第2章 LwIP概述

2.1 LwIP的优缺点

LwIP（Light weight IP）是轻量化的TCP/IP，是瑞典计算机科学院（SICS）的Adam Dunkels开发的一个小型开源的TCP/IP协议栈。设计LwIP的初衷是用少量的资源消耗实现一个较为完整的TCP/IP协议栈，其中“完整”主要是指TCP的完整性，实现的重点是，在保持TCP主要功能的基础上减少对RAM的占用。此外LwIP既可以移植到操作系统上运行，也可以在无操作系统的情况下独立运行。

本书以LwIP 2.1.2为主要对象进行讲解，后文中出现的LwIP如果没有特殊声明，均指2.1.2版本。编写本书时，LwIP 2.1.2为最新版本，可能当你读到本书时，LwIP又被更新了，对于学习而言，不必纠结于是否必须用最新的版本，因为2.1.2版本和它后面的版本在移植和应用方法上并不会有太大区别。

LwIP的主要特性：

1）支持ARP（地址解析协议）。

2）支持ICMP（因特网控制报文协议），用于网络的调试与维护。

3）支持IGMP（互联网组管理协议），可以实现多播数据的接收。

4）支持UDP（用户数据报协议）。

5）支持TCP（传输控制协议），包括阻塞控制、RTT估算、快速恢复和快速转发。

6）支持PPP（点对点通信协议），支持PPPoE。

7）支持DNS（域名解析）。

8）支持DHCP，动态分配IP地址。

9）支持IP，包括IPv4、IPv6，支持IP分片与重装功能以及多网络接口下的数据包转发。

10）支持SNMP（简单网络管理协议）。

11）支持AUTOIP，自动配置IP地址。

12）提供专门的内部回调接口（Raw API），用于提高应用程序性能。

13）提供可选择的Socket API、Netconn API（在多线程情况下使用）。

在嵌入式中使用LwIP具有以下优点：

1）资源开销低，即轻量化。LwIP内核有自己的内存管理策略和数据包管理策略，使得内核处理数据包的效率很高。另外，LwIP高度可剪裁，一切不需要的功能都可以通过宏编译选项去掉。LwIP的流畅运行需要40KB的代码ROM和几十千字节的RAM，这让它非常适合用在内存资源受限的嵌入式设备中。

2）支持的协议较为完整。几乎支持TCP/IP中所有常见的协议，这在嵌入式设备中早已够用。

3）实现了一些常见的应用程序：DHCP客户端、DNS客户端、HTTP服务器、MQTT客户端、TFTP服务器、SNTP客户端等。

4）同时提供了3种编程接口：RAW API、Netconn API和Socket API。这3种API的执行效率、易用性、可移植性以及空间的开销各不相同，用户可以根据实际需要，平衡利弊，选择合适的API进行网络应用程序的开发。

5）高度可移植。其源代码全部用C实现，用户可以很方便地实现跨处理器、跨编译器的移植。另外，它对内核中会使用到操作系统功能的地方进行了抽象，使用了一套自定义的API，用户可以自己实现这些API，从而实现跨操作系统的移植工作。

6）开源、免费。

7）相比于嵌入式领域其他的TCP/IP协议栈，比如μC-TCP/IP、FreeRTOS-TCP等，LwIP的发展历史要更悠久一些，得到了更多的验证和测试。LwIP被广泛用在嵌入式网络设备中，国内一些物联网公司推出的物联网操作系统，其TCP/IP核心就是LwIP；物联网领域知名的WiFi模块ESP8266，其TCP/IP固件使用的就是LwIP。

尽管LwIP有如此多的优点，但它毕竟是为嵌入式而生的，所以并没有很完整地实现TCP/IP协议栈。相比于Linux和Windows系统自带的TCP/IP协议栈，LwIP的功能不算完整和强大，但对于大多数物联网领域的网络应用程序，使用LwIP已经足够了。