IPv6协议栈在ARM平台的设计与移植

摘要：首先介绍了嵌入式IPv6协议的数据处理流程，接着重点阐述了IPv6的核心协议：IPv6协议，ICMPv6协议和邻居发现协议的设计，最后，介绍了嵌入式IPv6协议的移植方法。

关键词：IPv6；ICMPv6；邻居发现协议

中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：1009-3044(2008)16-21216-02

The Design and Transplantation of IPv6 Based on ARM

XIE Xi-feng

(Department of Power Engineering,Guangxi Hydraulic and Electric Polytechnic,Nanning 530023,China)

Abstract:In this paper the author firstly Introduced the data technological process of IPv6，and thendesigned the core Protocol of IPv6： IPv6, ICMPv6, Neighbor discovery，finallythe author illustrated the transplant of IPv6.

Key words:IPv6;ICMPv6;Neighbor discovery

随着网络的发展，在嵌入式操作系统中集成TCP/IP协议栈，与系统相应的硬件配合，为嵌入式系统提供联网功能，己经成为嵌入式系统发展的重要方向。IPv6协议的新特性可以更好地满足嵌入式系统对联网功能的需求，在嵌入式系统中实现IPv6协议有着良好的应用前景。因此，研究嵌入式IPv6协议栈的设计与实现，具有重要的现实意义。

1 数据处理流程

实现协议栈重要的一点是正确的处理数据流程。根据不同的条件进行协议栈状态的转换。图1显示了对收到IPv6数据包和发送IPv6数据包的处理流程。

接收数据时，网络接口层将从网卡接收到的数据存到缓冲区，根据以太帧报头的类型字段判断以太类型，若以太类型等于0x86DD，则为IPv6数据包，把IPv6数据包发送给协议栈输入处理模块。输入处理模块先做合法性检测(包括检查IP包的版本号是否为6，判断是否是本机的单播地址，是否是相应的组播地址,计算校验和是否为0，检查IPv6头部中的下一头部是否为ICMPv6或UDP)，若不合法就抛弃，同时向源地址发送的差错报文，若合法的话,那么根据IPv6报文中下头部的值，调用不同的处理函数。

发送数据时，应用程序用UDP方式发送，按UDP报文格式封装数据包,然后把数据包传输到IP层，选择下一跳IP地址(下一个目的地址,在有路由的情况下,可能是路由的地址,本文不处理路由问题,所以下一跳IP地址即为目标IP地址)，然后，调用IPv6输出函数发送数据包。

2 IPv6模块的设计

IPv6模块主要包括两部分的功能，一是负责从网络接口层收取IPv6数据包，对数据包进行一定的处理后将数据包发送给不同的处理模块(UDP或ICMPv6)。二是从上层接收数据，进行报文的选路，封装IPv6报头后将数据包发送给网络接口层。IPv6功能主要由三个函数完成：初始化函数、输入函数和输出函数。

2.1 初始化函数

初始化函数IPv6_init()的主要工作是初始化IPv6协议中各字段的参数，以及可能包含的协议的数目，例如：协议中的版本号、优先级、流标记、源IP地址、跳数限制等。该函数在应用初始化时被函数网络底层函数InitNic()调用。

2.2 接收函数

接收函数IPv6_input()通常要实现三个功能：对到达的分组进行验证；分组重装和向上层协议传递数据包。但是在本设计中只是实现了主要有两个功能：报文的合法性检测和向上层协议传递数据包。报文的合法性检测，包括检查版本号是否正确，收到的报文长度是否短于应有的长度，报文的目的地址是否本地地址等。向上层协议传递数据包，就是根据IPv6头部的下一头部字段，对报文进行分发， 若下一头部长段为17时，则是UDP数据包， 若下一头部长段为58时，则是ICMPv6数据包。如果是UDP数据包，则调用上层的UDP接收函数udp6_input()：如果是ICMPv6报文，则调用ICMPv6协议实现中的接收处理函数ICMPv6_input()。

2.3 发送函数

在发送数据时，函数IPv6_output()通常要从两处接收传送报文：IP转发模块和IP层之上的协议。由于系统没有考虑实现IP路由转发模块，所以，IPv6_output()只实现了被ICMPv6， UDP上层协议调用。通常情况下，IPv6_output()的处理过程由四个部分组成：IPv6首部构造，路由选择和源地址选择、安全服务和分片。

3 ICMPv6模块的设计

ICMPv6协议位于IPv6层，负责接收、解释、发送ICMPv6报文。本设计主要实现了ICMPv6的echo应答，以及报错信息中的目的不可达。ICMPv6功能主要由两个函数完成：输入函数和输出函数。

3.1 输入处理函数

当输入处理函数ICMPv6_input()接收到报文时，首先检查其校验和，当校验和错误，则丢弃；当校验和正确时，按不同的类别交给相应的功能模块处理。例如，邻居请求或宣告报文到来时，ICMPv6_input()将会把报文分路交给相应的ICMPv6_ neighbor_input()模块处理。当接收到ICMPv6差错处理报文时，ICMPv6_input()将根据ICMP报文的ICMPv6_ type和ICMPv6_ code映射到一个与协议无关的差错码集上，然后将报文交给传输层，由传输层根据差错码进行相应的处理。当ICMPv6_input()接到未知ICMPv6类型报文或非响应的ICMPv6报文将丢弃报文不作任何处理。

3.2 输出处理函数

输出函数ICMPv6_output()主要是接收并处理从IP来的、或是从UDP高层协议来的差错报文，以及从应用程序来的查询报文，同时还要发送ICMPv6分组中用到的请求、询问和差错报文。它的由两部分构成：ICMPv6_ error()函数和ICMPv6_research()函数。ICMPv6_ error()函数的功能是构造差错报文，包括来自IP层和传输层的；ICMPv6_ research()是负责创建由高层或IP层所请求的请求报文。ICMPv6_error()函数负责ICMPv6数据包的封装以及校验和的生成。

4 邻居发现模块的设计

邻居发现（Neighbor discovery）报文使用ICMPv6的报文结构，邻居发现报文由邻居发现报文头和0个或多个邻居发现报文选项组成，其中邻居发现报文头由ICMPv6报头和ND报文的特定数据构成。

有5种不同的邻居发现报文：路由器请求报文、路由器公告报文、邻居请求报文、邻居公告报文和重定向报文。

本设计中只实现了邻居请求报文、邻居公告报文，通过这两个报文的交互可以使源节点和目的节点的MAC地址和IPv6地址进行绑定并且保存在对方的地址缓存区中。

5 IPv6在ARM中的移植

IPv6协议栈在设计时就考虑到了移植问题，己把所有与硬件、OS、编译器相关的部分独立出来。因此IPv6在本论文研究的系统中的移植，就是针对LPC2210硬件平台，μC/OS-II操作系统和ADS1.2的编译器对其进行相应的修改。

5.1 数据类型定义

IPv6的数据定义应该与μC/OS-II定义的数据长度类型是一致的。

typedef unsigned char uint8；

typedef signed charint8；

typedef unsigned short uint16；

typedef signed short int16；

typedef unsigned int uint32；

typedef signed int int32；

typedef floatfp32；

typedef double fp64；

5.2 操作系统相关部份

IPv6为了适应不同的操作系统，在代码中没有使用和某一种操作系统相关的系统调用和数据结构，而是在IPv6和操作系统之间加了一个操作系统封装层。操作系统封装层为操作系统服务（定时，进程同步，消息传递）提供了一个统一的接口。与操作系统移植有关的内容：IPv6采用信号量（Semaphone）和消息队列（Message Queue），作为同步与通信机制。

5.3 库函数的实现

IPv6协议栈中用到了6个外部函数，这些函数通常与用户使用的系统或编译器有关。返回字符串长度、字符串比较、内存数据块之间的互相拷贝和内存中指定长度的数据块清零4个函数已由ADS1.2中的运行时库提供，不需要再编写。因为网络数据采用的是大端数据存储，而LPC2210是工作在小端，所以在存取网络数据时要进行字节的交换。

6 结束语

嵌入式Internet技术正在快速发展，并将成为今后几年IT发展的热点。嵌入式技术也必定借此东风加快发展，进入以Internet为标志的新阶段。在不久的将来，嵌入式Internet系统的应用将会出现在本文工作生活的方方面面。基于这样的背景，着手研究一种嵌入式IPv6的设计与移植，具有重要的现实意义。

参考文献：

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[2] E Crawley.RFC2386 AFramework for QoS-based Routing in the Internet[S].

[3] R Braden.RFC 1633 Integrated Services in the Internet Architecture: an Overview[S].

[4] 陈赜,刘振兴,李宗福,等.ARM嵌入式技术实践教程[M].北京航空航天大学出版社,2005.

[5] 杜春蕾.ARM体系结构与编程[M].清华大学出版社,2003.

注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。