LwIP – pilha IP leve

Visão geral do lwIP

Introdução

• lwIP é uma implementação independente de uma pequena pilha de protocolos TCP/IP
• O foco é manter um TCP completo enquanto reduz o uso de RAM
• É adequado para uso em sistemas embarcados e requer algumas dezenas de kilobytes de RAM e cerca de 40 kilobytes de ROM de código
• Foi originalmente desenvolvido por Adam Dunkels e atualmente é mantido por uma rede global de desenvolvedores

Funcionalidades

• IP (Protocolo de Internet, IPv4 e IPv6): inclui encaminhamento de pacotes entre várias interfaces de rede
• ICMP (Protocolo de Mensagens de Controle da Internet): manutenção e depuração de rede
• IGMP (Protocolo de Gerenciamento de Grupos da Internet): gerenciamento de tráfego multicast
• MLD (Multicast Listener Discovery): para IPv6, com meta de conformidade com a RFC 2710
• ND (Neighbor Discovery e autoconfiguração de endereço stateless): com meta de conformidade com as RFC 4861 e RFC 4862
• DHCP, AutoIP/APIPA (Zeroconf) e DHCPv6 (stateless)
• UDP (Protocolo de Datagrama do Usuário): inclui a extensão experimental UDP-lite
• TCP (Protocolo de Controle de Transmissão): controle de congestionamento, estimativa de RTT, fast recovery/fast retransmit e transmissão SACK
• API bruta/nativa: melhor desempenho
• API de soquetes opcional semelhante à Berkeley
• TLS: camada TCP opcional ("altcp") para TLS quase transparente (portado para mbedTLS)
• PPPoS e PPPoE (Point-to-Point Protocol sobre serial/Ethernet)
• DNS (resolvedor de nomes de domínio, incluindo mDNS)
• 6LoWPAN (via IEEE 802.15.4, BLE ou ZEP)

Aplicações

• Servidor HTTP: inclui SSI e CGI (HTTPS via altcp)
• Agente SNMPv2c: inclui compilador MIB, com suporte a v3 via altcp
• SNTP (Simple Network Time Protocol)
• Respondedor de serviço de nomes NetBIOS
• Respondedor MDNS (Multicast DNS)
• Implementação de servidor iPerf
• Cliente MQTT: suporte a TLS disponível via altcp

Licença

• O lwIP é oferecido gratuitamente sob a licença BSD

Desenvolvimento

• O lwIP evoluiu para uma excelente pilha TCP/IP para dispositivos embarcados
• Desenvolvedores enviam correções de bugs, melhorias e recursos adicionais, aumentando ainda mais a utilidade da pilha
• O desenvolvimento é hospedado no Savannah, e qualquer pessoa pode contribuir para melhorar o lwIP por meio de Git e listas de discussão
• A pilha TCP/IP lwIP é mantida no módulo Git lwip, e as contribuições ficam no módulo Git contrib
• Para detalhes sobre acesso ao servidor Git, consulte doc/savannah.txt
• A árvore Git atual pode ser navegada na web: lwip, lwip-contrib
• Envio de patches e bugs: página do projeto lwIP
• Build de integração contínua: Travis CI

Documentação

• A documentação gerada a partir do próprio código-fonte é extraída regularmente e disponibilizada na página web: documentação do lwIP
• Há uma wiki sobre o lwIP em crescimento contínuo: wiki do lwIP
• Assinatura da lista de discussão: lista de discussão
• Arquivos pesquisáveis: lwip-users, lwip-devel

Resumo do GN⁺

• O lwIP fornece uma pilha TCP/IP eficiente para sistemas embarcados, minimizando o uso de memória
• Suporta diversos protocolos de rede e aplicações, oferecendo flexibilidade e escalabilidade
• Continua sendo aprimorado graças à participação ativa da comunidade de desenvolvedores
• Projetos com funcionalidades semelhantes incluem FreeRTOS+TCP, uIP e outros

[GN⁺]

Comentários do Hacker News

• Há alguns anos, usei o LwIP em um projeto para realizar testes de sistema de forma eficaz

  • Era um projeto em que vários microcontroladores se comunicavam por uma LAN interna
  • Usava um kernel embarcado chamado MicroCOS e a pilha IP do LwIP
  • Configurei ferramentas de build multiplataforma para compilar e executar nativamente ou como código x64, permitindo rodar na máquina do desenvolvedor
  • Implementei em mock a parte da camada de enlace mais baixa do LwIP para usar TCP/IP padrão
  • Escrevi um pequeno servidor TCP para que a aplicação do microcontrolador se comunicasse na máquina do desenvolvedor como se fosse o sistema real
  • Essa configuração funcionou muito bem e foi usada por anos durante o desenvolvimento do projeto

• Chamar isso de pilha IP é até subestimar

  • Pode ser usado como cliente HTTP, servidor HTTP ou cliente MQTT
  • É como o busybox do networking embarcado, mas com uma licença muito mais conveniente

• Para quem procura opções como o LwIP, recomendo considerar o NetXDuo e seus equivalentes ThreadX, FileX, LevelX e UsbX

  • É uma das pilhas de rede para RTOS comerciais usada há 20 anos
  • Mudou de proprietário algumas vezes e hoje é mantida pela Eclipse Foundation com licença MIT
  • Eu recomendaria usar NetXDuo em vez de LwIP
  • Link do NetXDuo

• Adam Dunkels escreveu a maior parte do Protothreads

  • Link do Protothreads

• Fico curioso sobre o que é nongnu.org e como ele se relaciona com gnu.org

  • savannah.gnu.org é o site de hospedagem para software GNU “oficial” patrocinado pela Free Software Foundation
  • savannah.nongnu.org é o site de hospedagem para projetos “da comunidade” que não são patrocinados pela FSF
  • Link relacionado

• Parece ser a pilha TCP/IP mais usada em dispositivos com recursos limitados

  • Por muito tempo, não houve uma alternativa competitiva
  • Link do FreeRTOS-Plus-TCP parece promissor

• O que eu gosto no LWIP é que ele permite usar o mesmo bloco de memória alocado pelo Ethernet MAC DMA durante toda a vida útil do pacote

  • Dá para otimizar os "pools" de memória e reduzir o número de memcpy

• Para quem quer implementar sua própria pilha leve de TCP/IP, o livro <i>TCP/IP Lean</i>, de Jeremy Bentham, é um excelente recurso

• Trecho do artigo:

  • "Isso torna o lwIP adequado para uso em sistemas embarcados com algumas dezenas de kilobytes de RAM livre e cerca de 40 kilobytes de ROM de código"

• O Pico W usa isso

  • Link do exemplo do Pico W