2022-9-23

最近某项目采用以太网通信，实践起来有些奇怪，好像设计成只能应答某类计算机的ICMP（ping）命令， 某类计算机指的是Windows特定系统，其他系统发送ping都不能正确识别。

其实不奇葩

白蔡：“吴哥，江湖救急！甲方爸爸的电路板寄过来好几天了，我一直搞不定它的以太网。”

甲方爸爸干系统集成的，要把我们两家产品打包售卖，甲方设计FPGA，我方设计嵌入式Linux，两块电路板采用以太网直连 方式通信。桌面上摆放的是双方的成熟产品，一根网线连接，简单到不能再简单了。

白蔡：“他们的产品很奇葩，FPGA的IP固定为192.168.1.6，我方的IP必须是192.168.1.7，以太网也必须千兆不协商。”

吴解两手撑着脸坐在白蔡工位：“有什么奇怪的，已发表论文都是怎么干的，FPGA–以太网–处理器，班内通信才这么搞定。没有省去路由协议，FPGA没必要设计复杂的协议栈应答模式，IP什么的仅为了填充协议栈，写死就写死，” 上挑眉毛，“说说你遇到的具体问题。”

白蔡：“奇怪的是我做如下三组实验，嵌入式Linux和FPGA好像没有应答， 当然，实验前桌面电脑和嵌入式Linux都已经设置成千兆不协商

三组对照实验如下：

桌面电脑ping FPGA，OK桌面电脑ping 嵌入式Linux，OK嵌入式Linux ping FPGA，无响应

对描述者保持怀疑

吴解：“3个步骤，你再演示一遍给我看。”怀疑白蔡没有正确描述现象。

白蔡在桌面电脑设置固定千兆速率：本地连接->属性->配置->高级->速度和双工->1.0 Gbps全双工。嵌入式也用ethtool设置固定千兆速率，重复3个步骤与所述一致。

确认网速

吴解扛来示波器，验证嵌入式Linux和FPGA通信速率是不是都真的工作在千兆模式。ethtool也不是所有网卡驱动都支持，虽然/sys/class/net/eth0/speed显示着1000，有可能显示和实际不一致。

FPGA的板子毕竟不是自己画的，不太好找。

示波器测试MAC和PHY之间的通信速率，如果是125MHz表明工作在千兆模式，结果显示均为125MHz。

检查线序

白蔡：“会不会是网线的问题呢？嵌入式Linux莫非不能同时兼容交叉线、直通线？嵌入式Linux和桌面电脑连接后，桌面电脑完成收发自动翻转，于是通信成功。”

吴解：“不能自动翻转线序的网卡我只在2010年前见过一次，负责线序翻转是网卡PHY的附加功能，目前市面上的PHY都具备。”

两人去库房借来另一块同型号的嵌入式Linux板卡，确认两块嵌入式Linux板卡所用的PHY是同型号的，毕竟近些年芯片之间的Pin to Pin替换解决方案挺多。并准备两根交叉线和直连线。

如果两块嵌入式Linux板卡接入任何一根网线都能ping通，则表明板载PHY支持自动翻转线序。实验证明与网线无关。

tcpdump抓包

吴解：“是挺邪门，光猜是猜不出来的，试试tcpdump能呈现些什么东西。”

打开tcpdump后更邪门的事情发生了，FPGA居然有回应ICMP包！不会是FPGA设计的协议栈阉割得太多了吧。

疑点1、两网卡连接后首先交互的是ARP协议，在没有完成ARP协议前不可能发送ICMP协议，既然嵌入式Linux能发送ICMP表明ARP协议已经交互完成；

疑点2、嵌入式Linux ping FPGA和桌面电脑的效果不一样，首先注意到ID值，正常情况下ID值应该与发送的一致；

吴解以前移植过ICMP协议，映像里ICMP协议实现起来很简单，ID用于表征对端回应的ICMP reply是哪一个，毕竟两机器之间间隔若干路由器，每个数据包可能选择两条不通的链路返回，后发送的ICMP reply可能比先发送的先被终端收到。

busybox源码的把ID号作为判断依据。

wireshark分析

不过奇怪的是，为什么桌面电脑ping却能正常响应呢？

吴解用tcpdump把抓包的内容保存成通用格式pcap，在自己的电脑上用wireshark打开。文件保存了两份，一份是桌面电脑与FPGA的数据，一份是嵌入式Linux与FPGA的数据。

FPGA返回给桌面电脑的ICMP replay数据里ID项是跟着request变化的，不是固定的1。

猛然间发现，request和reply的长度是不一样的，分别是98字节和74字节，点开数据区域观察到数据填充内容完全不同。FPGA返回的数据区域是“abcd”开头。

看着数据区的内容吴解预感找到现象原因了，随即用自己的桌面Linux系统ping FPGA板卡也没通。 跑到白蔡的工位：“你有没有桌面电脑Ubuntu系统上测试过ping FPGA板卡？”

白蔡：“没有，现在没兴趣，emo了。”

白蔡有两台桌面电脑，一台Windows一台Ubuntu，演示时仅演示Windows系统，下意识的认为白蔡之前也在Ubuntu上测试过。

吴解：“问题找到了，甲方提供的FPGA板卡ICMP reply模仿Windows格式，Windows的request就是以abcd开头的。我猜测你如果用windows设置ping包大小，FPGA同样不会正确返回。”

白蔡来了精神，抓取Windows上的ICMP request数据，果真是“abcd”开头：“也就是说后续可以正常开发应用层协议，不必管ping吗？”

吴解：“是的。”

后来白蔡找甲方爸爸确认，他们的确是模仿Windows的reply包做的。

顺便提一下，Win7和Win10发送的ICMP数据区域也是不同的，Linux下可以用 -p 参数修改数据区域内容。

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