主要分析网络接口概念、网卡数据结构、网络接口、环回接口实现等等。
参考：
网络接口（以太网接口）是硬件接口（网络接口又可以称之为网卡）。
LWIP 是软件那么而怎样让硬件和软件无缝连接起来呢？
而且网卡又多种多样，怎样才能让 LWIP 使用同样的软件兼容不同的硬件平台？
LWIP 中使用了一个netif结构体来描述网卡但是网卡是直接和硬件平台打交道的：
用户提供最底层接口函数。
LWIP 提供统一的 API。
举例：
LWIP 中的 etherneif.c 文件的函数通常为硬件打交道的底层函数，当有数据需要通过网卡接收或者发送数据的时候就会被调用，通过 LWIP 的协议栈的内部进行处理后，从应用层就能得到数据或者可以发送数据。
小总结：
简单来说，netif 是 LWIP 抽象出来的网卡，LWIP 协议栈可以使用多种不同接口，而 etherneif.c 文件则提供了以太网网卡 netif 的抽象，每个网卡有不同的实现方式，每户只需要修改 ethernetif.c 文件即可。
小笔记：
网卡就是一个水管接口，把上层tcpip协议栈和底层数据链路对接起来，使其数据流通。
网卡底层自由：
ethnet_input()和ethnet_output()。
图源自李柱明
图源自李柱明
/** Generic data structure used for all lwIP network interfaces. * The following fields should be filled in by the initialization * function for the device driver: hwaddr_len, hwaddr[], mtu, flags */struct netif {#if !LWIP_SINGLE_NETIF /** pointer to next in linked list */ struct netif *next;#endif#if LWIP_IPV4 /** IP address configuration in network byte order */ ip_addr_t ip_addr; ip_addr_t netmask; ip_addr_t gw;#endif /* LWIP_IPV4 */#if LWIP_IPV6 /** Array of IPv6 addresses for this netif. */ ip_addr_t ip6_addr[LWIP_IPV6_NUM_ADDRESSES]; /** The state of each IPv6 address (Tentative, Preferred, etc). * @see ip6_addr.h */ u8_t ip6_addr_state[LWIP_IPV6_NUM_ADDRESSES];#if LWIP_IPV6_ADDRESS_LIFETIMES /** Remaining valid and preferred lifetime of each IPv6 address, in seconds. * For valid lifetimes, the special value of IP6_ADDR_LIFE_STATIC (0) * indicates the address is static and has no lifetimes. */ u32_t ip6_addr_valid_life[LWIP_IPV6_NUM_ADDRESSES]; u32_t ip6_addr_pref_life[LWIP_IPV6_NUM_ADDRESSES];#endif /* LWIP_IPV6_ADDRESS_LIFETIMES */#endif /* LWIP_IPV6 */ /** This function is called by the network device driver * to pass a packet up the TCP/IP stack. */ netif_input_fn input;#if LWIP_IPV4 /** This function is called by the IP module when it wants * to send a packet on the interface. This function typically * first resolves the hardware address, then sends the packet. * For ethernet physical layer, this is usually etharp_output() */ netif_output_fn output;#endif /* LWIP_IPV4 */ /** This function is called by ethernet_output() when it wants * to send a packet on the interface. This function outputs * the pbuf as-is on the link medium. */ netif_linkoutput_fn linkoutput;#if LWIP_IPV6 /** This function is called by the IPv6 module when it wants * to send a packet on the interface. This function typically * first resolves the hardware address, then sends the packet. * For ethernet physical layer, this is usually ethip6_output() */ netif_output_ip6_fn output_ip6;#endif /* LWIP_IPV6 */#if LWIP_NETIF_STATUS_CALLBACK /** This function is called when the netif state is set to up or down */ netif_status_callback_fn status_callback;#endif /* LWIP_NETIF_STATUS_CALLBACK */#if LWIP_NETIF_LINK_CALLBACK /** This function is called when the netif link is set to up or down */ netif_status_callback_fn link_callback;#endif /* LWIP_NETIF_LINK_CALLBACK */#if LWIP_NETIF_REMOVE_CALLBACK /** This function is called when the netif has been removed */ netif_status_callback_fn remove_callback;#endif /* LWIP_NETIF_REMOVE_CALLBACK */ /** This field can be set by the device driver and could point * to state information for the device. */ void *state;#ifdef netif_get_client_data void* client_data[LWIP_NETIF_CLIENT_DATA_INDEX_MAX + LWIP_NUM_NETIF_CLIENT_DATA];#endif#if LWIP_NETIF_HOSTNAME /* the hostname for this netif, NULL is a valid value */ const char* hostname;#endif /* LWIP_NETIF_HOSTNAME */#if LWIP_CHECKSUM_CTRL_PER_NETIF u16_t chksum_flags;#endif /* LWIP_CHECKSUM_CTRL_PER_NETIF*/ /** maximum transfer unit (in bytes) */ u16_t mtu;#if LWIP_IPV6 && LWIP_ND6_ALLOW_RA_UPDATES /** maximum transfer unit (in bytes), updated by RA */ u16_t mtu6;#endif /* LWIP_IPV6 && LWIP_ND6_ALLOW_RA_UPDATES */ /** link level hardware address of this interface */ u8_t hwaddr[NETIF_MAX_HWADDR_LEN]; /** number of bytes used in hwaddr */ u8_t hwaddr_len; /** flags (@see @ref netif_flags) */ u8_t flags; /** descriptive abbreviation */ char name[2]; /** number of this interface. Used for @ref if_api and @ref netifapi_netif, * as well as for IPv6 zones */ u8_t num;#if LWIP_IPV6_AUTOCONFIG /** is this netif enabled for IPv6 autoconfiguration */ u8_t ip6_autoconfig_enabled;#endif /* LWIP_IPV6_AUTOCONFIG */#if LWIP_IPV6_SEND_ROUTER_SOLICIT /** Number of Router Solicitation messages that remain to be sent. */ u8_t rs_count;#endif /* LWIP_IPV6_SEND_ROUTER_SOLICIT */#if MIB2_STATS /** link type (from "snmp_ifType" enum from snmp_mib2.h) */ u8_t link_type; /** (estimate) link speed */ u32_t link_speed; /** timestamp at last change made (up/down) */ u32_t ts; /** counters */ struct stats_mib2_netif_ctrs mib2_counters;#endif /* MIB2_STATS */#if LWIP_IPV4 && LWIP_IGMP /** This function could be called to add or delete an entry in the multicast filter table of the ethernet MAC.*/ netif_igmp_mac_filter_fn igmp_mac_filter;#endif /* LWIP_IPV4 && LWIP_IGMP */#if LWIP_IPV6 && LWIP_IPV6_MLD /** This function could be called to add or delete an entry in the IPv6 multicast filter table of the ethernet MAC. */ netif_mld_mac_filter_fn mld_mac_filter;#endif /* LWIP_IPV6 && LWIP_IPV6_MLD */#if LWIP_ACD struct acd *acd_list;#endif /* LWIP_ACD */#if LWIP_NETIF_USE_HINTS struct netif_hint *hints;#endif /* LWIP_NETIF_USE_HINTS */#if ENABLE_LOOPBACK /* List of packets to be queued for ourselves. */ struct pbuf *loop_first; /* 环回数据包缓存的首个pbuf地址 */ struct pbuf *loop_last; /* 环回数据包缓存的最后一个pbuf地址，用于后面继续有pbuf入队时，从尾部插入。（因为pbuf链表是单向非循环链表） */#if LWIP_LOOPBACK_MAX_PBUFS u16_t loop_cnt_current; /* 当前有多少个环回数据包未读 */#endif /* LWIP_LOOPBACK_MAX_PBUFS */#if LWIP_NETIF_LOOPBACK_MULTITHREADING /* Used if the original scheduling failed. */ /* 是否需要把netif_poll()API重新转发到lwip内核线程去跑。在转发失败时，标记下次要重新转发 */ u8_t reschedule_poll;#endif /* LWIP_NETIF_LOOPBACK_MULTITHREADING */#endif /* ENABLE_LOOPBACK */};/** pointer to next in linked list */ struct netif *next;LWIP 使用链表来统一管理同一设备的多个网卡。
netif.c 文件中定义两个全局指针 struct netif *netif_list 和 struct netif *netif_default
netif_list 就是网卡链表指针，指向网卡链表的首节点（第一个网卡）。netif_default 默认网卡。#if LWIP_IPV4 /** IP address configuration in network byte order */ ip_addr_t ip_addr; ip_addr_t netmask; ip_addr_t gw;#endif /* LWIP_IPV4 */ip_addr：网络中的 IP 地址。
netmask：子网掩码。
gw：网关地址。
/** This function is called by the network device driver * to pass a packet up the TCP/IP stack. */ netif_input_fn input;该函数为网卡北向出口函数，是把底层数据包往协议栈送的，一般是ethernet_input()，送入arp协议处理，再往上送。
#if LWIP_IPV4 /** This function is called by the IP module when it wants * to send a packet on the interface. This function typically * first resolves the hardware address, then sends the packet. * For ethernet physical layer, this is usually etharp_output() */ netif_output_fn output;#endif /* LWIP_IPV4 */函数由 IP 层调用，在接口上发送数据包。用户需要编写该函数并使 output 指向它。
通这个函数的处理步骤是首先解析硬件地址，然后发送数据包。
对于以太网物理层，该函数通常是 etharp_output(),参数是 pbuf,netif，和 ip_addr 类型。
注意：其中 ipaddr 代表要将数据包发送到的地址，但不一定数据包最终到达的 ip 地址。比如要发送 ip 数据报到一个并不在本网络的主机上，该数据包要被发送到一个路由器上，这里的 ipaddr 就是路由器的 ip 地址。
/** This function is called by ethernet_output() when it wants * to send a packet on the interface. This function outputs * the pbuf as-is on the link medium. */ netif_linkoutput_fn linkoutput;该函数和 output 类似，也需要用户自己实现一个函数，但是只有两个参数，一般是自定义函数 low_level_output()。
当需要在网卡上发送一个数据包时，该函数会被 ethernet_output() 函数调用，在底层发送数据。
#if LWIP_NETIF_REMOVE_CALLBACK /** This function is called when the netif has been removed */ netif_status_callback_fn remove_callback;#endif /* LWIP_NETIF_REMOVE_CALLBACK */当 netif 被删除时调用此函数。
/** This field can be set by the device driver and could point * to state information for the device. */ void *state;#ifdef netif_get_client_data void* client_data[LWIP_NETIF_CLIENT_DATA_INDEX_MAX + LWIP_NUM_NETIF_CLIENT_DATA];#endif#if LWIP_IPV6_AUTOCONFIG /** is this netif enabled for IPv6 autoconfiguration */ u8_t ip6_autoconfig_enabled;#endif /* LWIP_IPV6_AUTOCONFIG */#if LWIP_IPV6_SEND_ROUTER_SOLICIT /** Number of Router Solicitation messages that remain to be sent. */ u8_t rs_count;#endif /* LWIP_IPV6_SEND_ROUTER_SOLICIT */#if LWIP_NETIF_HOSTNAME /* the hostname for this netif, NULL is a valid value */ const char* hostname;#endif /* LWIP_NETIF_HOSTNAME */#if LWIP_CHECKSUM_CTRL_PER_NETIF u16_t chksum_flags;#endif /* LWIP_CHECKSUM_CTRL_PER_NETIF*/由设备驱动程序设置并指向设备的状态信息，主要将网卡的某些私有数据传递给上层。
/** maximum transfer unit (in bytes) */ u16_t mtu;/** number of bytes used in hwaddr */ u8_t hwaddr_len; /** link level hardware address of this interface */ u8_t hwaddr[NETIF_MAX_HWADDR_LEN];/** flags (@see @ref netif_flags) */ u8_t flags;网卡状态信息标志位，是很重要的控制字段，它包括网卡的功能使能，广播使能，ARP 使能等重要控制位。
/** descriptive abbreviation */ char name[2];用于保存每一个网卡的名字，用两个字符的名字来标识。
网卡使用的设备驱动的种类，名字由设备驱动来设置并且应该反映通过网卡表示的硬件的种类。
如果两个网卡具有相同的网络名字，我们就用 num 字段来区分相同类别的不同网卡。
/** number of this interface */ u8_t num;标识使用同种驱动类型的不同网卡。
#if LWIP_NETIF_USE_HINTS struct netif_hint *hints;#endif /* LWIP_NETIF_USE_HINTS */网卡提示，有些网卡相关的数据保存空间。
其数据结构：
struct netif_hint {#if LWIP_NETIF_HWADDRHINT u8_t addr_hint;#endif#if LWIP_VLAN_PCP /** VLAN hader is set if this is >= 0 (but must be <= 0xFFFF) */ s32_t tci;#endif };比如addr_hint在ARP协议中的用途就是，当当前网卡发送了一包数据时用到了ARP缓存表某条arp entry时，就会保存这个arp entry的索引到addr_hint中，下次这个网卡发送数据时，通过addr_hint获取索引后，直接从这条索引开始遍历ARP缓存表，加速组包时间。
tci是用于VLAN组包中的字段值。
定义一个 netif 作为网卡设备结构体。
挂载到 netif_list 链表中：netif_add();。
netif_add()的参数传入。使能网卡底层（链路层）：netif_set_link_up()。
使能网卡上层（协议栈）：netif_set_up()。
low_level_output()和low_level_input()函数是网卡的南向直接操作函数，是对网卡设备的写、读处理。
相当于网卡设备的驱动范畴的函数。
主要 API：
/* 网卡初始化函数 */static void low_level_init(struct netif *netif);/* 网卡的发送函数， * 将内核的数据包发送出去，数据包采用pbuf数据结构进行描述 */static err_t low_level_output(struct netif *netif, struct pbuf *p);/* 网卡的数据接收函数， * 该函数必须将接收的数据封装成pbuf的形式 */static struct pbuf * low_level_input(struct netif *netif);相关 API：（如以太网）
/* 上层管理网卡netif的到时候会被调用的函数， * 最终还是调用 low_level_init() 函数 */err_t ethernetif_init(struct netif *netif);/* 主要作用就是调用low_level_input()函数从网卡中读取一个数据包， * 然后解析该数据包的类型是属于ARP数据包还是IP数据包， * 再将包递交给上层。 * 无操作系统中使用：可以直接使用的函数，因为内核会周期性去处理该接收函数。 * 有操作系统中系统：一般会将其改写成一个线程的形式，可以周期性去调用low_level_input()网卡接收函数。*/void ethernetif_input(void *pParams);在网卡netif->flags;成员中体现。
NETIF_FLAG_UP：
NETIF_FLAG_BROADCAST：网络接口是否支持广播。
NETIF_FLAG_LINK_UP：
NETIF_FLAG_ETHARP：网络接口是否支持ARP功能。
NETIF_FLAG_ETHERNET：网络接口是否是以太网设备。
NETIF_FLAG_IGMP：网络接口是否支持IGMP协议功能。
NETIF_FLAG_MLD6：网络接口是否支持MLD6功能。
/** * @defgroup netif_flags Flags * @ingroup netif * @{ *//** Whether the network interface is 'up'. This is * a software flag used to control whether this network * interface is enabled and processes traffic. * It must be set by the startup code before this netif can be used * (also for dhcp/autoip). */#define NETIF_FLAG_UP 0x01U/** If set, the netif has broadcast capability. * Set by the netif driver in its init function. */#define NETIF_FLAG_BROADCAST 0x02U/** If set, the interface has an active link * (set by the network interface driver). * Either set by the netif driver in its init function (if the link * is up at that time) or at a later point once the link comes up * (if link detection is supported by the hardware). */#define NETIF_FLAG_LINK_UP 0x04U/** If set, the netif is an ethernet device using ARP. * Set by the netif driver in its init function. * Used to check input packet types and use of DHCP. */#define NETIF_FLAG_ETHARP 0x08U/** If set, the netif is an ethernet device. It might not use * ARP or TCP/IP if it is used for PPPoE only. */#define NETIF_FLAG_ETHERNET 0x10U/** If set, the netif has IGMP capability. * Set by the netif driver in its init function. */#define NETIF_FLAG_IGMP 0x20U/** If set, the netif has MLD6 capability. * Set by the netif driver in its init function. */#define NETIF_FLAG_MLD6 0x40U主要内容是：
netif_list。参数：
netif：网卡数据结构资源。ipaddr：网卡IP地址。netmask：网卡子网掩码。gw：网卡网关。state：用户自定义的一些数据。init：网卡初始化函数。各种网卡的初始化不完全一样，所以又用户自己实现。input：网卡北方北向接口。是把数据传入TCPIP协议栈的接口。/** * @ingroup netif * Add a network interface to the list of lwIP netifs. * * @param netif a pre-allocated netif structure * @param ipaddr IP address for the new netif * @param netmask network mask for the new netif * @param gw default gateway IP address for the new netif * @param state opaque data passed to the new netif * @param init callback function that initializes the interface * @param input callback function that is called to pass * ingress packets up in the protocol layer stack.<br> * It is recommended to use a function that passes the input directly * to the stack (netif_input(), NO_SYS=1 mode) or via sending a * message to TCPIP thread (tcpip_input(), NO_SYS=0 mode).<br> * These functions use netif flags NETIF_FLAG_ETHARP and NETIF_FLAG_ETHERNET * to decide whether to forward to ethernet_input() or ip_input(). * In other words, the functions only work when the netif * driver is implemented correctly!<br> * Most members of struct netif should be be initialized by the * netif init function = netif driver (init parameter of this function).<br> * IPv6: Don't forget to call netif_create_ip6_linklocal_address() after * setting the MAC address in struct netif.hwaddr * (IPv6 requires a link-local address). * * @return netif, or NULL if failed. */struct netif *netif_add(struct netif *netif,#if LWIP_IPV4 const ip4_addr_t *ipaddr, const ip4_addr_t *netmask, const ip4_addr_t *gw,#endif /* LWIP_IPV4 */ void *state, netif_init_fn init, netif_input_fn input){#if LWIP_IPV6 s8_t i;#endif LWIP_ASSERT_CORE_LOCKED();#if LWIP_SINGLE_NETIF if (netif_default != NULL) { /* 单网卡功能监测 */ LWIP_ASSERT("single netif already set", 0); return NULL; }#endif /* 网卡数据结构内存资源检验 */ LWIP_ERROR("netif_add: invalid netif", netif != NULL, return NULL); /* 网卡初始化钩子函数校验 */ LWIP_ERROR("netif_add: No init function given", init != NULL, return NULL);#if LWIP_IPV4 if (ipaddr == NULL) { ipaddr = ip_2_ip4(IP4_ADDR_ANY); /* 获取IPV4地址 */ } if (netmask == NULL) { netmask = ip_2_ip4(IP4_ADDR_ANY); /* 获取子网掩码 */ } if (gw == NULL) { gw = ip_2_ip4(IP4_ADDR_ANY); /* 获取网关 */ } /* 重置网卡配置状态 */ ip_addr_set_zero_ip4(&netif->ip_addr); ip_addr_set_zero_ip4(&netif->netmask); ip_addr_set_zero_ip4(&netif->gw); netif->output = netif_null_output_ip4;#endif /* LWIP_IPV4 */#if LWIP_IPV6 for (i = 0; i < LWIP_IPV6_NUM_ADDRESSES; i++) { /* 遍历当前网卡的各个IPV6地址空间 */ ip_addr_set_zero_ip6(&netif->ip6_addr[i]); /* 重置这个IPV6 */ netif->ip6_addr_state[i] = IP6_ADDR_INVALID; /* 标记为无效态 */#if LWIP_IPV6_ADDRESS_LIFETIMES /* ipv6生存期字段 */ netif->ip6_addr_valid_life[i] = IP6_ADDR_LIFE_STATIC; /* 静态地址，没有生存期 */ netif->ip6_addr_pref_life[i] = IP6_ADDR_LIFE_STATIC; /* 静态地址，没有生存期 */#endif /* LWIP_IPV6_ADDRESS_LIFETIMES */ } netif->output_ip6 = netif_null_output_ip6; /* 初始化北方南向接口为一个虚拟接口 */#endif /* LWIP_IPV6 */ NETIF_SET_CHECKSUM_CTRL(netif, NETIF_CHECKSUM_ENABLE_ALL); netif->mtu = 0; /* 重置MTU */ netif->flags = 0; /* 重置网卡状态 */#ifdef netif_get_client_data memset(netif->client_data, 0, sizeof(netif->client_data)); /* 清空网卡数据结构用户数据空间 */#endif /* LWIP_NUM_NETIF_CLIENT_DATA */#if LWIP_IPV6#if LWIP_IPV6_AUTOCONFIG /* 缺省情况下，IPv6地址自动配置功能处于开启状态 */ netif->ip6_autoconfig_enabled = 1;#endif /* LWIP_IPV6_AUTOCONFIG */ nd6_restart_netif(netif); /* 使能ipv6网卡，配置路由请求RS次数 */#endif /* LWIP_IPV6 */#if LWIP_NETIF_STATUS_CALLBACK netif->status_callback = NULL; /* 重置网卡上层（协议栈）状态回调 */#endif /* LWIP_NETIF_STATUS_CALLBACK */#if LWIP_NETIF_LINK_CALLBACK netif->link_callback = NULL; /* 重置底层（数据链路）状态回调 */#endif /* LWIP_NETIF_LINK_CALLBACK */#if LWIP_IGMP netif->igmp_mac_filter = NULL; /* 重置（ipv4）IGMP协议以太网MAC过滤表函数 */#endif /* LWIP_IGMP */#if LWIP_IPV6 && LWIP_IPV6_MLD netif->mld_mac_filter = NULL; /* 重置（ipv6）MLD协议以太网MAC过滤表函数 */#endif /* LWIP_IPV6 && LWIP_IPV6_MLD */ netif->state = state; /* 配置网卡状态 */ netif->num = netif_num; /* 配置网卡标识 */ netif->input = input; /* 配置网卡数据到TCPIP协议栈入口函数 */#if LWIP_ACD netif->acd_list = NULL; /* 重置ACD模块链表 */#endif /* LWIP_ACD */ NETIF_RESET_HINTS(netif); /* 重置网卡hints字段 */#if ENABLE_LOOPBACK netif->loop_first = NULL; /* 重置发送给自己的第一个数据包指针 */ netif->loop_last = NULL; /* 重置发送给自己的最后一个数据包指针 */#if LWIP_LOOPBACK_MAX_PBUFS netif->loop_cnt_current = 0; /* 重置发送给自己的pbuf最大缓存包数限制 */#endif /* LWIP_LOOPBACK_MAX_PBUFS */#if LWIP_NETIF_LOOPBACK_MULTITHREADING netif->reschedule_poll = 0; /* 是否在多线程环境下 */#endif /* LWIP_NETIF_LOOPBACK_MULTITHREADING */#endif /* ENABLE_LOOPBACK */#if LWIP_IPV4 netif_set_addr(netif, ipaddr, netmask, gw); /* 设置网卡IP、子网掩码、网关 */#endif /* LWIP_IPV4 */ /* 为netif调用用户指定的初始化函数 */ if (init(netif) != ERR_OK) { /* 不同的网卡有不同的初始化，所以又用户提供 */ return NULL; }#if LWIP_IPV6 && LWIP_ND6_ALLOW_RA_UPDATES /* 初始化IPv6的MTU为netif驱动设置的MTU。这可以稍后由RA进行更新。 */ netif->mtu6 = netif->mtu;#endif /* LWIP_IPV6 && LWIP_ND6_ALLOW_RA_UPDATES */#if !LWIP_SINGLE_NETIF /* 网卡标识唯一性校验。其算法先在历史累加获得，溢出再复位。 */ { struct netif *netif2; int num_netifs; do { if (netif->num == 255) { netif->num = 0; } num_netifs = 0; for (netif2 = netif_list; netif2 != NULL; netif2 = netif2->next) { LWIP_ASSERT("netif already added", netif2 != netif); num_netifs++; LWIP_ASSERT("too many netifs, max. supported number is 255", num_netifs <= 255); if (netif2->num == netif->num) { /* 已经溢出过了，标识+1直接用 */ netif->num++; break; } } } while (netif2 != NULL); } if (netif->num == 254) { /* 网卡标识溢出，归零 */ netif_num = 0; } else { /* */ netif_num = (u8_t)(netif->num + 1); /* 更新网卡标识全局记录值 */ } /* 添加网卡到网卡链表头部 */ netif->next = netif_list; netif_list = netif;#endif /* "LWIP_SINGLE_NETIF */ mib2_netif_added(netif);#if LWIP_IGMP if (netif->flags & NETIF_FLAG_IGMP) { /* 如果网卡支持IGMP功能 */ igmp_start(netif); /* 开始IGMP处理 */ }#endif /* LWIP_IGMP */ LWIP_DEBUGF(NETIF_DEBUG, ("netif: added interface %c%c IP", netif->name[0], netif->name[1]));#if LWIP_IPV4 LWIP_DEBUGF(NETIF_DEBUG, (" addr ")); ip4_addr_debug_print(NETIF_DEBUG, ipaddr); LWIP_DEBUGF(NETIF_DEBUG, (" netmask ")); ip4_addr_debug_print(NETIF_DEBUG, netmask); LWIP_DEBUGF(NETIF_DEBUG, (" gw ")); ip4_addr_debug_print(NETIF_DEBUG, gw);#endif /* LWIP_IPV4 */ LWIP_DEBUGF(NETIF_DEBUG, ("\n")); /* 网卡添加完毕，把这个网卡数据结构地址及状态通过回调链表ext_callback，通知到各个地方 */ netif_invoke_ext_callback(netif, LWIP_NSC_NETIF_ADDED, NULL); return netif;}netif_set_up()函数用于使能网卡上层协议栈。
相当于打开网卡北向接口的开关阀，让网卡和协议栈的数据能够流通。
对应标志位：NETIF_FLAG_UP。表示上层协议栈准备好了，也打通了网卡与协议栈的通道。
/** * @ingroup netif * Bring an interface up, available for processing * traffic. */voidnetif_set_up(struct netif *netif){ LWIP_ASSERT_CORE_LOCKED(); LWIP_ERROR("netif_set_up: invalid netif", netif != NULL, return); if (!(netif->flags & NETIF_FLAG_UP)) { /* 协议栈还没使能 */ netif_set_flags(netif, NETIF_FLAG_UP); /* 标记使能协议栈 */ /* 记录网卡协议栈使能时间 */ MIB2_COPY_SYSUPTIME_TO(&netif->ts); /* 网卡状态回调 */ NETIF_STATUS_CALLBACK(netif);#if LWIP_NETIF_EXT_STATUS_CALLBACK { netif_ext_callback_args_t args; args.status_changed.state = 1; /* 网卡状态静态回调 */ netif_invoke_ext_callback(netif, LWIP_NSC_STATUS_CHANGED, &args); }#endif /* 发送ARP/IGMP/MLD/RS事件，例如:linup / netifup或addr-change */ /* 协议栈和数据链路都使能了才生效 */ netif_issue_reports(netif, NETIF_REPORT_TYPE_IPV4 | NETIF_REPORT_TYPE_IPV6);#if LWIP_IPV6 /* 重置ipv6网卡，设置路由请求RS次数(see RFC 4861, ch. 6.3.7) */ nd6_restart_netif(netif);#endif /* LWIP_IPV6 */ }}netif_set_link_up()函数用于使能网卡底层数据链路。
相当于打开网卡南向接口的开关阀，让网卡和底层数据链路的数据能够流通。
对应标志位：NETIF_FLAG_LINK_UP。表示底层数据链路准备好了，也打通了网卡与底层数据链路的通道。
因为在数据链路层新增了一个设备节点，所以需要在链路层做一些处理，通告下。
比如发起ARP请求，宣告当前IP被我使用，给为同僚ARP缓存表有空间就存一下吧。
链路层使能后，还需要通过回调通知其它业务，表明当前网卡状态更新了。
/** * @ingroup netif * Called by a driver when its link goes up */voidnetif_set_link_up(struct netif *netif){ LWIP_ASSERT_CORE_LOCKED(); LWIP_ERROR("netif_set_link_up: invalid netif", netif != NULL, return); if (!(netif->flags & NETIF_FLAG_LINK_UP)) { /* 数据链路还没使能 */ netif_set_flags(netif, NETIF_FLAG_LINK_UP); /* 标记使能数据链路 */ /* 链路层新增了一个设备节点，需要在链路层通告处理下 */#if LWIP_DHCP /* dhcp协议相关 */ dhcp_network_changed_link_up(netif);#endif /* LWIP_DHCP */#if LWIP_AUTOIP /* AUTOIP相关 */ autoip_network_changed_link_up(netif);#endif /* LWIP_AUTOIP */ /* 发送ARP/IGMP/MLD/RS事件，例如:linup / netifup或addr-change */ /* 协议栈和数据链路都使能了才生效 */ netif_issue_reports(netif, NETIF_REPORT_TYPE_IPV4 | NETIF_REPORT_TYPE_IPV6);#if LWIP_IPV6 /* 重置ipv6网卡，设置路由请求RS次数(see RFC 4861, ch. 6.3.7) */ nd6_restart_netif(netif);#endif /* LWIP_IPV6 */ /* 数据链路状态回调 */ NETIF_LINK_CALLBACK(netif);#if LWIP_NETIF_EXT_STATUS_CALLBACK { netif_ext_callback_args_t args; args.link_changed.state = 1; /* 网卡状态静态回调 */ netif_invoke_ext_callback(netif, LWIP_NSC_LINK_CHANGED, &args); }#endif }}参考lwip官方提供的ethernetif.c文件。
用户需要封装单个网卡底层数据链路相关的函数：
low_level_init()：
low_level_output()：
low_level_input()：
ethernetif_init()：网卡初始化函数。封装这个接口是给netif_add()添加网卡时初始化当前网卡的。
ethernetif_input()：数据链路接收数据并传入TCPIP协议栈。
发送的数据是由上层一层一层传下来的，相关接口也是层层调用即可。
但是接收数据不一样，我们代码不知道数据什么时候来，所以需要创建一条线程，专门用于检索接收到的数据包，然后传入网卡，让网卡一层一层上传处理。
lwip提供的参考，这个线程就是ethernetif_input()。
伪代码参考：
/** * Should be called at the beginning of the program to set up the * network interface. It calls the function low_level_init() to do the * actual setup of the hardware. * * This function should be passed as a parameter to netif_add(). * * @param netif the lwip network interface structure for this ethernetif * @return ERR_OK if the loopif is initialized * ERR_MEM if private data couldn't be allocated * any other err_t on error */err_tethernetif_init(struct netif *netif){ struct ethernetif *ethernetif; LWIP_ASSERT("netif != NULL", (netif != NULL)); ethernetif = mem_malloc(sizeof(struct ethernetif)); if (ethernetif == NULL) { LWIP_DEBUGF(NETIF_DEBUG, ("ethernetif_init: out of memory\n")); return ERR_MEM; }#if LWIP_NETIF_HOSTNAME /* Initialize interface hostname */ netif->hostname = "lwip";#endif /* LWIP_NETIF_HOSTNAME */ /* 在结构netif中初始化snmp变量和计数器。最后一个参数应该替换为链接速度，单位为比特/秒 */ MIB2_INIT_NETIF(netif, snmp_ifType_ethernet_csmacd, LINK_SPEED_OF_YOUR_NETIF_IN_BPS); /* 网卡信息配置 */ netif->state = ethernetif; netif->name[0] = IFNAME0; netif->name[1] = IFNAME1; /* 我们在这里直接使用etharp_output()来保存函数调用。 如果你必须在发送之前做一些检查(例如，如果链接可用…)，你可以声明自己的函数为调用etharp_output()。 */#if LWIP_IPV4 netif->output = etharp_output; /* ARP协议的北向入口，用户可以二次封装这个接口。收到的数据时网络层的IP数据 */#endif /* LWIP_IPV4 */#if LWIP_IPV6 netif->output_ip6 = ethip6_output;#endif /* LWIP_IPV6 */ netif->linkoutput = low_level_output; /* 网卡南向出口。把数据发往底层数据链路。 */ ethernetif->ethaddr = (struct eth_addr *) & (netif->hwaddr[0]); /* 配置硬件地址，MAC */ /* 初始化网卡硬件设备 */ low_level_init(netif); return ERR_OK;}该函数为应该独立线程，用于检测和接收底层数据链路数据，打包好发往TCPIP协议栈。
/** * This function should be called when a packet is ready to be read * from the interface. It uses the function low_level_input() that * should handle the actual reception of bytes from the network * interface. Then the type of the received packet is determined and * the appropriate input function is called. * * @param netif the lwip network interface structure for this ethernetif */static voidethernetif_input(struct netif *netif){ struct ethernetif *ethernetif; struct eth_hdr *ethhdr; struct pbuf *p; ethernetif = netif->state; /* 用户私人信息拿出来 */ /* 接收一个数据包，并封装成pbuf类型 */ p = low_level_input(netif); /* 如果无法读取数据包，则静默地忽略它 */ if (p != NULL) { /* 将所有数据包传递给ethernet_input，由ethernet_input决定支持哪些数据包 */ if (netif->input(p, netif) != ERR_OK) { LWIP_DEBUGF(NETIF_DEBUG, ("ethernetif_input: IP input error\n")); pbuf_free(p); /* 上传失败，丢弃该数据包 */ p = NULL; } }}/** * In this function, the hardware should be initialized. * Called from ethernetif_init(). * * @param netif the already initialized lwip network interface structure * for this ethernetif */static voidlow_level_init(struct netif *netif){ struct ethernetif *ethernetif = netif->state; /* 获取用户私人信息 */ /* 设置MAC硬件地址长度 */ netif->hwaddr_len = ETHARP_HWADDR_LEN; /* 设置MAC地址 */ netif->hwaddr[0] = ; /* ... */ netif->hwaddr[5] = ; /* 设置MTU */ netif->mtu = 1500; /* 设备性能标记 */ /* 根据实际设备性能而配置 */ netif->flags = NETIF_FLAG_BROADCAST | NETIF_FLAG_ETHARP | NETIF_FLAG_LINK_UP;#if LWIP_IPV6 && LWIP_IPV6_MLD /* * 用于实现MAC过滤的硬件/网络。 * 默认情况下，所有节点的链路本地是被处理的，因此我们必须让硬件知道允许多播包进入。 * 应该在前面设置mld_mac_filter。 */ if (netif->mld_mac_filter != NULL) { ip6_addr_t ip6_allnodes_ll; ip6_addr_set_allnodes_linklocal(&ip6_allnodes_ll); netif->mld_mac_filter(netif, &ip6_allnodes_ll, NETIF_ADD_MAC_FILTER); }#endif /* LWIP_IPV6 && LWIP_IPV6_MLD */ /* 执行初始化接口所需的其他操作。 */}ipv4的127 网段的所有地址都称为环回地址，主要用来测试网络协议是否工作正常的作用。
常用：
IPv4：127.0.0.1
IPv6：::1
默认记录IPv4。
环回地址表示“我自己”的意思。
图源自李柱明
ENABLE_LOOPBACK：开启环回功能。
LWIP_NETIF_LOOPBACK：每个网卡都有环回功能。
LWIP_HAVE_LOOPIF：可创建独立的环回网卡。
netif_init()：lwip网卡模块初始化。如果开启了LWIP_NETIF_LOOPBACK，则会在该函数里面添加一个环回网卡loop_netif。
netif_loopif_init()：环回网卡初始化。
low_level_init()。netif_loop_output()：环回输出接口。
如果数据包的目标IP和当前网卡的IP一致，则调用内部会调用该函数，而不是netif->output()。
如果是环回网卡，netif->output()也是该函数。
netif_loop_output()。netif->output()，其实也是netif_loop_output()。netif_poll()：环回处理接口。
netif_poll()转交给wlip内核线程去跑。netif_loop_output()输入的数据传到netif->input()。lwip网卡模块初始化调用netif_init()函数，只是在lwip协议栈初始化是调用，如果开启了环回LWIP_HAVE_LOOPIF功能，才会有操作，就是创建一个环回IP的网卡，仅此而已。
对应到每一个实际网卡的初始化，在netif_add()会讲解。
voidnetif_init(void){#if LWIP_HAVE_LOOPIF#if LWIP_IPV4#define LOOPIF_ADDRINIT &loop_ipaddr, &loop_netmask, &loop_gw, ip4_addr_t loop_ipaddr, loop_netmask, loop_gw; IP4_ADDR(&loop_gw, 127, 0, 0, 1); /* 设置回环网卡的网关 */ IP4_ADDR(&loop_ipaddr, 127, 0, 0, 1); /* 设置回环网卡的IP地址 */ IP4_ADDR(&loop_netmask, 255, 0, 0, 0); /* 设置回环网卡的子网掩码 */#else /* LWIP_IPV4 */#define LOOPIF_ADDRINIT#endif /* LWIP_IPV4 */#if NO_SYS netif_add(&loop_netif, LOOPIF_ADDRINIT NULL, netif_loopif_init, ip_input);#else /* NO_SYS */ netif_add(&loop_netif, LOOPIF_ADDRINIT NULL, netif_loopif_init, tcpip_input); /* 添加网卡 */#endif /* NO_SYS */#if LWIP_IPV6 IP_ADDR6_HOST(loop_netif.ip6_addr, 0, 0, 0, 0x00000001UL); /* ipv6的回环地址为::1 */ loop_netif.ip6_addr_state[0] = IP6_ADDR_VALID; /* 标记地址有效 */#endif /* LWIP_IPV6 */ netif_set_link_up(&loop_netif); /* 添加新网卡，告知链路层，如ARP宣告使用次IP，都让回环的没有。 */ netif_set_up(&loop_netif); /* 协议栈启用此网卡 */#endif /* LWIP_HAVE_LOOPIF */}回环网卡初始化：netif_loopif_init()
/** * Initialize a lwip network interface structure for a loopback interface * * @param netif the lwip network interface structure for this loopif * @return ERR_OK if the loopif is initialized * ERR_MEM if private data couldn't be allocated */static err_tnetif_loopif_init(struct netif *netif){ LWIP_ASSERT("netif_loopif_init: invalid netif", netif != NULL); /* 初始化结构netif中的SNMP变量和计数器 * ifSpeed:不能做任何假设! */ MIB2_INIT_NETIF(netif, snmp_ifType_softwareLoopback, 0); /* 网卡名字 */ netif->name[0] = 'l'; netif->name[1] = 'o';#if LWIP_IPV4 netif->output = netif_loop_output_ipv4; /* 回环输出接口 */#endif#if LWIP_IPV6 netif->output_ip6 = netif_loop_output_ipv6; /* 回环输出接口 */#endif#if LWIP_LOOPIF_MULTICAST netif_set_flags(netif, NETIF_FLAG_IGMP); /* 支持IGMP协议 */#endif NETIF_SET_CHECKSUM_CTRL(netif, NETIF_CHECKSUM_DISABLE_ALL); /* checksum校验功能相关 */ return ERR_OK;}#endif /* LWIP_HAVE_LOOPIF */传入的pbuf是被以复制的显示缓存到对应网卡的loop_first链表中：
LWIP_LOOPBACK_MAX_PBUFS。netif->loop_first中。netif_poll()，正常按理是不用再触发的。但是如果上次触发失败，这次还是要触发。netif_poll()没有在跑。需要触发netif_poll()。netif_poll()触发失败，需要标记下，下次再发环回数据时补回触发。/** * @ingroup netif * Send an IP packet to be received on the same netif (loopif-like). * The pbuf is copied and added to an internal queue which is fed to * netif->input by netif_poll(). * In multithreaded mode, the call to netif_poll() is queued to be done on the * TCP/IP thread. * In callback mode, the user has the responsibility to call netif_poll() in * the main loop of their application. * * @param netif the lwip network interface structure * @param p the (IP) packet to 'send' * @return ERR_OK if the packet has been sent * ERR_MEM if the pbuf used to copy the packet couldn't be allocated */err_tnetif_loop_output(struct netif *netif, struct pbuf *p){ struct pbuf *r; err_t err; struct pbuf *last;#if LWIP_LOOPBACK_MAX_PBUFS u16_t clen = 0;#endif /* LWIP_LOOPBACK_MAX_PBUFS */ /* 如果我们有一个loop, SNMP计数器会为此进行调整， * 如果不是，则调整为'netif'。 */#if MIB2_STATS#if LWIP_HAVE_LOOPIF struct netif *stats_if = &loop_netif; /* 相关状态信息记录到loop_netif（不管数据包的目标是否是该网卡） */#else /* LWIP_HAVE_LOOPIF */ struct netif *stats_if = netif; /* 相关状态信息记录到对应网卡 */#endif /* LWIP_HAVE_LOOPIF */#endif /* MIB2_STATS */#if LWIP_NETIF_LOOPBACK_MULTITHREADING u8_t schedule_poll = 0; /* 是否需要转发netif_poll()到lwip内核线程执行 */#endif /* LWIP_NETIF_LOOPBACK_MULTITHREADING */ SYS_ARCH_DECL_PROTECT(lev); LWIP_ASSERT("netif_loop_output: invalid netif", netif != NULL); LWIP_ASSERT("netif_loop_output: invalid pbuf", p != NULL); /* 申请新的pbuf资源 */ r = pbuf_alloc(PBUF_LINK, p->tot_len, PBUF_RAM); if (r == NULL) { /* 申请失败。状态信息记录。 */ LINK_STATS_INC(link.memerr); LINK_STATS_INC(link.drop); MIB2_STATS_NETIF_INC(stats_if, ifoutdiscards); return ERR_MEM; }#if LWIP_LOOPBACK_MAX_PBUFS clen = pbuf_clen(r); /* 查看申请到的pbuf有多长（查看多少个pbuf节点组成，如果MEM基于POOL时才有意义） */ /* 检查队列上是否有溢出或太多的pbuf */ if (((netif->loop_cnt_current + clen) < netif->loop_cnt_current) || ((netif->loop_cnt_current + clen) > LWIP_MIN(LWIP_LOOPBACK_MAX_PBUFS, 0xFFFF))) { pbuf_free(r); /* 过多，全部丢弃 */ /* 输出失败。记录状态信息。 */ LINK_STATS_INC(link.memerr); LINK_STATS_INC(link.drop); MIB2_STATS_NETIF_INC(stats_if, ifoutdiscards); return ERR_MEM; } /* 资源申请成功，需要记录pbuf链表有是由多少个节点组成的，用于出队检查和包数限制。 */ /* 笔者认为，在这里就更新，未免太早了。如果pbuf拷贝失败，会导致这个值虚大。 */ netif->loop_cnt_current = (u16_t)(netif->loop_cnt_current + clen);#endif /* LWIP_LOOPBACK_MAX_PBUFS */ /* 将整个pbuf队列p复制到单个pbuf r中 */ if ((err = pbuf_copy(r, p)) != ERR_OK) { pbuf_free(r); /* 拷贝失败。记录状态信息。 */ LINK_STATS_INC(link.memerr); LINK_STATS_INC(link.drop); MIB2_STATS_NETIF_INC(stats_if, ifoutdiscards); /* 笔者添加：netif->loop_cnt_current = (u16_t)(netif->loop_cnt_current - clen); */ return err; } /* 把包放在一个链表上，通过调用netif_poll()进行出队. */ /* last指向链r中的最后一个pbuf */ for (last = r; last->next != NULL; last = last->next) { /* nothing to do here, just get to the last pbuf */ } SYS_ARCH_PROTECT(lev); /* 进入临界 */ if (netif->loop_first != NULL) { /* 环回链表中已有缓存数据 */ LWIP_ASSERT("if first != NULL, last must also be != NULL", netif->loop_last != NULL); netif->loop_last->next = r; /* 拼接pbuf链表 */ netif->loop_last = last; /* 保存最后一个pbuf的指针。用于还没其它pbuf插入时，直接从尾部插入。 */#if LWIP_NETIF_LOOPBACK_MULTITHREADING if (netif->reschedule_poll) { /* 需要重新把netif_pool()转发到lwip内核线程执行（因为上次转发失败） */ schedule_poll = 1; /* 标记需要外包 */ netif->reschedule_poll = 0; /* 恢复标志位 */ }#endif /* LWIP_NETIF_LOOPBACK_MULTITHREADING */ } else { /* 环回链表中没有缓存数据 */ netif->loop_first = r; /* 首个pbuf */ netif->loop_last = last; /* 保存最后一个pbuf的指针 */#if LWIP_NETIF_LOOPBACK_MULTITHREADING /* 环回队列中没有数据，说明netif_poll()已经处理完毕，需要重新外包netif_poll() */ schedule_poll = 1;#endif /* LWIP_NETIF_LOOPBACK_MULTITHREADING */ } SYS_ARCH_UNPROTECT(lev); /* 退出临界 */ /* 记录状态信息。 */ LINK_STATS_INC(link.xmit); MIB2_STATS_NETIF_ADD(stats_if, ifoutoctets, p->tot_len); MIB2_STATS_NETIF_INC(stats_if, ifoutucastpkts);#if LWIP_NETIF_LOOPBACK_MULTITHREADING /* 多线程环境下 */ if (schedule_poll) { /* 打包消息，转发netif_poll()函数到lwip内核线程去跑 */ if (tcpip_try_callback((tcpip_callback_fn)netif_poll, netif) != ERR_OK) { SYS_ARCH_PROTECT(lev); netif->reschedule_poll = 1; SYS_ARCH_UNPROTECT(lev); } }#endif /* LWIP_NETIF_LOOPBACK_MULTITHREADING */ return ERR_OK;}非可重入函数。
netif->loop_first中出队，把数据转交给IP模块入口ip_input()处理。/** * Call netif_poll() in the main loop of your application. This is to prevent * reentering non-reentrant functions like tcp_input(). Packets passed to * netif_loop_output() are put on a list that is passed to netif->input() by * netif_poll(). */voidnetif_poll(struct netif *netif){ /* 如果我们有一个loop, SNMP计数器会为此进行调整， * 如果不是，则调整为'netif'。 */#if MIB2_STATS#if LWIP_HAVE_LOOPIF struct netif *stats_if = &loop_netif; /* 相关状态信息记录到loop_netif（不管数据包的目标是否是该网卡） */#else /* LWIP_HAVE_LOOPIF */ struct netif *stats_if = netif; /* 相关状态信息记录到对应网卡 */#endif /* LWIP_HAVE_LOOPIF */#endif /* MIB2_STATS */ SYS_ARCH_DECL_PROTECT(lev); LWIP_ASSERT("netif_poll: invalid netif", netif != NULL); SYS_ARCH_PROTECT(lev); /* 进入临界 */ while (netif->loop_first != NULL) { /* 直到环回链表都处理完毕 */ struct pbuf *in, *in_end;#if LWIP_LOOPBACK_MAX_PBUFS u8_t clen = 1;#endif /* LWIP_LOOPBACK_MAX_PBUFS */ in = in_end = netif->loop_first; while (in_end->len != in_end->tot_len) { /* 遍历当前pbuf链表数据包最后一个有效的pbuf */ LWIP_ASSERT("bogus pbuf: len != tot_len but next == NULL!", in_end->next != NULL); in_end = in_end->next; /* 遍历下一个 */#if LWIP_LOOPBACK_MAX_PBUFS clen++; /* 记录当前pbuf链表的pbuf成员个数 */#endif /* LWIP_LOOPBACK_MAX_PBUFS */ }#if LWIP_LOOPBACK_MAX_PBUFS /* 调整队列上的pbuf数量 */ LWIP_ASSERT("netif->loop_cnt_current underflow", ((netif->loop_cnt_current - clen) < netif->loop_cnt_current)); netif->loop_cnt_current = (u16_t)(netif->loop_cnt_current - clen);#endif /* LWIP_LOOPBACK_MAX_PBUFS */ /* 'in_end'现在指向'in'的最后一个pbuf */ if (in_end == netif->loop_last) { /* 队列上的pbuf已经遍历完毕了，后续没有其它pbuf。更新相关字段 */ netif->loop_first = netif->loop_last = NULL; } else { /* 环回队列还要其它pbuf */ /* 从列表中弹出pbuf */ netif->loop_first = in_end->next; LWIP_ASSERT("should not be null since first != last!", netif->loop_first != NULL); } /* 弹出队列 */ in_end->next = NULL; SYS_ARCH_UNPROTECT(lev); /* 获取这个环回pbuf数据包的源网卡，也是目标网卡 */ in->if_idx = netif_get_index(netif); /* 状态信息记录。 */ LINK_STATS_INC(link.recv); MIB2_STATS_NETIF_ADD(stats_if, ifinoctets, in->tot_len); MIB2_STATS_NETIF_INC(stats_if, ifinucastpkts); /* loopback报文始终是IP报文! */ if (ip_input(in, netif) != ERR_OK) { /* 转入对应网卡的IP模块 */ pbuf_free(in); /* 转入失败后需要释放这个pbuf数据包内存资源 */ } SYS_ARCH_PROTECT(lev); } SYS_ARCH_UNPROTECT(lev);}