从前面的章节我们知道，网络接口（如以太网接口）是硬件接口，（提示：网络接口又可以称之为网卡，为了统一，下文均采用网卡表示网络接口），LwIP是软件，那么怎么让硬件与软件无缝连接起来呢？而且，网卡又有多种多样，怎么能让LwIP使用同样的软件能兼容不同的硬件呢？原来LwIP使用一个数据结构——netif来描述一个网卡，但是由于网卡是直接与硬件打交道的，硬件不同则处理基本是不同的，所以必须由用户提供最底层接口函数，LwIP提供统一的接口，但是底层的实现需要用户自己去完成，比如网卡的初始化，网卡的收发数据，当LwIP底层得到了网络的数据之后，才会传入内核中去处理；同理，LwIP内核需要发送一个数据包的时候，也需要调用网卡的发送函数，这样子才能把数据从硬件接口到软件内核无缝连接起来。LwIP中的 ethernetif.c文件即为底层接口的驱动的模版，用户为自己的网络设备实现驱动时应参照此模块做修改。ethernetif.c文件中的函数通常为与硬件打交道的底层函数，当有数据需要通过网卡接收或者发送数据的时候就会被调用，经过LwIP协议栈内部进行处理后，从应用层就能得到数据或者可以发送数据。 简单来说，netif是LwIP抽象出来的网卡，LwIP协议栈可以使用多个不同的接口，而ethernetif.c文件则提供了netif访问各种不同的网卡，每个网卡有不同的实现方式，用户只需要修改ethernetif.c文件即可。 在单网卡中，这个netif结构体只有一个，可能还有人会问，那么一个设备中有多个网卡怎么办，很简单，LwIP会将每个用netif描述的网卡连接成一个链表（单向链表），该链表就记录每个网卡的netif。屏蔽硬件接口的差异，完成了对不同网卡的抽象，因此了解netif结构体是移植LwIP的关键。 我们可以理解将整个网络的数据传输理解为物流，那么网卡就是不同的运输工具，我们可以选择汽车、飞机、轮船等运输工具，不同的运输工具速度是不一样的，但是对于一个物流公司而言，可能同时存在很多种运输的工具，这就需要物流公司去记录这些运输工具，当有一个包裹需要通过飞机运输出去，那么物流公司就会将这个包裹通过飞机发送出去，这就好比我们的网卡，需要哪个网卡发送或者接收网络数据的时候，就会让对应的网卡去工作。 下面一起来看看netif数据结构是怎么样的，具体见代码清单 4‑1。 ``` 1 struct netif 2 { 3 #if !LWIP_SINGLE_NETIF 4 /* 指向netif链表中的下一个 */ 5 struct netif *next; (1) 6 #endif 7 8 #if LWIP_IPV4 9 /* 网络字节中的IP地址、子网掩码、默认网关配置 */ 10 ip_addr_t ip_addr; 11 ip_addr_t netmask; 12 ip_addr_t gw; (2) 13 #endif /* LWIP_IPV4 */ 14 15 /* 此函数由网络设备驱动程序调用，将数据包传递到TCP/IP协议栈。 16 * 对于以太网物理层，这通常是ethernet_input()*/ 17 netif_input_fn input; (3) 18 19 #if LWIP_IPV4 20 21 /* 此函数由IP层调用，在接口上发送数据包。通常这个功能， 22 * 首先解析硬件地址，然后发送数据包。 23 * 对于以太网物理层，这通常是etharp_output() */ 24 netif_output_fn output; (4) 25 26 #endif /* LWIP_IPV4 */ 27 /* 此函数由ethernet_output()调用，当需要在网卡上发送一个数据包时。 28 * 底层硬件输出数据函数，一般是调用自定义函数low_level_output*/ 29 netif_linkoutput_fn linkoutput; (5) 30 31 #if LWIP_NETIF_STATUS_CALLBACK 32 /* 当netif状态设置为up或down时调用此函数 */ 33 netif_status_callback_fn status_callback; (6) 34 #endif /* LWIP_NETIF_STATUS_CALLBACK */ 35 36 #if LWIP_NETIF_LINK_CALLBACK 37 /* 当netif链接设置为up或down时，将调用此函数 */ 38 netif_status_callback_fn link_callback; (7) 39 #endif /* LWIP_NETIF_LINK_CALLBACK */ 40 41 #if LWIP_NETIF_REMOVE_CALLBACK 42 /* 当netif被删除时调用此函数 */ 43 netif_status_callback_fn remove_callback; (8) 44 #endif /* LWIP_NETIF_REMOVE_CALLBACK */ 45 46 /* 此字段可由设备驱动程序设置并指向设备的状态信息。 47 * 主要是将网卡的某些私有数据传递给上层，用户可以自由发挥，也可以不用。*/ 48 void *state; (9) 49 50 #ifdef netif_get_client_data 51 void* client_data[LWIP_NETIF_CLIENT_DATA_INDEX_MAX + LWIP_NUM_NETIF_CLIENT_DATA]; 52 #endif 53 #if LWIP_NETIF_HOSTNAME 54 /* 这个netif的主机名，NULL也是一个有效值 */ 55 const char* hostname; 56 #endif /* LWIP_NETIF_HOSTNAME */ 57 58 #if LWIP_CHECKSUM_CTRL_PER_NETIF 59 u16_t chksum_flags; 60 #endif /* LWIP_CHECKSUM_CTRL_PER_NETIF*/ 61 62 /** 最大传输单位（以字节为单位），对于以太网一般设为 1500 */ 63 u16_t mtu; (10) 64 65 /** 此网卡的链路层硬件地址 */ 66 u8_t hwaddr[NETIF_MAX_HWADDR_LEN]; (11) 67 68 /** 硬件地址长度，对于以太网就是 MAC 地址长度，为6字节 */ 69 u8_t hwaddr_len; (12) 70 71 /* 网卡状态信息标志位，是很重要的控制字段， 72 * 它包括网卡功能使能、广播使能、 ARP 使能等等重要控制位。 */ 73 u8_t flags; (13) 74 75 /* 字段用于保存每一个网卡的名字。用两个字符的名字来标识网络接 76 * 口使用的设备驱动的种类，名字由设备驱动来设置并且应该反映通过网卡 77 * 表示的硬件的种类。比如蓝牙设备（ bluetooth）的网卡名字可以是 bt， 78 * 而 IEEE 802.11b WLAN 设备的名字就可以是wl，当然设置什么名字用户是可 79 * 以自由发挥的，这并不影响用户对网卡的使用。当然，如果两个网卡 80 * 具有相同的网络名字，我们就用 num 字段来区分相同类别的不同网卡*/ 81 char name[2]; (14) 82 83 /* 用来标示使用同种驱动类型的不同网卡 */ 84 u8_t num; (15) 85 86 #if MIB2_STATS 87 /* 连接类型 */ 88 u8_t link_type; 89 /* 连接速度 */ 90 u32_t link_speed; 91 /* 最后一次更改的时间戳 */ 92 u32_t ts; 93 /** counters */ 94 struct stats_mib2_netif_ctrs mib2_counters; 95 #endif /* MIB2_STATS */ 96 97 #if LWIP_IPV4 && LWIP_IGMP 98 /** 可以调用此函数来添加或删除多播中的条目 99 以太网MAC的过滤表。*/ 100 netif_igmp_mac_filter_fn igmp_mac_filter; 101 #endif /* LWIP_IPV4 && LWIP_IGMP */ 102 103 #if LWIP_NETIF_USE_HINTS 104 struct netif_hint *hints; 105 #endif /* LWIP_NETIF_USE_HINTS */ 106 107 #if ENABLE_LOOPBACK 108 /* List of packets to be queued for ourselves. */ 109 struct pbuf *loop_first; 110 struct pbuf *loop_last; 111 112 #if LWIP_LOOPBACK_MAX_PBUFS 113 u16_t loop_cnt_current; 114 #endif /* LWIP_LOOPBACK_MAX_PBUFS */ 115 116 #endif /* ENABLE_LOOPBACK */ 117 }; ``` 我们挑一些比较重要的netif字段进行讲解： * (1)：LwIP使用链表来管理同一设备的多个网卡。在netif.c文件中定义两个全局指针：struct netif *netif_list和struct netif *netif_default，其中netif_list就是网卡链表指针，指向网卡链表的首节点（第一个网卡），后者表示默认情况下（有多网口时）使用哪个网卡。next字段指向下一个netif结构体指针，在一个设备中有多个网卡时，才使用该字段。 * (2)：ip_addr字段记录的是网络中的IP地址，netmask字段记录的是子网掩码，gw记录的是网关地址，这些字段是用于描述网卡的网络地址属性。 IP地址必须与网卡对应，即设备拥有多少个网卡那就必须有多少个IP地址；子网掩码可以用来判断某个IP地址与当前网卡是否处于同一个子网中，IP在发送数据包的时候会选择与目标IP地址处于同一子网的网卡来发送；网关地址在数据包的发送、转发过程非常重要，如果要向不属于同一子网的主机（主机目标IP地址与网卡不属于同一子网）发送一个数据包，那么LwIP就会将数据包发送到网关中，网关设备会对该数据包进行正确的转发，除此之外，网关还提供很多高级功能，如DNS，DHCP等。 * (3)：input是一个函数指针，指向一个函数，该函数由网络设备驱动程序调用，将数据包传递到TCP/IP协议栈（IP层）。对于以太网物理层，这通常是ethernet_input()，参数为pbuf和netif类型，其中pbuf为接收到的数据包。 * (4)：output也是一个函数指针，指向一个函数，此函数由IP层调用，在接口上发送数据包。用户需要编写该函数并使output指向它，通这个函数的处理步骤是首先解析硬件地址，然后发送数据包。对于以太网物理层，该函数通常是etharp_output()，参数为pbuf、netif和ip_addr类型，其中，ipaddr代表要将该数据包发送到的地址，但不一定是数据包最终到到达的IP地址，比如，要发送IP数据报到一个并不在本网络的主机上，该数据包要被发送到一个路由器上，这里的ipaddr就是路由器IP地址。 * (5)：linkoutput字段和output类似，也需要用户自己实现一个函数，但只有两个参数，它是由ARP模块调用的，一般是自定义函数low_level_output()。当需要在网卡上发送一个数据包时，该函数会被ethernet_output()函数调用。 * (6)：当netif状态设置为up或down时，将调用此函数。 * (7)：当netif连接设置为up或down时，将调用此函数。 * (8)：当netif被删除时调用此函数。 * (9)：此字段可由设备驱动程序设置并指向设备的状态信息。主要是将网卡的某些私有数据传递给上层，用户可以自由发挥，也可以不用。 * (10)：最大传输单位（以字节为单位），对于以太网一般设为 1500，在IP层发送数据的时候，LwIP会使用该字段决定是否需要对数据包进行分片处理，为什么是在IP层进行分片处理？因为链路层不提供任何的差错处理机制，如果在网卡中接收的数据包不满足网卡自身的属性，那么网卡可能就会直接丢弃该数据包，也可能在底层进行分包发送，但是这种分包在IP层看来是不可接受的，因为它打乱了数据的结构，所以只能由IP层进行分片处理。 * (11)：此网卡的链路层硬件地址。 * (12)：硬件地址长度，对于以太网就是 MAC 地址长度，为6字节 * (13)：网卡状态信息标志位，是很重要的控制字段，它包括网卡功能使能、广播使能、 ARP 使能等等重要控制位。 * (14)：name字段用于保存每一个网卡的名字。用两个字符的名字来标识网卡使用的设备驱动的种类，名字由设备驱动来设置并且应该反映通过网卡表示的硬件的种类。比如蓝牙设备（bluetooth）的网卡名字可以是 bt，而 IEEE 802.11b WLAN设备的名字就可以是wl，当然设置什么名字用户是可以自由发挥的，这并不影响用户对网卡的使用。当然，如果两个网卡具有相同的网络名字，我们就用 num字段来区分相同类别的不同网卡。 * (15)：用来标识使用同种驱动类型的不同网卡。