本章為系列指南的第九章，終結篇，本章主要來分析一下完整的ARP協議，並在STM32F4中實現一個精簡的ARP協議響應流程。

ARP協議的本質是使區域網內的其他主機能夠知道我在哪兒，比如在區域網上有人衝著所有人喊了一句「IP為XXXX的傢伙，你在哪兒」，我一聽，XXXX不是我的IP嗎，我得回答他啊，於是我衝著所有人（也可以是單獨的這個人）喊一句「我在這兒呢，我的MAC是YYYY」，這樣區域網內所有使用者，包括交換機就知道IP為XXXX的傢伙MAC地址是YYYY，並且交換機知道了我連在它的第N個埠上，以後有人要通過交換機向IP為XXXX的我發信息，交換機就把資料包發到N port上去了。沒有上面這套流程，區域網上就沒人知道你是誰，你的IP多少，你的MAC多少，你連在交換機大佬的第幾個埠上，自然你也收不到任何非廣播包資料了。

ARP請求

如果我要向一個之前沒有任何聯絡的主機主動發一個數據包，一般情況下都會觸發一個ARP詢問，比如我們上一章《STM32F4+DP83848乙太網通訊指南第八章：收包流程》中，最後的實驗，我開啟CMD命令列，輸入了一個指令ping 192.168.1.201，這時候PC的底層裝置（一般是網絡卡）首先判斷一下自己的快取中有沒有192.168.1.201這個IP的快取資訊，如果沒有通訊記錄或者時間過長失效了，就得在網路上廣播一下，找找看當前有沒有誰在用192.168.1.201這個IP地址，包內容如下：

ff ff ff ff ff ff 00 0e c6 d4 1d d4 08 06 00 01
08 00 06 04 00 01 00 0e c6 d4 1d d4 c0 a8 01 c8
00 00 00 00 00 00 c0 a8 01 C9
 

WireShark分析以上報文的解析如下圖所示：

ARP響應

目標主機的MAC地址為FF FF FF FF FF FF時，交換機會將此包廣播到所有埠，這時候所有節點的網絡卡上都能收到這個廣播包，如果某一節點的IP地址為192.168.1.201則需要對此包進行響應，判斷依據為上述包的以下特徵：

第一行倒數第4，第3位元組：0806，代表的是ARP協議

第二行第6位元組：01，代表的是ARP請求

第三行最後4位元組：c0 a8 01 C9，代表的是192.168.1.1，跟自己暫存器中的值匹配

響應資料包為以下內容：

00 0e c6 d4 1d d4 00 11 0e 0b 03 8a 08 06 00 01
08 00 06 04 00 02 00 11 0e 0b 03 8a c0 a8 01 c9
00 0e c6 d4 1d d4 c0 a8 01 c8 00 00 00 00 00 00
00 00 00 00 00 00 00 00 20 20 20 20
 

上述中，以下資料是動態變化的：

第一行前6個位元組：00 0e c6 d4 1d d4，根據請求包中的第7-12六個位元組決定，表示目標MAC地址

第一行第7-12六個位元組：00 11 0e 0b 03 8a，自由設定的自己的MAC地址

第二行第7-12六個位元組：00 11 0e 0b 03 8a，自由設定的自己的MAC地址

第二行倒數4個位元組：c0 a8 01 c9，自己的IP地址，也就是請求包中所呼喚的IP地址，192.168.1.201

第三行前6個位元組：00 0e c6 d4 1d d4，根據請求包中的第7-12六個位元組決定，表示目標MAC地址

第三行第7-10四個位元組：c0 a8 01 c8，根據請求包第二行倒數四個位元組決定，表示目標IP地址

這些資訊都可以用WireShark分析出來，WireShark對每一個位元組的含義都有明確的解釋。

編碼實現

有了特徵匹配及填充規則，配合我們之前的STM32發包和收包DEMO，我們就可以程式設計實現ARP資料包的響應了。

#define LEN_ARP 42

/* 以下為業務邏輯需要用到的全域性變數 */
u8 IPAddr[4];

vu8  SystemStatus; /* 系統狀態，bit0:是否需要傳送被動響應資料包，bit1:是否打開了PNIO開關，bit2:是否需要傳送PNControl request */
vu16 sendLen;      /* 傳送包長度 */
u8 sendBuffer[1024];   /* 傳送包BUFFER */
u8 arp_answer[LEN_ARP]={
    0,0,0,0,0,0, /* ArpAskerMac */ 0,0,0,0,0,0, /* myMac */ 0x08, 0x06, 0x00, 0x01,
    0x08, 0x00, 0x06, 0x04, 0x00, 0x02, 0,0,0,0,0,0, /* myMac */ 0,0,0,0, /* IP address */
    0,0,0,0,0,0, /* ArpAskerMac */ 0,0,0,0/* ArpAskerIP */
};

int main() {
    SystemStatus = SS_NOTHING;
    sendLen = 0;    

    /* 預設呼叫SystemInit，系統時鐘168MHz */
    NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_4);        //4位搶佔，0位響應

    DelayInit(168);        //初始化168MHz

    NVIC_SetPriority (SysTick_IRQn, 0);        //系統滴答定時器優先順序最高  

    DP83848Init(MyMacAddr);        //初始化DP83848

    while(1) {
        if (0x01 == (SystemStatus & 0x01)){
            /* 如果需要傳送被動網絡卡響應 */
            DP83848Send(sendBuffer, sendLen);            
            sendLen = 0;
            SystemStatus = SystemStatus & 0xFE; /* bit0置為0 */
        }
    }
}

void Pkt_Handle(void) {
    FrameTypeDef frame;
    __IO ETH_DMADESCTypeDef *DMARxNextDesc;

    /* get received frame */
    frame = ETH_Get_Received_Frame();
    /* Obtain the size of the packet and put it into the "len" variable. */
    receiveLen = frame.length;
    receiveBuffer = (u8 *)frame.buffer;

    if (Match(receiveBuffer, ArpProtocol, 12, 2) && Match(receiveBuffer, IPAddr, 38, 4)){
        /* ARP */
        //printf("ARP test received\n");
        memcpy(sendBuffer, arp_answer, LEN_ARP);

        for (int i = 0; i < 6; i++) {
            /* ArpAskerMac */
            sendBuffer[i] = receiveBuffer[6 + i];    
            sendBuffer[32 + i] = receiveBuffer[6 + i];
        }
        for (int i = 0; i < 4; i++) {
            /* ArpAskerIP */
            sendBuffer[38 + i] = receiveBuffer[28 + i];    
        }

        sendLen = LEN_ARP;
        SystemStatus = (SystemStatus | 0x01); /* 開啟網絡卡被動資料傳送開關 */
    }

    /* Check if frame with multiple DMA buffer segments */
    if (DMA_RX_FRAME_infos->Seg_Count > 1) {
        DMARxNextDesc = DMA_RX_FRAME_infos->FS_Rx_Desc;
    } else {
        DMARxNextDesc = frame.descriptor;
    }

    /* Set Own bit in Rx descriptors: gives the buffers back to DMA */
    for (i = 0; i < DMA_RX_FRAME_infos->Seg_Count; i++) {
        DMARxNextDesc->Status = ETH_DMARxDesc_OWN;
        DMARxNextDesc = (ETH_DMADESCTypeDef *)(DMARxNextDesc->Buffer2NextDescAddr);
    }

    /* Clear Segment_Count */
    DMA_RX_FRAME_infos->Seg_Count = 0;

    /* When Rx Buffer unavailable flag is set: clear it and resume reception */
    if ((ETH->DMASR & ETH_DMASR_RBUS) != (u32)RESET) {
        /* Clear RBUS ETHERNET DMA flag */
        ETH->DMASR = ETH_DMASR_RBUS;
        /* Resume DMA reception */
        ETH->DMARPDR = 0;
    }
}

編碼的總體思想就是中斷中快進快出，用變數來標記狀態，主迴圈中不斷判斷狀態並復位狀態。

使用這種方式，可以繼續擴充套件ICMP協議，實現PING指令，以及更多按需裁剪的TCP/IP協議，當然擴充套件的協議越多，這種純粹的if判斷也會越多，以後會細分各個層，在層次中繼續if判斷，當到了頂層應用層之後，就只管TCP/UDP協議了，內容一般都是應用協議自己規劃的比如HTTP，FTP這些協議，只需要把上層協議的資料結構填充到下層協議的內容區域就行了。當遇到資料包比較龐大的時候，還需要分包傳輸，暫時我們沒有用到，LWIP中有相應的實現，有需求的話可以去研究。此外，我們實驗中的程式碼都是基於陣列進行資料裝箱拆箱操作的，而網路包的協議是按層次來的，使用陣列不斷的進行資料的填充是非常消耗效能的，因此在遇到資料量比較大，需要實現的協議比較多時，仍然建議按照LWIP的思路使用收尾相接的鏈式結構進行拆裝箱。

系列總結

到此我們這個系列就算告一段落了，後面的工業乙太網的協議的分析和實現我不方便做公開的教程，也是自己一步一步摸索過來的，目前自己在設計PCB板，後期這個工程需要制板貼片並做成最終的工業產品。

我們來回顧總結一下這個系列教程，首先我們對STM32F407的時鐘、中斷等相關知識做了一個梳理，接著我們認識了STM32中的MAC，以及跟MAC搭配的PHY，同時還對DMA技術做了一個粗略的瞭解。試著初始化相關的GPIO，使能了MAC,DMA,PHY，這樣一個DP83848Init()函式就搞定了；再後來我們又完成DP83848Send()函式，能夠發包了，接著配置了乙太網中斷，能夠在Pkt_Handle()函式中進行乙太網收包了，以上函式的編寫，我們都是參考的ethernetif.c檔案，它的幾個底層函式low_level_init、low_level_output、low_level_input給我們提供了重要的線索。最後對TCP/IP協議棧中的ARP協議進行了分析，並運用之前的全部知識，進行了ARP響應的編碼實現，並對以後其他協議的擴充套件實現提出了思路和優化建議。

好了，期待今後有更多的系列教程跟大家分享。再見！