嵌入式TCP/IP网络规则

Kenneth Jonsson, Interpeak公司

出自嵌入式计算设计
2005年3月
第3卷 第2期
www.embedded-computing.com


由于应用人员在新的设备上加入了网络功能,所以创建和购买网络软件需要考虑很多重要的问题。
这些问题包括与其他应用的兼容性、安全性、可测性、尺寸/性能权衡和标准符合。
本文中,Kenneth阐述了网络中部分重要的标准。

 

网络标准

目前计算机与连接到全球互连计算机网络(即互连网)上的其他计算机之间的通信遵循很多规则和标准。例如,连接到网络上的网络蜂窝电话都使用相同的协议,无论它是在布鲁塞尔还是在波斯顿。

尽管大多数标准对于用户是透明的,但是它们影响着全球网络设备的设计和使用。几个组织制定这些标准,确保连接着的设备之间在技术上的协同工作能力。这些标准使计算机与其他计算机通信、存储和共享信息。

IETF协议

互连网的成功之处在于全球网络已被统一成一种语言。互连网使用互联网协议或叫做互连网协议栈的标准程序,通过节点之间的数据包来传输数据。

互联网工程任务组(IETF)及其工作组负责这些协议的研发和管理。IETF将其协议和规范作为意见征求书(RFC)文件的一部分出版。

TCP/IP协议套件

互联网的标志性发展是在1970年晚期和1980早期,当时运输控制/网络协议(TCP/IP)套件成为局域网和广域网的首选协议。目前TCP/IP几乎渗入到任何一个需要网络的系统中,从个人计算机到带有网络应用的嵌入式实时系统。

1983年,TCP/IP协议套件成为原有通信系统的替代物,它包括TCP/IP协议栈中的协议各层,由TCP和IP两个主要的协议而得名。图1显示了Interpeak的IPNET TCP/IP栈,下面将详细介绍到。

图1 TCP/IP栈

IP利用目标地址(被称为IP号),负责数据包从一个节点(源节点)到另一个节点(目的节点)的流向。IP协议位于网络层。传输层包括TCP,确保数据正确地、完整地到达目的地。TCP侦察任何传输错误,如果需要的话将重新建立连接。

IPv4和IPv6寻址

我们正经历着网络寻址系统的变化,这是因为大量的诸如PDA和移动电话等移动设备需要连接到互联网上。这也意味着它们需要用来通信的网络地址。

目前的IPv4网络协议使用32位寻址方案,可以分配大约40亿个地址。这在1970年IPv4刚刚发展起来时是足够大的数目,但是现在网络的使用从每房间一或两台设备跳到几十台设备。这样40亿个可分配的地址将很快就被消耗掉。

新IPv6网络协议使用128位寻址方案,目前正被实施。这个互联网协议在90年代中叶得到发展,其后在1999建立IPv6论坛。这个开放论坛的小组是为了促进IPv6标准的互操作性(www.ipv6forum.org)。

IPv6 READY logo

由于更多的公司寻求IPv6工具,所以IPv6论坛制订了一个新标准。尽管IETF享有唯一的IPv6协议标准的制订权,但是IPv6论坛也可以开发其他可促进IPv6发展的工具。由IPv6论坛开发执行的标准是IPv6 READY logo。

这个logo程序为过渡到IPv6的产品提供一个集中的、正式批准的系统。这个程序由IPv6论坛负责,它帮助使用者鉴别符合IPv6标准的产品,即这些产品可以与其他IPv6设备实现互操作。一旦论坛承认了该产品,它就拥有了logo,告诉开发者这个产品符合现有的IPv6标准。

应用程序包括一系列多种环境下的一致性和互操作性测试。这些测试由TAHI项目负责,这是一个为IPv6开发和维护确认技术的互助小组(www.tahi.org)。

Interpeak IPNET

Interpeak的IPNET TCP/IP栈(图1)与IPv4和IPv6兼容,这个栈包括四个主要层:连接层、网络层、传输从和应用层。

图1解释了协议栈的适应性,大量的安全应用和网络应用也集成到协议栈中。例如,应用层中包括移动IP、SNMP、SSH、SSL、IKE和Radius等应用。

安全协议(标记为红色)合并到网络层中。这个安全协议为高层协议和应用提供内在的保护。换句话来说,如果一个栈提供一定的特征和/或功能,使用栈的高层应用就不需要这些功能了。举例来说,因为越来越多的设备和系统在网络上互动,安全显得越来越重要。然而由于网络层中就保证了安全,应用开发人员就可从中受益,因此他们在自己的应用中就不必考虑安全了。

由于互联网协议和标准继续发展,嵌入式设备中应用网络的难度也在增加。然而,经过深思熟虑的设计将尽可能地使网络性能在将来被证明是正确的,并可实现为了在网络上安全地、成功地通信所必须的所有特征和功能。

Kenneth Jonsson是Interpeak双IPv4/IPv6路由栈、IPNET的高级结构和程序设计人员经理。他还是Interpeak双IPv4/IPv6主机栈的首个版本、IPLITE的结构/执行人员。

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