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一，导读
lwip提供接口给传输层，使传输层能将数据传递给ip层。本章介绍该接口函数如何实现将传输层的数据封装成ip数据报，并将数据报发送出去。
二，源码分析
运输层，以TCP协议为例，调用ip_output_if()将tcp数据报传递给ip层，ip_output_if()会根据目的ip选择不同ip版本发送函数。
1，ipv4输出
若目的ip是ipv4，则使用以下函数发送。
该函数将上层数据报封装成ip数据，并填充ip首部，调用网络接口的发送函数发送数据。
//通过netif输出ip数据报 pbuf
err_t ip4_output_if_src(struct pbuf *p, const ip4_addr_t *src, const ip4_addr_t *dest,
u8_t ttl, u8_t tos,
u8_t proto, struct netif *netif)
{
struct ip_hdr *iphdr;
ip4_addr_t dest_addr;
u32_t chk_sum = 0;
//目的ip地址不在pbuf中
if (dest != LWIP_IP_HDRINCL) {
u16_t ip_hlen = IP_HLEN; //ip首部长度20字节
//pbuf的payload前移20字节作为ip首部
if (pbuf_header(p, IP_HLEN)) {
//移动失败 返回
return ERR_BUF;
}
iphdr = (struct ip_hdr *)p->payload; //payload指向ip首部，接下来要填充ip首部
IPH_TTL_SET(iphdr, ttl); //设置ip存活时间
IPH_PROTO_SET(iphdr, proto); //协议类型
chk_sum += PP_NTOHS(proto | (ttl << 8)); //校验和
ip4_addr_copy(iphdr->dest, *dest); //填充目的ip
//更新校验和
chk_sum += ip4_addr_get_u32(&iphdr->dest) & 0xFFFF;
chk_sum += ip4_addr_get_u32(&iphdr->dest) >> 16;
IPH_VHL_SET(iphdr, 4, ip_hlen / 4); //填充版本号和首部长度
IPH_TOS_SET(iphdr, tos); //设置服务类型
chk_sum += PP_NTOHS(tos | (iphdr->_v_hl << 8));
IPH_LEN_SET(iphdr, lwip_htons(p->tot_len));
chk_sum += iphdr->_len;
IPH_OFFSET_SET(iphdr, 0); //设置第一个分片的片偏移量0
IPH_ID_SET(iphdr, lwip_htons(ip_id)); //填充标志位
chk_sum += iphdr->_id;
++ip_id; //ip_id更新，ip_id用于填充ip数据报的id字段，每个ip数据报不一样
//填充源ip地址
if (src == NULL) {
//若src是null，使用0.0.0.0 广播地址？
ip4_addr_copy(iphdr->src, *IP4_ADDR_ANY4);
} else {
//否则复制输入的源ip
ip4_addr_copy(iphdr->src, *src);
}
//计算校验和
chk_sum += ip4_addr_get_u32(&iphdr->src) & 0xFFFF;
chk_sum += ip4_addr_get_u32(&iphdr->src) >> 16;
chk_sum = (chk_sum >> 16) + (chk_sum & 0xFFFF);
chk_sum = (chk_sum >> 16) + chk_sum;
chk_sum = ~chk_sum;
IF__NETIF_CHECKSUM_ENABLED(netif, NETIF_CHECKSUM_GEN_IP) {
iphdr->_chksum = (u16_t)chk_sum; /* network order */
}
IF__NETIF_CHECKSUM_ENABLED(netif, NETIF_CHECKSUM_GEN_IP) {
IPH_CHKSUM_SET(iphdr, inet_chksum(iphdr, ip_hlen));
}
} else {
//ip首部已经在pbuf中
iphdr = (struct ip_hdr *)p->payload;
ip4_addr_copy(dest_addr, iphdr->dest);
dest = &dest_addr; //获取目的ip
}
//若发送的数据长度大于网络接口支持的最大长度，则进行ip分片
if (netif->mtu && (p->tot_len > netif->mtu)) {
return ip4_frag(p, netif, dest);
}
return netif->output(netif, p, dest); //调用网络接口的发送函数（链路层）
}
上述代码中需要注意的是当tcp层进行报文重传时，传递下来的数据是一个之前封装完成的ip数据，所以直接调用接口发送函数就行。dest为null时，说明这是一个重传的报文。
2，ip数据分片发送
ip层发送的分组大小是受接口的最大数据帧限制的。若发送的ip数据大于接口最大数据帧长度(mtu)，需要将ip数据进行分片发送。
在lwip中，ip4_frag()完成该功能。
在开始代码前，需要先认识一位新朋友，结构体 pbuf_custom_ref 它两个成员，pc是它本身的pbuf，original是它所引用的pbuf，pc的payload指向original的数据区。使用这个结构体是为了避免在分片时对输入的pbuf链进行复制。
struct pbuf_custom_ref {
struct pbuf_custom pc; //本地的pbuf
struct pbuf *original; //引用的pbuf
};
分片过程如下图
该函数所做的就是上图所示。把输入的pbuf链中切割成等长的分片，再将分片通过接口的发送函数neitif->output()发送出去。
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err_t ip4_frag(struct pbuf *p, struct netif *netif, const ip4_addr_t *dest)
{
struct pbuf *rambuf; //分片的第一个pbuf
#if !LWIP_NETIF_TX_SINGLE_PBUF
struct pbuf *newpbuf;
u16_t newpbuflen = 0;
u16_t left_to_copy; //一个分片中需要复制的数据
#endif
struct ip_hdr *original_iphdr; //第一个分片ip首部
struct ip_hdr *iphdr;
const u16_t nfb = (netif->mtu - IP_HLEN) / 8; //分片中允许最大数据量
u16_t left, fragsize; //left：剩下未复制的数据，fragsize：分片大小
u16_t ofo; //分片偏移量
int last; //最后一个分片标志
u16_t poff = IP_HLEN; //数据在pbuf中的偏移（ip数据第一个pbuf的poff为20，其余为0）
u16_t tmp; //offset偏移字段（3位标志+13位分片偏移量）
original_iphdr = (struct ip_hdr *)p->payload; //指向当前ip数据首部
iphdr = original_iphdr;
tmp = lwip_ntohs(IPH_OFFSET(iphdr)); //暂存第一个分片offset字段
ofo = tmp & IP_OFFMASK; //得到分片偏移量 应该是0？
left = p->tot_len - IP_HLEN; //待发送的数据长度
//将数据分片并发送
while (left) {
fragsize = LWIP_MIN(left, nfb * 8); //计算当前分片有效数据大小
//申请一个ram类型pbuf，其包含链路层的首部和ip首部，作为分片的第一个pbuf
rambuf = pbuf_alloc(PBUF_LINK, IP_HLEN, PBUF_RAM);
if (rambuf == NULL) {
goto memerr;
}
SMEMCPY(rambuf->payload, original_iphdr, IP_HLEN); //将源ip的首部复制到rambuf的payload，ranbuf是一个链路层的数据包了
iphdr = (struct ip_hdr *)rambuf->payload; //现在修改iphdr，使其指向第一个分片首部
left_to_copy = fragsize; //需要复制的数据大小等于当前分片有效数据的大小
//使用pbuf链填充ip分片，该pbuf链引用了原pbuf
while (left_to_copy) {
struct pbuf_custom_ref *pcr; //此类型pbuf引用其他pbuf
u16_t plen = p->len - poff; //当复制第一个pbuf时，plen=p->len-20，否则plen=p->len
newpbuflen = LWIP_MIN(left_to_copy, plen);
if (!newpbuflen) {
//plen=0，要复制的pbuf的数据为0，跳过它
poff = 0;
p = p->next;
continue;
}
//申请一个ref的pbuf
pcr = ip_frag_alloc_pbuf_custom_ref();
if (pcr == NULL) {
pbuf_free(rambuf);
goto memerr;
}
//将p中newpbuflen长度的数据复制到pcr->pc的pbuf（pcr->pc的pbuf的payload指向ip数据）
newpbuf = pbuf_alloced_custom(PBUF_RAW, newpbuflen, PBUF_REF, &pcr->pc,
(u8_t*)p->payload + poff, newpbuflen);
//此时，newbuf指向pcr->pc，newbuf的payload指向p的一段数据
if (newpbuf == NULL) {
ip_frag_free_pbuf_custom_ref(pcr);
pbuf_free(rambuf);
goto memerr;
}
pbuf_ref(p); //p的引用次数++
pcr->original = p; //pcr的源pbuf指向p
pcr->pc.custom_free_function = ipfrag_free_pbuf_custom; //初始化pbuf_custom_ref释放函数
pbuf_cat(rambuf, newpbuf); //将newpbuf插入rambuf链表尾
left_to_copy -= newpbuflen; //更新接下来需要复制的数据量
if (left_to_copy) {
//若还有数据需要复制
poff = 0; //p的偏移应该为0，因为除了第一个p的payload中包含首部，其余的pbuf的payload中全是数据（看图）
p = p->next; //接着复制下一个pbuf
}
}
//填充完一个分片，此时pbuf的偏移为newpbuflen。
poff += newpbuflen;
//是否是最后最后一个分片
last = (left <= netif->mtu - IP_HLEN);
//设置offset字段
tmp = (IP_OFFMASK & (ofo));
if (!last) {
tmp = tmp | IP_MF; //不是最后一个分片，设置标志位
}
//填充当前分片的首部
IPH_OFFSET_SET(iphdr, lwip_htons(tmp));
IPH_LEN_SET(iphdr, lwip_htons(fragsize + IP_HLEN));
IPH_CHKSUM_SET(iphdr, 0);
#if CHECKSUM_GEN_IP
IF__NETIF_CHECKSUM_ENABLED(netif, NETIF_CHECKSUM_GEN_IP) {
IPH_CHKSUM_SET(iphdr, inet_chksum(iphdr, IP_HLEN)); //由首部计算校验和
}
#endif /* CHECKSUM_GEN_IP */
//网络接口输出分片
netif->output(netif, rambuf, dest);
pbuf_free(rambuf); //释放pbuf
left -= fragsize; //更新剩下的未发送的数据
ofo += nfb; //更新分片的片偏移（分片偏移量增加一个分片的长度）
}
return ERR_OK;
memerr:
MIB2_STATS_INC(mib2.ipfragfails);
return ERR_MEM;
}