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一直想讓單片機(jī)（尤其是51）聯(lián)網(wǎng)，感覺(jué)這樣很好玩。但是沒(méi)有非常輕量的ip實(shí)現(xiàn)，而且本人不太想讓單片機(jī)用ip網(wǎng)絡(luò)（占地址）。于是設(shè)計(jì)了非常輕量的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧，稱為zxdnet（簡(jiǎn)稱znet）。他可以工作對(duì)mtu的最小要求是48字節(jié)，所以可以在很多鏈路上，例如串口和紅外。他很適合愛好者用來(lái)玩，也可以用于學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)原理。znet適用于構(gòu)建完全私有的組織內(nèi)網(wǎng)絡(luò)而不是公共網(wǎng)絡(luò)。
報(bào)文中所有字段都是大端序的。
znet和ip一樣是采用分層架構(gòu)的分組交換網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)包可以經(jīng)過(guò)多個(gè)路由器轉(zhuǎn)發(fā)后到達(dá)目的地。
首先介紹下znet的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議zp的報(bào)頭：
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2025-3-16 04:12 上傳
介紹下各字段：
BF（2bit）:基本標(biāo)志。前1bit表示目標(biāo)地址類型，如果是0目標(biāo)地址為普通地址，如果是1目標(biāo)地址為組播地址（目前還沒(méi)設(shè)計(jì)組播）。后1bit表示無(wú)錯(cuò)誤標(biāo)志，如果此位為1,在發(fā)生錯(cuò)誤的時(shí)候就不會(huì)通過(guò)zcp協(xié)議回報(bào)錯(cuò)誤（類似ip中的icmp錯(cuò)誤回報(bào)）
Proto（4bit）:上層協(xié)議號(hào)
0: ZARP (ZXDNET 地址解析協(xié)議)
1: ZCP (ZXDNET 控制協(xié)議)
2: TUDP (簡(jiǎn)單用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議)
3: UDP (用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議)
4: TCP (傳輸控制協(xié)議)
5: IPoZP (IP over ZP)
6: RAW
7-15: 用戶自定義
Time To Live（8bit）:TTL
這個(gè)字段定義了數(shù)據(jù)報(bào)允許的最大跳數(shù)。發(fā)送方初始化這個(gè)值，每個(gè)路由節(jié)點(diǎn)在處理時(shí)將其減一。如果TTL在數(shù)據(jù)報(bào)到達(dá)目的地之前變?yōu)榱悖瑪?shù)據(jù)報(bào)會(huì)立即被丟棄。這個(gè)機(jī)制防止了無(wú)限路由循環(huán)。
Extra Flag（16bit）:額外標(biāo)志。用戶自定義，一般用于qos。
Total Length （16bit）:報(bào)文總長(zhǎng)度（字節(jié)）,包括網(wǎng)絡(luò)層頭（16字節(jié)）及其數(shù)據(jù)。
Header Checksum（16bit）:首部校驗(yàn)和。
僅對(duì)頭部字段計(jì)算校驗(yàn)和。由于某些頭部字段（例如生存時(shí)間）在傳輸過(guò)程中可能會(huì)改變，因此每個(gè)處理頭部的節(jié)點(diǎn)都必須驗(yàn)證和重新計(jì)算這個(gè)校驗(yàn)和。
校驗(yàn)和字段是頭部中所有16位字的反碼和的16位反碼。在計(jì)算過(guò)程中，校驗(yàn)和字段本身被視為零。如果計(jì)算出的校驗(yàn)和為零，則以全1的形式傳輸。如果校驗(yàn)和字段本身為0,就跳過(guò)校驗(yàn)，這適用于可靠鏈路。
Source Address和Destination Address：源地址和目標(biāo)地址。
地址分配：
Zxdnet使用32位地址空間，采用CIDR，分類如下：
未指定/本地廣播地址（0.0.0.0/32）：
位模式：00000000 00000000 00000000 00000000。
作為源：未初始化設(shè)備（例如，啟動(dòng)時(shí)的0.0.0.0）。
作為目的地：有限廣播（在子網(wǎng)之外不可路由）。
回環(huán)地址（0.0.0.128/25）：
位模式：00000000 00000000 00000000 1XXXXXXX。
僅限于內(nèi)部主機(jī)通信。
NAT擴(kuò)展地址（0.0.0.64/26）：
位模式：00000000 00000000 00000000 01XXXXXX。
僅限于本地地址擴(kuò)展。
NAT處理：典型的NAT中間盒有兩個(gè)接口，一個(gè)連接到包含最多63個(gè)NAT設(shè)備的局域網(wǎng)（接口地址為0.0.0.64/26），另一個(gè)連接到全球網(wǎng)絡(luò)（具有全局單播地址）。對(duì)于使用端口號(hào)的傳輸層協(xié)議，NAT設(shè)備將全局單播地址的端口號(hào)劃分為幾個(gè)段，每個(gè)段包含相同數(shù)量的端口。這些端口然后映射到每個(gè)設(shè)備的前幾個(gè)端口號(hào)（從0開始）。中間盒本身將被分配第一個(gè)端口段。例如，對(duì)于一個(gè)總共有256個(gè)端口的傳輸層協(xié)議，NAT設(shè)備將這些端口劃分為64個(gè)段，每個(gè)段包含4個(gè)端口。端口0-3由中間盒使用，端口4-7映射到第一個(gè)NAT設(shè)備的端口0-3，依此類推，端口252-255映射到第63個(gè)NAT設(shè)備的端口0-3。對(duì)于ZCP Echo和ZCP錯(cuò)誤報(bào)告，中間盒充當(dāng)代理。ZARP和IPoZP不支持NAT穿越。NAT嵌套不被支持。
保留地址（0.0.0.1-0.0.0.63）：
位模式：00000000 00000000 00000000 00XXXXXX（XXXXXX!=000000）。
這些地址不得分配給任何設(shè)備或用于數(shù)據(jù)報(bào)頭。
單播地址（所有非保留地址）：
分配給設(shè)備，全局可路由。
znet地址空間中只有256個(gè)為特殊用途，其他全部可以分配給設(shè)備。znet沒(méi)有所謂“網(wǎng)絡(luò)地址“，表示一個(gè)網(wǎng)絡(luò)可以用第一個(gè)設(shè)備地址+子網(wǎng)前綴長(zhǎng)度。znet也沒(méi)有所謂”局域網(wǎng)廣播地址“，只有一個(gè)不可跨網(wǎng)關(guān)的有限廣播地址0.0.0.0。這樣的設(shè)計(jì)十分簡(jiǎn)化，可以高效實(shí)現(xiàn)，節(jié)省地址。
zp協(xié)議不支持網(wǎng)絡(luò)層分片，因?yàn)檫`反了網(wǎng)絡(luò)層無(wú)連接原則,并且一些運(yùn)輸層不需要，占用了頭部空間。
下面介紹一些運(yùn)輸層協(xié)議（上面提到的）。
首先是zarp協(xié)議。他設(shè)計(jì)的很簡(jiǎn)潔。如果鏈路層目標(biāo)地址是廣播地址就是請(qǐng)求，是設(shè)備地址就是響應(yīng)。
zcp協(xié)議用于控制和診斷網(wǎng)絡(luò)本身。校驗(yàn)和算法與zp頭的一致，但是涵蓋zcp頭和他的數(shù)據(jù)。zcp報(bào)文最大48字節(jié)（包括zp頭）。zcp目前有2個(gè)作用：錯(cuò)誤回報(bào)和回顯。首先說(shuō)下錯(cuò)誤回報(bào)報(bào)文。
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2025-3-16 04:12 上傳
以下是errcode定義：
0 = 網(wǎng)絡(luò)不可達(dá)。
1 = 主機(jī)不可達(dá)。
2 = 協(xié)議不可達(dá)。
3 = 端口不可達(dá)。
4 = 超出MTU。
5 = 生存時(shí)間在傳輸中超出。
6 = 數(shù)據(jù)丟失。
7 = 數(shù)據(jù)損壞。
8 = 鏈路擁塞。
9 = 顯式擁塞通告。
10 = 不支持組播。
注意，如果是超出MTU,原始zp頭里的校驗(yàn)和字段會(huì)被替換為mtu。
然后介紹下回顯報(bào)文。
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2025-3-16 04:12 上傳
code=0就是回顯請(qǐng)求，code=1就是回顯響應(yīng)。對(duì)方收到后改變code，重新計(jì)算校驗(yàn)和，然后發(fā)回報(bào)文， Identifier ，Sequence Number和Data不能改變。
data是用戶數(shù)據(jù)，最大22字節(jié)。
znet支持跨nat ping。Source Host和 Destination Host就是為了跨nat ping。在正常情況下，當(dāng)設(shè)備發(fā)送 echo 請(qǐng)求時(shí)，這兩個(gè)字段都設(shè)置為 0。如果 NAT 設(shè)備向另一臺(tái)設(shè)備發(fā)送 Echo 請(qǐng)求，則中間框會(huì)將 Source Host 字段設(shè)置為其標(biāo)識(shí)符（與地址的低 6 位匹配），以便將 Echo 回復(fù)路由回 NAT 設(shè)備。如果設(shè)備想要向 NAT 設(shè)備發(fā)送 echo 請(qǐng)求，則必須將 Destination Host 字段設(shè)置為 NAT 設(shè)備的標(biāo)識(shí)符，并將 echo 請(qǐng)求發(fā)送到中間盒。在將請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)到目標(biāo) NAT 設(shè)備之前，中間框會(huì)自動(dòng)將 Destination Host 字段設(shè)置為零。當(dāng)目標(biāo) NAT 設(shè)備返回回聲回復(fù)時(shí)，中間框?qū)⑹褂?NAT 設(shè)備的標(biāo)識(shí)符重寫該字段，并將響應(yīng)轉(zhuǎn)發(fā)回發(fā)起回聲請(qǐng)求的設(shè)備。
最后介紹tudp協(xié)議。
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這個(gè)報(bào)文頭簡(jiǎn)單，無(wú)需過(guò)多講解。校驗(yàn)和需要涵蓋tudp頭部和他的數(shù)據(jù)。tudp最大允許28字節(jié)的數(shù)據(jù)，從而可以在單片機(jī)上高效運(yùn)行。
znet其余的設(shè)計(jì)以后補(bǔ)充。
znet主要用途是研究和學(xué)習(xí)，以及讓單片機(jī)聯(lián)網(wǎng)。znet目前還沒(méi)有被實(shí)現(xiàn)，我會(huì)盡快實(shí)現(xiàn)他。歡迎大家一起探討，研究，使用，提出修改意見！
本人是業(yè)余愛好者，znet可能有不完善之處，請(qǐng)大家盡管提出
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