需求分析报告书-基于嵌入式IP协议栈的设计与实现

基于嵌入式 IP 协议栈的设计与实现需求分析报告书总页数 19 正文 16 附录 无 生效日期 2013.12.7编制： 审批： 南昌航空大学东软班 需求分析报告书 版本：0.1.0修改履历修改编号 日期 修改人 版本号 修改内容1 VER0.1.0 初始做成23南昌航空大学东软班 需求分析报告书 版本：0.1.0目录1 引言 .- 4 -1.1 编写目的 .- 4 -1.2 项目背景 .- 4 -2 任务概述 .- 4 -2.1 开发目标&应用目标 .- 4 -2.2 运行环境 .- 4 -2.3 条件与限制 .- 4 -2.4 关键词 .- 4 -3 功能要求 .- 4 -3.1 功能划分 .- 4 -3.2 系统结构及功能描述 .- 5 -3.3 备注 .- 5 -4 性能要求 .- 5 -4.1 时间特性 .- 5 -4.2 显示特性 .- 5 -5 运行要求 .- 5 -5.1 界面 .- 5 -5.2 基本操作 .- 5 -5.3 显示要求 .- 5 -6 扩展需求分析 .- 5 -南昌航空大学东软班 需求分析报告书 版本：0.1.01 引言1.1 编写目的编写目的此文档是对基于嵌入式 IP 协议栈的设计与实现的需求分析描述，主要描述了任务概述，功能要求，性能要求及运行要求等。1.2 项目背景项目背景包括 Siemens、Philips 和 Motorola 在内的数十家公司联合成立的“嵌入式 Internet 联盟 (ETI)”和国内外其他一些研究组织共同推动该技术的发展。目前大多数嵌入式系统仍然处于单独应用的阶段，其系统架构一般以 MCU 为核心，与一些监测、指示设备进行连接以实现一定的应用功能。在嵌入式 TCP/IP 协议栈的研究方面，国外做了很多研究。像 Jeremy Bentham 的 PICmicro 协议栈，Texas Instument 的 MSP430 TCP/IP 协议栈以及 TinyTCP code 出现的比较早，但是由于这些协议栈的实现和应用紧密联系，没有实现协议栈与应用的分离，没有接口的概念，也没有做成函数库的形式，所以这些协议栈基本退出了历史舞台。近年来 Adam Dunkels 的 uIP 和 Adam Dunkels 等开发的 Lwip 在嵌入式 Internet 领域用的比较广泛，uIP 侧重于减小代码量（选择 AVR 为目标器件时，代码为 5K 左右）和减小 RAM 使用量（100 字节左右） 。但是 uIP 采用了不保存需要应答的数据包的 RAM 使用方案，没有和 BSD 的套接字接口兼容，应用层接口较复杂；而 Lwip 的功能虽然很全面，但是相对来说代码较大，编程复杂。同时针对不同的软硬件环境以及应用场合，国内外也先后提出了很多不同的嵌入式系统的 Internet 解决方案。 嵌入式 Internet 主要有两种系统结构： 基于网关的嵌入式 Internet 系统结构和直连嵌入式 Internet 系统结构。嵌入式设备与 Internet 的结合代表着嵌入式系统和网络技术的真正未来，它在我国具有巨大的市场潜力。目前，国内著名的公司有北京英贝多嵌入式网络技术有限公司和沈阳东大新业信息技术股份有限公司，他们都使嵌入式 Internet 技术运用到了使用产品中。完善嵌入式 TCP/IP 协议栈，推动嵌入式 Internet 广泛应用将使我们这个世界变得更加自动化、智能化和人性化。南昌航空大学东软班 需求分析报告书 版本：0.1.02 任务概述2.1 开发目标开发目标 &应用目标应用目标实现一个稳定、高效、易移植和易裁减的轻量级嵌入式 IP 协议栈.2.2 运行环境运行环境基于 uC/OS-II 操作系统的 LPC21242.3 条件与限制条件与限制2.4 关键词关键词uC/OS-II 操作系统， LPC2124，嵌入式系统 ，IP 协议栈3 功能要求3.1 功能划分功能划分 模块名称 功能要求 功能说明发送过程中，寻址，校验，封装 IP 首部接收过程中解析报文的 IP 首部，校验，得到信息IP 协议数据发送和数据接收其它主机给本机发 ping 命令时，本机发送应答实现信息存储队列TCP 协议数据发送，数据接收和数据重传 TCP 通信的建立，传输和结束socket 通信统一用户对下层的接口提供绑定，建立链接，设置监听，监听链接，收发数据的接口南昌航空大学东软班 需求分析报告书 版本：0.1.0DHCP 协议实现动态主机 IP获取给主机分配可用 ip 地址终端输入 ping 命令时，测试目的主机是否可达ICMP 协议在此层完成 ping功能 其他主机给本机发 ping 命令时，本机发送应答3.2 系统结构及功能描述系统结构及功能描述3.2.1 IP 协议序号 功能点 功能点详细内容1 发送数据报 对 TCP,UDP 或 ICMP 发来的数据报加上 IP 首部，然后在发给网络接口层2 接受数据报 从网络接口层接受数据报，然后通过分析协议给 TCP,UDP 或ICMPI PI P _ S e n d I P _ R e c vI C M P T C P U D PA R P E N CE x t e r i o rM o d u l eL o c a lM o d u l eI n t e r f a c eF u n c t i o n南昌航空大学东软班 需求分析报告书 版本：0.1.03.2.2.socket 通信序号 功能点 功能点详细内容1 发送数据 通过函数发送 send 数据2 接收数据 通过 receive 接收通过 udp 发送来数据3 绑定客户 Bind 绑定客户机南昌航空大学东软班 需求分析报告书 版本：0.1.0应用程序S o c k e t （）B i n d （）S o c k e t _ R e cv （）T C P 模块S O C K E T 模块S o c k e t _ S e n d（）C l o s e s o c k e t（）c o n n e c t （）a c c e p t （）l i s t e n （）3.2.3. DHCP 协议南昌航空大学东软班 需求分析报告书 版本：0.1.0序号 功能点 功能点详细内容1 发送报文 向 DHCP 服务器发送DISCOVER,REQUEST,DECLIENT,RELEASE 报文2 接收报文 接收服务器发送的 OFFER,ACK,NACK 报文3 结构体转换为数组 发送数据时将结构体打包成数组形式传给 UDP4 解析报文 解析从 UDP 接收的报文数组数据打包将结构体转为数组解析数据包发送数据 接收数据U D P3.2.4.TCP 协议南昌航空大学东软班 需求分析报告书 版本：0.1.0序号 功能点 功能点详细内容1 实现 TCP 连接 通过三次握手连接对方主机或者显示错误信息2 实现信息的封装 将信息组装成符合 TCP 的数据报3 实现信息的发送 将 TCP 报文发送出去4 实现信息的解析 将接受的 TCP 报文解析出原有信息5 实现重传 假如超时的话实现重传6 实现 TCP 通信的终止通过四次握手终止 TCP 连接7 信息存储队列 将接受的信息存储的一个缓冲区3.2.5.ICMP 协议南昌航空大学东软班 需求分析报告书 版本：0.1.0序号 功能点 功能点详细内容1 发送 ICMP 报文 填充 ICMP 包头部，并且调用 IP 协议发送出去2 接收 ICMP 报文 接收从目标地址返回的 ICMP 报文3 计算校验和 计算校验和，确定报文是否正确4 解析 ICMP 首部 解析 ICMP 首部，获得数据5 得到目标 ip 地址 通过获得键盘输入，获得目标 ip 地址6 获得 ping 命令参数 通过键盘输入的值，获得 ping 命令的参数7 Ping 功能的实现 实现 ping 功能3.3 备注备注南昌航空大学东软班 需求分析报告书 版本：0.1.0序号 术语/缩略语 说明1 ARP 地址解析协议2Mac_IP_MapTableMacIP 地址映射表3 TCP 运输控制协议4 Data_Buff 数据缓冲区5 Ethernet 网络接口层6 Dns 域名解析协议7 Udp 面向无连接的传输协议8 Icmp Internet 控制报文协议4 性能要求4.1 时间特性时间特性4.1.1.ip 协议南昌航空大学东软班 需求分析报告书 版本：0.1.0E N C I P U D P T C PI C M PA R PG e t M A CR e t u r n M A C _ a d r e s sE N C _ S e n dI P _ S e n dI P _ R e c vI P _ S e n dI P _ S e n dU D P _ R e c vT C P _ R e c vI C M P _ R e c v4.1.2.socket南昌航空大学东软班 需求分析报告书 版本：0.1.0. 客户机s o c k e tU D Ps o c k e t ( ) : S o ck e tB i n d ( ) : S o c k e tS o c k e t _ s e n d t o ( ) : s o c k e tU D P _ s e n d ( ) : U D PS o c k U _ r e c v ( ) : s o c k e tS o c k e t _ r e c v f r o m ( ) : s o c k e tc l o s e s o c k e t ( ) : s o c k e t4.1.3.dhcp南昌航空大学东软班 需求分析报告书 版本：0.1.0用户机I C M P _ S e n d发送 D H C P D I S C O V E R 包I C M P _ R e c e i v e服务器接收 D H C P D I S C O V E R 包解析数据包解析 D H C P O F F E R 包发送 D H C P R E Q U E S T接收 D I S C O V E R R E Q U E S T解析数据包解析 A C K 包发送 D H C P R E Q U E S T接收 D I S C O V E R R E Q U E S T解析数据包解析 N A C K 包消息 14.1.4.tcp南昌航空大学东软班 需求分析报告书 版本：0.1.04.1.4.icmp南昌航空大学东软班 需求分析报告书 版本：0.1.04.2 显示特性显示特性本项目无严格的界面要求，即在相应的协议测试时收到相应的测试结果。5 运行要求5.1 界面界面一个测试的主界面，包括对 dhcp（1） ，显示开发板信息（6） ，dns 协议（2） ，icmp 协议（3） ，udp 和 socket 协议（ 4） ，tcp 和 socket 协议（5） ， arp 协议（7）的测试。5.2 基本操作基本操作1、 DNS 服务测试在主界面输入 2，进入 dns 测试程序，输入 dns 服务器的 ip 为虚拟机的 ip，测试时使用 ip 为：19，dns 服务器为：。结果为：得到 dns 服务器的 ip 为 102、 DHCP 协议测试在主界面输入 1，进入 dhcp 测试程序。结果为：得到本机的 ip 地址，测试时开发板使用 ip 为 193、 ICMP（ping 测试）协议测试在主界面输入 3，进入 ping 程序，输入 ping 的 ip：18。结果为：得到虚南昌航空大学东软班 需求分析报告书 版本：0.1.0拟机返回的信息，包括字节数，时间和序列号4、 UDP 和 SOCKET 协议测试在主界面输入 4 进入 udp 测试程序，输入目标 ip：19，目标端口：9628，源端口：9626，在虚拟机中打开 udp 测试程序，输入源端口：9628，目标ip：18，源端口： 9626，在开发板终端发送数据：123，然后在虚拟机 udp测试程序中发送数据 abc.结果为：虚拟机 udp 测试程序接收到 123，开发板终端接收到abc5、 TCP 和 SOCKET 协议测试在主界面输入 5 进入 tcp 测试程序，输入目标 ip：19，目标端口：8888，源端口：9999，在虚拟机中打开 tcp 测试程序，输入源端口：8888，在开发板终端发送数据：123。结果为：虚拟机 tcp 测试程序接收到 1236、 ARP 协议测试在主界面输入 7，显示 arp 映射表中的信息，与虚拟机中的 mac 对照。结果为：得到的映射表和虚拟机的 mac 地址一样7、 IP 协议测试发送一个 ip 报文。结果为：发送成功，接收到一个 ip 报文8、 网络接口层测试发送一个 ip 或 arp 报文。结果为：发送成功，接收到一个 ip 报文或 arp 报文9、 消除 ARP 映射表在主界面输入 8，清除 arp 映射表。结果为：显示清除成功，在主界面输入 7，arp 映射表为空5.3 显示要求显示要求本项目无严格的界面要求，即在进行 dhcp 协议测试时输出本机开发板的 ip 地址；进行 dns 测试时输出 dns 服务器的 ip 地址；进