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ESP-NETIF
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*********
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:link_to_translation:`en:[English]`
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ESP-NETIF 库的作用主要体现在以下两方面：
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- 在 TCP/IP 协议栈之上为应用程序提供抽象层，允许应用程序在 IP 栈间选择。
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- 在底层 TCP/IP 协议栈 API 非线程安全的情况下，也能提供线程安全的 API。
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ESP-IDF 目前只为 lwIP TCP/IP 协议栈实现了 ESP-NETIF。然而，该适配器本身不依赖于特定的 TCP/IP 实现，因而支持不同实现方式。
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一些 ESP-NETIF API 函数是为应用程序代码调用而设计的，例如获取或设置接口 IP 地址和配置 DHCP，其他函数则由网络驱动层的内部 ESP-IDF 使用。大多数情况下，应用程序不需要直接调用 ESP-NETIF API，因为这些 API 由默认的网络事件处理程序调用。
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如果你只对默认配置下的常见网络接口感兴趣，请参考 :ref:`esp_netif_user`，查看如何初始化默认接口并注册事件处理程序。
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如果想了解更多关于 ESP-NETIF 库与其他组件交互的信息，请参考 :ref:`esp-netif structure`。
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如果想自定义应用程序的网络接口，例如设置静态 IP 地址或在运行时更新配置，请参考 :ref:`esp_netif_programmer`。
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如果想开发自己的网络驱动程序，实现对新 TCP/IP 协议栈的支持或以其他方式自定义 ESP-NETIF，请参考 :ref:`esp_netif_developer`。
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.. _esp_netif_user:
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ESP-NETIF 用户指南
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通常只需要在启动后创建一个默认的网络接口，并在关闭时销毁它即可（请参阅 :ref:`esp_netif_init`）。在分配新 IP 地址或失去 IP 地址时接收通知也是非常有用的（请参阅 :ref:`esp-netif-ip-events`）。
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.. _esp_netif_init:
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初始化
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------
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ESP-NETIF 组件使用了系统事件，典型的网络启动代码如下所示（为了清晰起见，省略了错误处理部分，完整版启动代码请参阅 :example_file:`ethernet/basic/main/ethernet_example_main.c`）：
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.. code-block:: c
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// 1) 初始化 TCP/IP 协议栈和事件循环
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esp_netif_init();
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esp_event_loop_create_default();
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// 2) 创建网络接口句柄
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esp_netif = esp_netif_new(&config);
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// 3) 创建网络接口驱动程序（如以太网）及其网络层连接
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// 并注册 ESP-NETIF 事件（如，在发生连接事件时将启用接口）
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esp_netif_glue_t glue = driver_glue(driver);
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// 4) 将驱动程序的胶水层附加到网络接口句柄上
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esp_netif_attach(esp_netif, glue);
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// 5) 注册用户端的事件处理程序
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esp_event_handler_register(DRIVER_EVENT, ...); // 观察驱动状态，例如链路连接
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esp_event_handler_register(IP_EVENT, ...); // 观察 ESP-NETIF 状态，例如获取 IP
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.. note::
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以上步骤需严格按照顺序执行，因为网络接口驱动程序注册系统事件时会使用默认的事件循环。
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- 默认的事件循环应在初始化接口驱动程序 **之前** 创建，因为驱动程度通常需要注册系统事件处理程序。
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- 注册应用程序事件处理程序应在调用 :cpp:func:`esp_netif_attach` **之后** 进行，因为事件处理程序按其注册顺序被调用。为了确保系统处理程序先被调用，应该在其后注册应用处理程序。
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步骤 ``2)``、``3)``、``4)`` 对于大多数常见用例来说相当复杂，因此 ESP-NETIF 提供了一些预配置的接口和便利函数，从而使用最常见的配置创建最常见的网络接口。
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.. note::
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每个网络接口都需要单独初始化，因此如果要使用多个接口，必须为每个接口运行步骤 ``2)`` 到步骤 ``5)``，而步骤 ``1)`` 仅需执行一次。
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有关如何创建和配置接口并将网络接口驱动程序附加到接口（步骤 ``2)``、``3)``、``4)``），请参阅 :ref:`create_esp_netif`。
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有关如何使用 ESP-NETIF 事件处理程序（步骤 ``5)``），请参阅 :ref:`esp-netif-ip-events`。
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.. _create_esp_netif:
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常见的网络接口
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初始化网络接口可能有些复杂，ESP-NETIF 提供了一些创建常见接口（例如 Wi-Fi 和以太网）的快捷方式。
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请参考以下示例来了解如何初始化默认接口：
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.. list::
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:SOC_WIFI_SUPPORTED: - :example:`wifi/getting_started/station` 演示了如何使用 station 功能将 {IDF_TARGET_NAME} 连接到 AP。
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:CONFIG_ESP_WIFI_SOFTAP_SUPPORT: - :example:`wifi/getting_started/softAP` 演示了如何使用 SoftAP 功能将 {IDF_TARGET_NAME} 配置为 AP。
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- :example:`ethernet/basic` 演示了如何使用以太网驱动程序，将其添加到 `esp_netif`，并获取一个可 ping 的 IP 地址。
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- :example:`protocols/l2tap` 演示了如何使用 ESP-NETIF L2 TAP 接口访问数据链路层，以接收和传输帧，实现非 IP 协议，并使用特定的 EthTypes 回显以太网帧。
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- :example:`protocols/static_ip` 演示了如何将 Wi-Fi 配置为 station，包括设置静态 IP、子网掩码、网关和 DNS 服务器。
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.. only:: SOC_WIFI_SUPPORTED
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Wi-Fi 默认初始化
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初始化代码以及注册默认接口（例如 softAP 和基站）的事件处理程序都在单独的 API 中提供，从而简化应用程序的启动代码：
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* :cpp:func:`esp_netif_create_default_wifi_sta()`
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.. only:: CONFIG_ESP_WIFI_SOFTAP_SUPPORT
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* :cpp:func:`esp_netif_create_default_wifi_ap()`
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.. only:: SOC_WIFI_SUPPORTED
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请注意，这些函数会返回 ``esp_netif`` 句柄，即分配并配置了默认设置的网络接口对象的指针，这意味着：
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* 如果应用程序使用 :cpp:func:`esp_netif_destroy_default_wifi()` 提供网络去初始化，则创建的对象必须被销毁。
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* 这些 *默认* 接口不能被多次创建，除非使用 :cpp:func:`esp_netif_destroy_default_wifi()` 删除已创建的句柄。
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.. only:: CONFIG_ESP_WIFI_SOFTAP_SUPPORT
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* 在 ``AP+STA`` 模式下使用 Wi-Fi 时，须创建以上全部接口。请参考示例 :example_file:`wifi/softap_sta/main/softap_sta.c`。
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.. _esp-netif-ip-events:
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IP 事件
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:ref:`esp_netif_init` 代码的最后一部分（步骤 ``5)``）注册了两组事件处理程序：
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* **网络接口驱动事件**：用于通知驱动的生命周期状态，例如 Wi-Fi 站点加入 AP 或断开连接。处理这些事件不在 ESP-NETIF 组件的范围内。值得一提的是，ESP-NETIF 也使用相同的事件将网络接口设置为所需状态。因此，如果应用程序使用驱动事件来确定网络接口的特定状态，则应在注册系统处理程序 **之后** 再注册事件处理程序（通常在将驱动程序附加到接口时进行注册）。这就是为什么事件处理程序的注册是在 :ref:`esp_netif_init` 代码的最后一步进行。
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* **IP 事件**：用于通知 IP 地址的变化，例如分配新地址或失去有效地址。这些事件的特定类型可参见 :cpp:type:`ip_event_t`。每个常见的接口都有相应的 ``GOT_IP`` 和 ``LOST_IP`` 事件。
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由于网络的异步特性，注册事件处理程序非常关键，因为网络状态的变化可能是不可预测的。通过注册事件处理程序，应用程序可以及时响应这些变化，确保在网络事件发生时采取适当的措施。
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.. note::
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丢失 IP 事件由一个可配置的定时器触发，配置项为 :ref:`CONFIG_ESP_NETIF_IP_LOST_TIMER_INTERVAL`。当 IP 地址丢失时定时器启动，事件将在配置的时间间隔后触发，默认值为 120 秒。将时间间隔设置为 0 时可禁用该事件。
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.. _esp-netif structure:
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ESP-NETIF 架构
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--------------
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.. code-block:: text
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| (A) 用户代码 |
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| 应用程序 |
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.................| 初始化 设置 事件 |
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. +----------------------------------------+
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. . | *
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. . | *
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--------+ +===========================+ * +-----------------------+
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| | 新建/配置 获取/设置/应用程序| * | 初始化 |
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| | |...*.....| 应用程序 (DHCP, SNTP) |
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| |---------------------------| * | |
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初始化 | | |**** | |
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启动 |************| 事件处理程序 |*********| DHCP |
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停止 | | | | |
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| |---------------------------| | |
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| | | | NETIF |
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+-----| | | +-----------------+ |
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|胶水层|---<----|---| esp_netif_transmit |--<------| netif_output | |
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| | | | | | | |
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| |--->----|---| esp_netif_receive |-->------| netif_input | |
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| | | | | + ----------------+ |
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| |...<....|...| esp_netif_free_rx_buffer |...<.....| 数据包 buffer |
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+-----| | | | | | |
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| | | | | | (D) |
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(B) | | | | (C) | +-----------------------+
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--------+ | | +===========================+ 网络堆栈
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网络 | | ESP-NETIF
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接口 | |
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驱动 | | +---------------------------+ +------------------+
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| | | |.........| 开启/关闭 |
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| | | | | |
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| -<--| l2tap_write |-----<---| 写入 |
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| | | | |
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---->--| esp_vfs_l2tap_eth_filter |----->---| 读取 |
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| | | (A) |
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| (E) | +------------------+
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+---------------------------+ 用户代码
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ESP-NETIF L2 TAP
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图中不同线段对应的数据流和事件流
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* ``........`` 从用户代码到 ESP-NETIF 和网络接口驱动的初始化线
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* ``--<--->--`` 数据包在通信媒介与 TCP/IP 协议栈之间往返
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* ``********`` 聚集在 ESP-NETIF 中的事件传递到驱动程序、用户代码和网络堆栈中
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* ``|`` 用户设置及运行时间配置
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ESP-NETIF 交互
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A) 用户代码样板
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通过使用 ESP-NETIF API 抽象，应用程序与用于通信介质（网络接口驱动）的特定 IO 驱动程序以及配置的 TCP/IP 网络栈之间的交互可以概括如下：
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A) 初始化代码
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1) 初始化 IO 驱动
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2) 创建新的 ESP-NETIF 实例，并完成以下配置：
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* ESP-NETIF 的特定选项（标志、行为、名称）
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* 网络栈堆选项（netif 初始化和输入函数，非公开信息）
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* IO 驱动的特定选项（发送、释放 rx buffer 函数、IO 驱动句柄）
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3) 将 IO 驱动句柄附加到上述步骤所创建的 ESP-NETIF 实例
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4) 配置事件处理程序
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* 对 IO 驱动定义的公共接口使用默认处理程序；或为定制的行为或新接口定义特定的处理程序
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* 为应用程序相关事件（如 IP 丢失或获取）注册处理程序
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B) 通过 ESP-NETIF API 与网络接口交互
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1) 获取、设置 TCP/IP 相关参数（如 DHCP、IP 等）
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2) 接收 IP 事件（连接或断连）
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3) 控制应用程序生命周期（启用或禁用接口）
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B) 网络接口驱动
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对于 ESP-NETIF，网络接口驱动（也被称为 I/O 驱动或媒体驱动）具有以下两大作用：
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1) 事件驱动程序：定义与 ESP-NETIF 交互的行为模式（如：连接以太网 -> 开启 netif）
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2) 胶合 IO 层：调整输入或输出函数以使用 ESP-NETIF 的传输、接收，并清空接收 buffer
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* 给适当的 ESP-NETIF 对象安装 driver_transmit，以便将网络堆栈中传出的数据包传输给 IO 驱动
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* 调用函数 :cpp:func:`esp_netif_receive()` 以便将传入的数据传输给网络堆栈
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C) ESP-NETIF
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''''''''''''
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ESP-NETIF 是 IO 驱动和网络堆栈间的媒介，用于连通两者之间的数据包传输路径。它提供了一组接口，用于在运行时将驱动程序附加到 ESP-NETIF 对象并在编译期间配置网络堆栈。此外，ESP-NETIF 还提供了一组 API，用于控制网络接口的生命周期及其 TCP/IP 属性。ESP-NETIF 的公共接口大体上可以分为以下六组：
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1) 初始化 API（用于创建并配置 ESP-NETIF 实例）
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2) 输入或输出 API（用于在 IO 驱动和网络堆栈间传输数据）
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3) 事件或行为 API
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* 管理网络接口生命周期
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* ESP-NETIF 为设计事件句柄提供了构建模块
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4) 基本网络接口属性设置器和获取器 API
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5) 网络堆栈抽象 API：实现用户与 TCP/IP 堆栈交互
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* 启用或禁用接口
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* DHCP 服务器和客户端 API
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* DNS API
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* :ref:`esp_netif-sntp-api`
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6) 驱动转换工具 API
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D) 网络堆栈
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'''''''''''
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网络堆栈与应用程序代码在公共接口方面无公开交互，需通过 ESP-NETIF API 实现完全抽象。
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E) ESP-NETIF L2 TAP 接口
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''''''''''''''''''''''''
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ESP-NETIF L2 TAP 接口是 ESP-IDF 中的一种机制，用于让用户应用程序访问数据链路层（OSI/ISO 中的 L2），以便接收和传输帧。在嵌入式开发中，它通常用于实现与 IP 无关的协议，例如 如 PTP 和 Wake on LAN 等。请注意，目前仅支持以太网 (IEEE 802.3)。更多关于 L2 TAP 的信息，请参阅 :ref:`esp_netif_l2tap`。
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.. _esp_netif_programmer:
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ESP-NETIF 编程指南
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在某些情况下，仅初始化一个默认的网络接口、使用该接口并连接到本地网络是不够的。此时请参考编程指南：:doc:`/api-reference/network/esp_netif_programming`。
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通常需要在以下用例中使用特定的 ESP-NETIF API 集：
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* :ref:`esp_netif_set_ip`
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* :ref:`esp_netif_set_dhcp`
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* :ref:`esp_netif-sntp-api`
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* :ref:`esp_netif_l2tap`
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* :ref:`esp_netif_other_events`
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* :ref:`esp_netif_api_reference`
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.. _esp_netif_developer:
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||
ESP-NETIF 开发者指南
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在某些情况下，用户应用程序可能需要自定义 ESP-NETIF、注册自定义驱动程序、甚至使用自定义的 TCP/IP 协议栈。此时请参考 :doc:`/api-reference/network/esp_netif_driver`。
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