LwIP – ngăn xếp IP nhẹ

Tổng quan về lwIP

Giới thiệu

• lwIP là một bản triển khai ngăn xếp giao thức TCP/IP nhỏ gọn, độc lập
• Tập trung vào việc giảm mức sử dụng RAM nhưng vẫn duy trì TCP đầy đủ tính năng
• Phù hợp để dùng trong hệ thống nhúng, cần vài chục kilobyte RAM và khoảng 40 kilobyte ROM mã
• Ban đầu được phát triển bởi Adam Dunkels và hiện được duy trì bởi mạng lưới các nhà phát triển trên toàn thế giới

Tính năng

• IP (Giao thức Internet, IPv4 và IPv6): bao gồm chuyển tiếp gói giữa nhiều giao diện mạng
• ICMP (Giao thức thông điệp điều khiển Internet): bảo trì và gỡ lỗi mạng
• IGMP (Giao thức quản lý nhóm Internet): quản lý lưu lượng multicast
• MLD (Multicast Listener Discovery): dành cho IPv6, hướng tới tuân thủ RFC 2710
• ND (Neighbor Discovery và cấu hình địa chỉ tự động không trạng thái): hướng tới tuân thủ RFC 4861 và RFC 4862
• DHCP, AutoIP/APIPA (Zeroconf) và DHCPv6 (không trạng thái)
• UDP (Giao thức gói dữ liệu người dùng): bao gồm phần mở rộng UDP-lite mang tính thử nghiệm
• TCP (Giao thức điều khiển truyền tải): điều khiển tắc nghẽn, ước lượng RTT, fast recovery/fast retransmit và truyền SACK
• API raw/native: cải thiện hiệu năng
• API socket kiểu Berkeley tùy chọn
• TLS: lớp TCP tùy chọn ("altcp") cho TLS gần như trong suốt (đã được port sang mbedTLS)
• PPPoS và PPPoE (Point-to-Point Protocol qua serial/Ethernet)
• DNS (trình phân giải tên miền, bao gồm mDNS)
• 6LoWPAN (qua IEEE 802.15.4, BLE hoặc ZEP)

Ứng dụng

• Máy chủ HTTP: bao gồm SSI và CGI (HTTPS qua altcp)
• Tác tử SNMPv2c: bao gồm trình biên dịch MIB, hỗ trợ v3 qua altcp
• SNTP (Giao thức thời gian mạng đơn giản)
• Trình phản hồi dịch vụ tên NetBIOS
• Trình phản hồi MDNS (Multicast DNS)
• Triển khai máy chủ iPerf
• Client MQTT: hỗ trợ TLS có thể dùng qua altcp

Giấy phép

• lwIP được cung cấp miễn phí theo giấy phép BSD

Phát triển

• lwIP đã phát triển thành một ngăn xếp TCP/IP xuất sắc cho thiết bị nhúng
• Các nhà phát triển gửi bản sửa lỗi, cải tiến và tính năng bổ sung để tăng thêm tính hữu dụng của ngăn xếp
• Việc phát triển được lưu trữ trên Savannah, và bất kỳ ai cũng có thể đóng góp cải tiến cho lwIP thông qua Git và mailing list
• Ngăn xếp TCP/IP lwIP được duy trì trong mô-đun Git 'lwip', còn các đóng góp nằm trong mô-đun Git 'contrib'
• Xem doc/savannah.txt để biết chi tiết về truy cập máy chủ Git
• Hiện có thể duyệt cây Git trên web: lwip, lwip-contrib
• Gửi patch và báo lỗi: trang dự án lwIP
• Build tích hợp liên tục: Travis CI

Tài liệu

• Tài liệu tự sinh từ mã nguồn được trích xuất định kỳ và cung cấp trên trang web: tài liệu lwIP
• Wiki về lwIP đang tiếp tục được mở rộng: wiki lwIP
• Đăng ký mailing list: mailing list
• Kho lưu trữ có thể tìm kiếm: lwip-users, lwip-devel

Tóm tắt của GN⁺

• lwIP cung cấp một ngăn xếp TCP/IP hiệu quả cho hệ thống nhúng, giúp giảm thiểu mức sử dụng bộ nhớ
• Hỗ trợ đa dạng giao thức mạng và ứng dụng, mang lại tính linh hoạt và khả năng mở rộng
• Đang liên tục được cải thiện nhờ sự tham gia tích cực của cộng đồng nhà phát triển
• Các dự án có chức năng tương tự gồm FreeRTOS+TCP, uIP, v.v.

[GN⁺]

Ý kiến trên Hacker News

• Đã sử dụng LwIP trong một dự án vài năm trước để thực hiện kiểm thử hệ thống rất hiệu quả

  • Đây là một dự án trong đó nhiều vi điều khiển giao tiếp với nhau qua LAN nội bộ
  • Đã dùng kernel nhúng MicroCOS và IP stack LwIP
  • Đã thiết lập công cụ build đa nền tảng để có thể biên dịch chạy native hoặc thành mã x64, nhờ đó có thể chạy trên máy của lập trình viên
  • Đã mô phỏng phần tầng liên kết thấp nhất của LwIP để dùng TCP/IP tiêu chuẩn
  • Đã viết một máy chủ TCP nhỏ để ứng dụng vi điều khiển có thể giao tiếp trên máy của lập trình viên như thể là hệ thống thật
  • Thiết lập này hoạt động rất tốt và được dùng suốt nhiều năm trong quá trình phát triển dự án

• Gọi nó là IP stack thì có phần đánh giá thấp

  • Có thể dùng như HTTP client, HTTP server hoặc MQTT client
  • Nó giống busybox của mảng mạng nhúng, nhưng có giấy phép thuận tiện hơn nhiều

• Với những ai đang tìm lựa chọn như LwIP, khuyên nên cân nhắc NetXDuo cùng các thành phần tương ứng như ThreadX, FileX, LevelX, UsbX

  • Đây là một trong những network stack RTOS thương mại đã được sử dụng suốt 20 năm
  • Đã đổi chủ vài lần, hiện được Eclipse Foundation hỗ trợ và có giấy phép MIT
  • Khuyên dùng NetXDuo hơn LwIP
  • Liên kết NetXDuo

• Adam Dunkels là người đã viết phần lớn Protothreads

  • Liên kết Protothreads

• Thắc mắc nongnu.org là gì và nó liên quan thế nào tới gnu.org

  • savannah.gnu.org là trang lưu trữ dành cho phần mềm GNU “chính thức” được Free Software Foundation bảo trợ
  • savannah.nongnu.org là trang lưu trữ dành cho các dự án “cộng đồng” không được FSF bảo trợ
  • Liên kết liên quan

• Có lẽ đây là TCP/IP stack được dùng nhiều nhất trên các thiết bị bị giới hạn tài nguyên

  • Trong thời gian dài gần như không có lựa chọn thay thế đủ sức cạnh tranh
  • Liên kết FreeRTOS-Plus-TCP có vẻ đầy hứa hẹn

• Lý do thích LWIP là nó cho phép sử dụng cùng một khối bộ nhớ do Ethernet MAC DMA cấp phát trong suốt vòng đời của gói tin

  • Có thể tối ưu “pool” bộ nhớ để giảm số lần memcpy

• Với những ai muốn tự triển khai một TCP/IP stack nhẹ, cuốn sách <i>TCP/IP Lean</i> của Jeremy Bentham là một tài nguyên rất hữu ích

• Trích từ bài viết:

  • "Nhờ vậy, lwIP phù hợp để sử dụng trong các hệ thống nhúng có vài chục kilobyte RAM trống và khoảng 40 kilobyte ROM mã"

• Pico W dùng cái này

  • Liên kết ví dụ Pico W