基于lwip的嵌入式ipv6网关的研究与设计

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1、硕士学位论文基于LwIP的嵌入式IPv6网关的研究与设计ResearchandDesignoftheEmbeddedIPv6GatewaybasedonLwIP作者：戴小威导师：任子晖教授中国矿业大学二〇一六年六月中图分类号TN915.04学校代码10290UDC621.3密级公开中国矿业大学硕士学位论文基于LwIP的嵌入式IPv6网关的研究与设计ResearchandDesignoftheEmbeddedIPv6GatewaybasedonLwIP作者戴小威导师任子晖教授申请学位工学硕士培养单位

2、信电学院学科专业电子科学与技术研究方向电路与系统答辩委员会主席程德强教授评阅人二○一六年六月论文审阅认定书研究生戴小威在规定的学习年限内，按照研究生培养方案的要求，完成了研究生课程的学习，成绩合格；在我的指导下完成本学位论文,经审阅，论文中的观点、数据、表述和结构为我所认同，论文撰写格式符合学校的相关规定，同意将本论文作为学位申请论文送专家评审。导师签字：年月日致谢首先要感谢我的研究生导师任子晖教授。任教授学识渊博，治学严谨，读研期间不仅多次为我提供研究方向的指导,帮助我解决研究过程中遇到的难题，

3、而且在生活中言传身教让我明白了许多人生哲理。三年的研究生涯，我收获颇丰，在此向任教授表达最诚挚的感谢。感谢我的父母。感谢父母赐予了我生命，把我抚养成人。没有父母的辛勤汗水，我便无法茁壮成长；没有父母儿时的教诲，我更不可能取得今天的成果。感谢AdamDunkels、IvanDelamer等专家，他们为设计和编写LwIP源码做出了巨大的贡献。LwIP是一个优秀的轻型嵌入式TCP/IP协议栈方案，它为众多学习和研究轻型嵌入式TCP/IP协议栈的人员提供了一个很好的研究对象。研读专家的代码使我受益匪浅，让

4、我淋漓尽致地感受到什么是扎实的功底、严密的逻辑、优秀的代码风格,编程素养也得到了较大地提升。感谢TCP/IP专家朱升林。在撰写本文第三章时参考了《嵌入式网络那些事：LwIP协议深度剖析与实战演练》一书的诸多内容。虽然书中没有讨论有关IPv6的部分，但阅读这本书对我深入理解LwIP协议栈确实提供了非常大的帮助。最后，对其他所有在本论文撰写过程中提供过帮助的人员表示衷心地感谢。特别是我的舍友和同门的师兄弟姐妹：时宇翔、陈洪伟、施加卫、刘听政、李冲、位礼奎、刘昊岳、张海龙、徐玲、周萌萌、顾靓雨、邓靖靖、

5、周涛、渠虎、成江洋、邢强等人。摘要随着物联网技术的快速发展，越来越多的传统工业设备有了接入网络的需求。大多数传统工业设备最常用的通信接口是串口，不具备网络接口，不能直接接入网络；一些有入网能力的工业设备，很多也只支持IPv4相关协议。地址池已然枯竭的IPv4在面对有着海量地址需求的工业设备时显得十分无力。为了解决上述问题，本文在深入研究LwIP协议栈IPv6内核的基础上设计了一款轻量级的嵌入式网关，网关可以实现串口设备与TCP/IPv6设备间的应用报文交换。研究的重点是IPv6相关协议的轻量级实现

6、及应用，包括协议实现过程中涉及到的数据结构、算法、接口等，而非IPv6本身。本文首先介绍了与IPv6有关的协议，重点描述了IPv6的编址体系、IPv6分组格式、ICMPv6的报文类型和报文格式、邻居发现协议等内容。接着深度剖析了Git中添加了IPv6支持的LwIP协议栈，主要从LwIP架构和进程模型、动态内存管理机制、网络接口管理机制、IPv6核心协议组件、ICMPv6核心协议组件等方面对协议栈进行了较为透彻地分析，同时针对LwIP不能对带有扩展首部的IPv6分组进行分片的问题提出了一种改进方法。

7、设计了网关系统的硬件平台并给出了移植支持IPv6的LwIP协议栈的详细方法。网关选用STM32F103ZET6作为主控制芯片，ENC28J60为网卡芯片，结合Keil集成开发环境完成了LwIP的移植工作。Ping测试结果表明协议栈的移植是成功的。网关的整体软件架构没有使用操作系统，而是采用无限循环结合中断的方式设计，这主要是出于数据转发实时性方面的考量。对于网关的应用层协议，从语法、语义和时序三个方面进行了设计，给出了具体的报文转发规则。最后的测试结果表明，网关能够实现基本的数据转发，也能够承受2

8、00字节每包、10包每秒的压力通信。该论文有图51幅，表6个，参考文献83篇。关键词：协议栈；网关；IPv6；LwIPIAbstractWiththerapiddevelopmentofInternetofThings,moreandmoretraditionalindustrialdeviceshavehasthedemandofgettingaccesstotheinternet.Mostofthetraditionalindustrialdevicesuseserialpor