VxWorks中以太网通讯报文的粘连问题.docx

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1、VxWorks中以太网通讯报文的粘连问题mahaiyan导语：分析了TCP/IP协议的粘包问题，并结合实验结果提出理解决该问题的对策和方法。VxWorks是一种功能强大而且比拟复杂的操纵系统，包括进程治理、存储治理、设备治理、文件系统治理、网络协议及系统应用等局部。目前VxWorks应用已经特别广泛，从数码相机、路由器到B-2隐形轰炸机、火星探路者，都有它的身影。在863某交通重大专项方案控制系统国产化研究工程中，分区控制汁算机DCC和电机控制单元MCU也都采用了VxWorks操纵系统。在现场测试经过中，我们发现基于TCP/IP网络协议传输的数据有时会出现粘包现象即发送方发送的假设干包数据传输

2、到接收方时粘成一包。针对这种情况，我们进展了专题研究与实验。本文重点分析了TCP/IP协议的粘包问题，并结合实验结果提出理解决该问题的对策和方法。1报文粘连问题的现象及分析11报文粘连问题的现象TCP/IP报文粘连是指发送方发送的假设干包数据，在接收方接收到时牯成一包，即后一包数据的头紧接着前一包数据的尾。由于报文长度与接收缓冲区长度有可能不成整倍数关系，所以粘连在一起的报文中有不完好的包。VxWorks操纵系统会先将由网络传输来的数据放入系统接收缓冲区中，以备用户进程从中凋用数据。此处假设接收方缓冲区长为L字节，L应有一定的长度，以保证至少可以存储一包数据。由于DCC和MCU之间需要传输不同

3、种类的报文来进展数据交互，所以用户在程序中应为不同的报文分别设置不同的接收缓冲区来存放不同的报文数据。此处假设只有应答报文和状态报文两种，分别以用户缓冲区1和2米存储；长度应与用户层对应报文的长度相等，假设分别为m和n。粘包情况如图1所示。12报文粘连问题的分析报文粘连既可能由发送方产生，也可能由接收方产生，还可能由进展数据传输的交换机产生。1由发送方引起的报文粘连由发送方引起的报文粘连是源于TCP协议本身。由于TCP协议为进步传输效率采用了Nagle算法详见RFC896，发送方要等采集到1460字节的数据才会发送一包数据，或者是等到发送缓冲区满后才会发送一包数据，这就造成了报文的粘连。2由接

4、收方引起的报文粘连由接收方引起的报文粘连，往往是由于接收方进程没有及时处理数据造成的。接收方要先把收到的数据放入接收数据缓冲区，用户进程再从浚缓冲区中读取数据。假如在下一包数据到达时前一包数据还未被用户进程取走，那么新一包数据就接到前一包数据之后，而用户要根据事先设定好的缓冲区大小从系统接收缓冲区中读取数据，这就造成了一次取到了多包数据。3由交换机引起的报文粘连由交换机引起的报文粘连，往往是由于由交换机相连的各个部件在一段时间内发送的报文数据过多，以致于超出了交换机的处理才能。这样，本来发送端分开发送的数据报文在交换机内部的缓冲区中粘连在一起。如今，在实验现场DCC等使用VxWorks操纵系统

5、的部件需要使用一个独立的端口进展程序下载，还要有一个独立的端口提供应SecureCRT软件以进展实时监控；同时DCC与MCU和中央控制系统的数据传输也要在同一台交换机中进展。这就有可能导致在某一段时间内数据量超过了交换机的处理才能。1.3报文粘连对系统的影响假如系统发生了报文粘连现象而不进展相应处理，那么将导致整个系统无法正常运行。假如用于传输数据的报文被粘连导致无法正常处理，那么将使接收方无法进展运算，现场实时的数据无法获得，进而使标志位无法置位，程序无法继续进展。假如作为生命信号的报文被粘连导致无法正常处理，那么将使接收方以为发送方出现故障；假设此情况连续发生，那么接收方将以为发送方死机，

6、进而停机，以保证整个系统的平安。2报文粘连问题的解决方法2.1发送方的解决方法对于由发送方引起的报文粘连，可以采用以下两种方法解决。1关闭Nagle算法由于VxWorks系统支持WindowsSocketsl.1标准，可以将setsockopt函数中的1evel项设置为LPPROTO_TCPl，这样就可以关闭Nagle优化算法。2将Winsockkernelbuffer设置为0此方法只有在支持WindowsSockets20标准的系统上才能使用VxWorks不能支持，可在发送方为工控机、接收方为使用VxWorks操纵系统的处理器的情况下使用。只需将setsockopt项巾的level设为SOL

7、_SOCKET，将SO_SNDBUF值设为0。2.2接收方的解决方法对于南接收方引起的报文粘连，也有两种方法解决。1进步报文处理任务的优先级使用VxWorks操纵系统可以方便地设置任务的优先级。使用taskSpawn函数启动任务，其中priority的数值就是任务的优先级从0255，优先级依次降低。使用此函数将处理报文任务的优先级设为比其他任务高，但是为了减小意外发生的可能，该值应小于100，由于taskSpawn的默认优先级为100。2将粘连在一起的报文进展分包处理此方法是规定报文数据某一位的内容为该帧报文数据的总长度，接收方先提取出此内容，假如缓冲区中的数据氏度大于即是该长度，那么按该内容

8、的长度从缓冲区中提取数据；假如长度不够那么不提取数据，等到长度到达要求时再提取数据。这样即使m现报文粘连现象，应用程序也会将粘连在一起的数据进展分包处理，不会出现数据丧失无法识别报文ID的情况。下面通过一个详细例子进展具体讲明。在实验线上MCU发送给DCC的状态报文长度为84字节报文ID为91H，应答报文长度为20字节报文ID为81H，接收缓冲区为90字节。假如状态报文粘连在应答报文之后，那么将使DCC无法收到完好的状态报文。这种情况连续发生3次之后，DCC将以为任务MCU发生故障，系统将停机，因此结果必然是错误的。假如将报文长度放在报文的第一位中，报文ID放在第二位中，那么进展分包处理后就不

9、会出现上述的诊断错误。处理经过如图2所示。23交换机的解决方法对于由交换机引起的报文粘连，有3种解决方法：1使用有更强处理才能的交换机可使用途理才能更强、拥有较大缓存空间的交换机。可是日前实验现场已经使用了某外国著名厂商的16口交换机，且该交换机有1MB的缓存空间，使用更高档的交换机无疑会使本钱增高。2增加交换机数目可将1台16口交换机的工作量交由2台8口交换机来完成，再将这两台交换机进展连接，这种方法可以明显降低一台交换机的数据处理负担，但会使系统的可靠性和平安性指标大幅度降级；而且随着以后实验设备的增加，不断连接新交换机的方法有可能使网络形成环路，这将造成网络瘫痪。所以，不建议使用此方法。

10、3修改对交换机的配置可通过修改相关参数将交换机数据传输方式设置为无等待传输，即在交换机得到数据后不放入内部缓冲区，而是直接交给接收方。这种方式在一定程度上可以防止粘包现象的发生，但当报文传输很严密时也有继续产生粘包现象的可能。通过对发送方和接收方4种解决方法的现场实验，我们发现效果不尽一样。在关闭Nagle算法的情况下，发现Nagle算法仍然在使用。最终的结论是，这是Winsock的一个BUG，并且已经在微软的BUG目录中得到了证实，所以此方法无效。将Winsockkernelbuffer设置为O后粘包问题得到理解决，但传输速度明显降低。经测试，每秒大概只能传送5帧数据，这在VxWorks这种硬实时系统中是无法承受的。进步报文处理任务优先级的方法可以对报文粘连起到防治，但有可能产生一些易发现的任务调度问题。分包处理的方法固然不能防止粘连的发生，但是可以完全防止报文粘连对系统产生的影响。理论证实，使用分包处理的方法可以在高速数据传输的情况下保证传输的正确性，而且不会产生任何副作用，对处理速度的影响也很小，可以忽略不计。这种方法已经在实验现场使用了很长一段时间，运行情况良好。0