址，具體過程如圖52所示。在發(fā)送數(shù)據(jù)報時，上層協(xié)議調(diào)用請求模塊中的一個過程，將IP地址與相應(yīng)的物理地址綁定。操作字段（OP）指出了4種操作類型，分別是ARP請求（值1）、ARP應(yīng)答（值2），這個字段是不可缺的，因為ARP請求和應(yīng)答的幀類型字段值是一樣的。圖51 用于以太網(wǎng)的ARP請求應(yīng)答格式圖51中，以太網(wǎng)報頭的頭兩個字段是以太網(wǎng)的源地址、目的地址，若目的地址為全1則為廣播地址，電纜上所有的以太網(wǎng)接口都接收廣播數(shù)據(jù)幀，幀類型字段是用來表示后面數(shù)據(jù)的類型，ARP請求或應(yīng)答，該字段的值是0x0806，硬件類型用來表示硬件地址的類型，它的值為1時表示的是以太網(wǎng)地址。以太網(wǎng)卡的物理地址是48bit地址?？蛻舳诉B續(xù)的將郵件按行發(fā)送，服務(wù)器檢測到郵件結(jié)束指示后，給予響應(yīng)。2. 建立連接在客戶端與服務(wù)器建立連接后，就可以進(jìn)行報文傳輸了。 1. 連接建立客戶端主動與服務(wù)器建立一條TCP連接。l 可以郵件發(fā)送個一個或多個收信人。SMTP協(xié)議是常用的電子郵件傳送協(xié)議。TCP采用滑動窗口協(xié)議來進(jìn)行流量控制，以防止數(shù)據(jù)發(fā)送過快導(dǎo)致接收方來不及處理。4．可靠：利用重發(fā)和流控機(jī)制來保證通信的可靠。TCP主要特點如下[17]：1. 面向連接：使用兩個TCP的應(yīng)用在發(fā)生數(shù)據(jù)傳輸之前，必須建立一個連接，而在數(shù)據(jù)傳送完后要終止連接。UDP是一個簡單的快速的，但也是不可靠和無連接的。由于IP自身沒有提供差錯報告和差錯糾正機(jī)制，這就需要其他協(xié)議來完成，這就是ICMP協(xié)議。“不可靠的”按是指它不能保證IP分組成功地傳送到目的站。 網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議選擇及分析IP是TCP/IP最重要的組成部分，是整個協(xié)議的基礎(chǔ)。以太網(wǎng)上數(shù)據(jù)的傳輸是采用網(wǎng)絡(luò)的MAC地址來進(jìn)行識別的。考慮到51系列單片機(jī)資源有限，在對協(xié)議的選取上我們應(yīng)考慮到系統(tǒng)資源和保證協(xié)議在功能及機(jī)制上的完整性。由于51系列單片機(jī)內(nèi)部資源有限，不可能實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的Internet的TCP/IP協(xié)議簇，也不需要實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP協(xié)議簇。 6. 程序模塊化，便于資源共享，軟件的維護(hù)和升級。3．用C語言編寫的程序移植性好(與匯編語言比)。因為用C語言比匯編具有很多的優(yōu)勢。跟MCS51單片機(jī)的接口簡單；對于MCS51單片機(jī)來說RTLS8019AS的帶寬充裕。，可各尋址64K；6片內(nèi)中斷邏輯具有5個中斷源，兩個優(yōu)先級，并且每個中斷源都被設(shè)置固定的入口地址，是編程簡化；7．片內(nèi)有振蕩電路，還有總線控制邏輯等。MCS51系列單片機(jī)優(yōu)點很多，首先，應(yīng)用普及，性價比高，而且形小體輕功耗低、軟硬件開發(fā)靈活方便。目前嵌入式系統(tǒng)按性能可大致分為兩種：RTOS+高檔32位CPU的系統(tǒng)和由8/16位MCU組成的系統(tǒng)。實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸。另外，UDP也不保證數(shù)據(jù)的傳輸順序。圖34 TCP連接釋放的4次握手 用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議UDP也是IP之上的另外一個傳輸層協(xié)議。傳送者一次發(fā)送的數(shù)量總小于可用緩沖去，則不會引起溢出。關(guān)閉數(shù)據(jù)傳送。TCP連接釋放需要4次握手，如圖34所示步驟如下：，即FIN報文段，F(xiàn)IN標(biāo)志置1。在這3個報文段的交換過程中，即3次握手過程完成連接。報文段2也稱為SYN+ACK文段。客戶發(fā)送SYNSEQ =x服務(wù)器接收到SYN信號發(fā)送SYN+ACKSEQ=y,ACK=x+1接收到SYN+ACK發(fā)送ACKSEQ=x+1,ACK=y+1接收到ACK時間圖33 連接建立三次握手示意圖步驟如下： 1. 客戶端發(fā)送第一個報文段，即SYN段，這個SYN報文段為報文段1。當(dāng)路由或目的站因為擁塞丟棄分組時，它就向分組的源站發(fā)送抑制報文。為防止ICMP的無限產(chǎn)生和傳送，ICMP差錯報文不會產(chǎn)生ICMP報文。自然地為保證數(shù)據(jù)的送達(dá)應(yīng)該由其它模塊來完成。把一份數(shù)據(jù)報分片以后，只有到達(dá)目的地后才進(jìn)行重組。任何時候IP層接受到一份要發(fā)送的IP數(shù)據(jù)報是，它要判斷向本地哪個接口發(fā)送數(shù)據(jù)，并查詢該接口獲得其（MTU最大運(yùn)輸單元也稱最大數(shù)據(jù)長度），IP把MTU跟數(shù)據(jù)報長度比較。找到網(wǎng)關(guān)后，ARP就獲得了它的硬件地址。遠(yuǎn)程的話，路喲器則在路由表中找該網(wǎng)關(guān)，然后通過ARP獲得硬件地址。路由用自己的硬件地址回應(yīng)源主機(jī)的請求。(1) 通信請求初始化時，得知目標(biāo)IP地址為遠(yuǎn)程地址。讓源主機(jī)的IP地址和硬件地址更新它的ARP緩存。當(dāng)該IP斷定IP地址是本地時，源主機(jī)開始在ARP緩存中查找目標(biāo)主機(jī)的硬件地址。動態(tài)是自動添加和刪除的，靜態(tài)項則是保留Cache中直至計算機(jī)重啟。所以在進(jìn)行底層數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r候必須將IP地址轉(zhuǎn)換為硬件地址，即介質(zhì)訪問控制地址。整個E類地址是一種不用的實驗性地址。 C類地址：用于局域網(wǎng)。 目前，因網(wǎng)絡(luò)大小不同，Internet定義了5種IP地址類型：A類、B類、C類、D類、E類。但是為了是32位的二進(jìn)制地址更簡潔和便于閱讀，通常采用點分十進(jìn)制。其中網(wǎng)絡(luò)號標(biāo)識一個物理的網(wǎng)絡(luò)，同一個網(wǎng)絡(luò)上所有主機(jī)需要同一個網(wǎng)絡(luò)號，該號在互聯(lián)網(wǎng)中是唯一的；而主機(jī)號確定網(wǎng)絡(luò)中的一個工作端、服務(wù)器、路由器或其它TCP/IP主機(jī)。IP是TCP/IP互聯(lián)網(wǎng)設(shè)計里最基礎(chǔ)的部分。IP提供了3個重要定義[11]：1) IP定義了數(shù)據(jù)傳輸所用的基本單元，及規(guī)定了傳輸?shù)臄?shù)據(jù)格式。圖32顯示這個如何過程如何發(fā)生的。所以，以太網(wǎng)的幀首部也有一個16bit的幀類型域這就是數(shù)據(jù)報文的封裝，應(yīng)用層數(shù)據(jù)是被逐層封裝，直到數(shù)據(jù)鏈路層。用戶數(shù)據(jù)用戶數(shù)據(jù)TCP首部14B 20B 20B 4B應(yīng)用數(shù)據(jù)應(yīng)用數(shù)據(jù)應(yīng)用數(shù)據(jù)Appl首部以太網(wǎng)驅(qū)動程序以太網(wǎng)首部以太網(wǎng) 尾部應(yīng)用數(shù)據(jù)IP首部IP首部TCP首部TCP首部IP報文段TCP報文段以太網(wǎng)幀TCPIP以太網(wǎng)確切的說，圖31中所示IP與鏈路接口之間傳送的數(shù)據(jù)單元應(yīng)該是分組，分組可以是一個IP數(shù)據(jù)報，也可以是IP數(shù)據(jù)報的一個片。 數(shù)據(jù)封裝當(dāng)應(yīng)用程序用TCP傳送數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)被傳送入?yún)f(xié)議棧中，之后逐個通過每一層直到被當(dāng)做一串比特流送入網(wǎng)絡(luò)。l DNS 域名服務(wù)系統(tǒng)：用于實現(xiàn)主機(jī)域名到IP地址之間的轉(zhuǎn)換。它為應(yīng)用程序提供各種使用協(xié)議，標(biāo)注的應(yīng)用層主要有以下協(xié)議。該層有以下協(xié)議。l ARP協(xié)議(正向地址解析協(xié)議)：將網(wǎng)絡(luò)層地址轉(zhuǎn)換為鏈路層地址。(2) 第二層 網(wǎng)際層對應(yīng)于OSI 7層參考模型的網(wǎng)絡(luò)層，網(wǎng)絡(luò)層主要解決計算機(jī)之間的通信問題，它負(fù)責(zé)管理不同設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換，它是Internet通信子網(wǎng)的最高層，它所提供的是不可靠的無連接數(shù)據(jù)報服務(wù)，無論傳輸是否正確，不做驗證、不發(fā)確認(rèn)，也不保證分組的正確 順序。表21 OSI參考模型與TCP/IP參考模型比較OSI參考模型OSI層次號TCP/IP層次描述主要應(yīng)用協(xié)議應(yīng)用層7應(yīng)用層FTP、和Telnet等表示層6會話層5傳輸層TCP和UDP傳輸層4網(wǎng)絡(luò)層3網(wǎng)際層IP、ICMP和IGMP鏈路層設(shè)備驅(qū)動及接口卡數(shù)據(jù)鏈路層2物理層1TCP/IP分層模型的四個協(xié)議層分層完成如下功能。由于采用普通單片機(jī)，所以其優(yōu)點是成本低，單片機(jī)體積小，而且產(chǎn)品可以自己搭建，有利于產(chǎn)品的維護(hù)和二次開發(fā)，易于以極高的性價比向諸多需要實現(xiàn)嵌入式接入Internet的場合推廣。圖23 直接在嵌入式處理器上實現(xiàn)TCP/IP 協(xié)議4. 使用普通單片機(jī)和網(wǎng)絡(luò)控制芯片 通過在系統(tǒng)中集成網(wǎng)絡(luò)接口芯片, 采用軟件方式實現(xiàn)TCP/IP協(xié)議棧, 使得嵌入式系統(tǒng)具備網(wǎng)絡(luò)功能從而接入Internt。此方案更為方便，無需操作系統(tǒng)，大大的節(jié)省資源，開發(fā)難度相對較低，要求對TCP/IP 協(xié)議與相關(guān)接口熟悉，技術(shù)實現(xiàn)也相對困難，且對處理器性能要求較高，需要提供大容量存儲器。同時高檔單機(jī)價格不菲，因此硬件開發(fā)成本較高[6]。如圖21所示。不足之處在于接入成本高，不適合大范圍的推廣。PC網(wǎng)關(guān)為嵌入式系統(tǒng)提供通信和管理服務(wù)。課題的難點在于要對TCP/IP協(xié)議熟悉，要對其有較為全面和深入的研究，由于低檔單片機(jī)資源有限，就必須根據(jù)需求對TCP/IP協(xié)議進(jìn)行精簡，精簡后固化到單片機(jī)中實現(xiàn)單片機(jī)中數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸。通過89C51系列單片機(jī)和網(wǎng)卡芯片RTL8019AS在單片機(jī)上實現(xiàn)Internet接入，在對TCP/IP協(xié)議深入分析的基礎(chǔ)上，對TCP/IP協(xié)議棧進(jìn)行合理的簡化后嵌入到單片機(jī)中。如何利用單片機(jī)接入Internet網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)今最熱門的技術(shù)之一。在這樣的背景下，嵌入網(wǎng)絡(luò)得以快速發(fā)展，目前世界許多國家的科研機(jī)構(gòu)和各大公司紛紛加入了嵌入式Internet技術(shù)的研究行列。這種趨勢使著嵌入式Internet技術(shù)的產(chǎn)生和迅速發(fā)展。s daily life. Research the embedded TCP/IP protocol on microprocessor with limited internal resources run，it has important realistic significance and economic value. occurrence of the embedded Internet and position of the embedded system are summarized in this thesis. Then researching the status in quo of embedded Internet technology and analyzing and paring several projects, based on the characteristic of 51 MCU, a solution scheme of the connection of MCU and Internet is showed in this paper .embedded TCP/IP protocols. After analyzing the TCP/IP protocols deeply, the TCP/IP protocols have been reasonably simplified, which can be embedded into microprocessor with limited internal resources. Thus, it can realize the longdistance data transmission by Email.Key words: Embedded；Internet；TCP/IP；MCU目 錄摘 要 IABSTRACT II第1章 引 言 1 論文選題的背景及意義 1 本文主要工作 1第2章 方案的選取 3第3章 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 5 TCP/IP分層模型 5 數(shù)據(jù)封裝 6 數(shù)據(jù)幀分用 7 協(xié)議層簡介 8 網(wǎng)際層協(xié)議 8 IP地址分配 9 地址解析協(xié)議 10 IP分片/重組 11 ICMP協(xié)議 11 傳輸控制協(xié)議 12 TCP連接和釋放 12 用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議 13第4章 系統(tǒng)總體設(shè)計 14 硬件總體功能結(jié)構(gòu)設(shè)計 14 TCP/IP協(xié)議層選擇及分析 15 鏈路層協(xié)議選擇及分析 16 網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議選擇及分析 16 傳輸層協(xié)議選擇及分析 16 應(yīng)用層協(xié)議選擇 17第5章 TCP/IP協(xié)議棧的實現(xiàn) 19 ARP協(xié)議的實現(xiàn) 19 ARP分組格式 19 ARP協(xié)議軟件實現(xiàn) 19 IP協(xié)議及其實現(xiàn) 22 IP數(shù)據(jù)報格式 22 IP軟件實現(xiàn) 22 ICMP報文協(xié)議的實現(xiàn) 24 TCP協(xié)議的實現(xiàn) 25 TCP的報文段 25 TCP協(xié)議的實現(xiàn) 26 運(yùn)輸控制塊TCB 26 處理傳入數(shù)據(jù)模塊 27 處理數(shù)據(jù)輸出模塊 28 定時管理器 29 SMTP協(xié)議的實現(xiàn) 31 客戶機(jī)與服務(wù)器之間的交互 31 SMTP郵件協(xié)議的實現(xiàn) 32第6章 結(jié)束語 34致謝 35參考文獻(xiàn) 36附錄 37第1章 引 言 論文選題的背景及意義 嵌入式Internet是本世紀(jì)計算機(jī)世界的一項熱門技術(shù)。論文首先介紹了嵌入式系統(tǒng)的組成及對嵌入式Internet產(chǎn)生。研究嵌入式TCP/IP協(xié)議在內(nèi)部資源有限微處理器上的實現(xiàn)，具有重要的現(xiàn)實意義和經(jīng)濟(jì)價值。關(guān)鍵字：嵌入式；Internet；TCP/IP；單片機(jī)ABSTRACTNowadays,