仿真系統(tǒng)中的網(wǎng)絡傳輸接口研究

姜春強

（海裝重慶局，四川 成都 610000）

仿真系統(tǒng)中的網(wǎng)絡傳輸接口研究

姜春強

（海裝重慶局，四川 成都 610000）

比較大型的仿真系統(tǒng)需要通過多線路適配器和多協(xié)議路由器來與其他的專用網(wǎng)絡連接獲取數(shù)據(jù)。系統(tǒng)所需的外部數(shù)據(jù)經(jīng)外部通信接口進入前端處理子系統(tǒng)，在對輸入數(shù)據(jù)進行基本的有效性檢查后，根據(jù)接入數(shù)據(jù)的不同類型，分別傳送到不同的功能子系統(tǒng)進行處理，各個子系統(tǒng)處理后再送回數(shù)據(jù)庫，或者直接與其他子系統(tǒng)發(fā)生數(shù)據(jù)交換。系統(tǒng)中，圖象顯示系統(tǒng)和其他的功能子系統(tǒng)都分別處于不同的主機上，整個系統(tǒng)處于一個局域網(wǎng)中，各個子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換通過一個通用的網(wǎng)絡接口來實現(xiàn)。

仿真系統(tǒng)；網(wǎng)絡傳輸接口

1 網(wǎng)絡接口的設計

TCP/IP協(xié)議簇中，傳輸層的協(xié)議為在不同主機上運行的進程提供通信機制，傳輸層協(xié)議主要包括TCP協(xié)議和UDP協(xié)議，其中TCP提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務，在一個應用進程向另一個應用進程發(fā)送數(shù)據(jù)之前，兩個進程必須為后來的數(shù)據(jù)傳輸參數(shù)的建立發(fā)送一些預備數(shù)據(jù)段，通常稱之為TCP的“三次握手連接”；而UDP協(xié)議由于不需要在數(shù)據(jù)發(fā)送之前建立連接，采用盡力服務的方式，不用對發(fā)送速率進行管理，小量的數(shù)據(jù)報頭部開銷，因此它的發(fā)送效率高于TCP協(xié)議。在仿真系統(tǒng)中，由于對實時性要求比較高，如何使得數(shù)據(jù)發(fā)送地更快速就顯得非常重要了，因此主要使用UDP來進行數(shù)據(jù)傳送，只有特別重要的數(shù)據(jù)才使用TCP來傳送。UDP傳送效率雖然高，但提供的是不可靠的數(shù)據(jù)傳送服務，傳送過程中就存在掉包、數(shù)據(jù)在傳送中發(fā)生錯誤、先發(fā)的包后到而后發(fā)的包先到、分屬不同的進程的包無法區(qū)分等問題。另外在發(fā)送過程中還必須解決端口號的使用的問題，下面針對以上問題給出具體的解決方案。

1.1 提高TCP連接建立效率

在利用TCP協(xié)議進行通信時，需要事先建立好連接，這樣數(shù)據(jù)發(fā)送時就不再建立連接。但是由于網(wǎng)絡連接可能會發(fā)生意外，如果連接已經(jīng)斷開，則在發(fā)送時就需要重新建立連接，這樣非常耗時，效率比較低。為保持連接，當網(wǎng)絡斷開時需要向發(fā)送進程和接收進程報告，然后重新建立TCP連接，這樣就避免了發(fā)送數(shù)據(jù)時才進行連接，可以大大提高發(fā)送效率。在網(wǎng)絡接口設計中可以使用一種稱為“心跳”的技術，規(guī)定一個時間周期（一般是2秒），定時發(fā)送一個“心跳”包，測試連接是否斷開，如果斷開，則進行重新連接。

1.2 端口號的分配

在網(wǎng)絡中，不同的主機使用主機地址來唯一確定，而進程則使用端口號來確定。一般說來，在進行數(shù)據(jù)發(fā)送時，使用一個四元組（源IP地址，源端口號，目標IP地址目標端口號）就可以唯一確定一個發(fā)送進程和其目標進程。

1.3 數(shù)據(jù)包錯誤檢測

在網(wǎng)絡接口中，先將用戶數(shù)據(jù)按自定義的緩沖區(qū)大小進行分包（稱為大包），然后每個包再按照UDP包大小進行分割（稱為小包），發(fā)送的時候使用自定義的包頭。

整個小包長1472個字節(jié)，其中自定義的包頭占22個字節(jié)，有效數(shù)據(jù)占1450個字節(jié)。發(fā)送方在發(fā)送數(shù)據(jù)時，將用戶數(shù)據(jù)拷貝到發(fā)送緩沖區(qū)中，先進行大包劃分，再對每個大包進行小包劃分，最后在每個自定義的包頭中填入各個字段信息。

其中校驗和的計算采用將各個字符的ASCII碼值累加起來，這樣在接收方就可以再次計算這個值，和包頭中的校驗和相比較判斷出數(shù)據(jù)在傳送過程中是否發(fā)生了錯誤。這種方法非常簡單，效率也比較高，但是只能判斷錯誤是否發(fā)生，不能糾正錯誤。

1.4 對收到的包的分類、排序和丟包的檢查

在進程通信過程中，接收方需要區(qū)分分屬不同進程的包、進行包的排序和丟包檢查。本文采用的方法是采用數(shù)據(jù)鏈表方式組織接收數(shù)據(jù)包，建立一個進程數(shù)組，并為每一個不同的進程建立一個鏈表。還需要定義一個結構體ID，用來唯一標識某個發(fā)送進程，其字段信息包括源進程、源主機號、目的進程和目的主機號。

由于接收緩沖區(qū)和發(fā)送緩沖區(qū)都是循環(huán)使用，在對它們進行操作的時候，需要采取互斥訪問的方式進行，以免發(fā)生讀取時寫入等問題。

1.5 套接字I/O模型的選擇

比較常用的套接字I/O模型包括：blocking（阻塞）、select（選擇）和completion port（完成端口）等。其中，select模型是一個應用得比較廣泛的I/O模型，利用select函數(shù)實現(xiàn)對I/O的管理。使用select的優(yōu)勢是能夠從單個線程的多個套接字上進行多重連接及I/O，將一個套接字分別加入到讀集（readfds）、寫集（writefds）和異常集（exceptfds）中，調用select函數(shù)就可以判斷出這個套接字的狀態(tài)，然后根據(jù)套接字的狀態(tài)進行數(shù)據(jù)接收、接收連接請求等操作。而且select模型在Windows平臺和UNIX平臺下都能夠使用。

2 網(wǎng)絡接口的實現(xiàn)

網(wǎng)絡接口實現(xiàn)采用C++語言來實現(xiàn)，其功能都封裝在一個網(wǎng)絡接口類（net_interface）中

（1）SDW ORD initNet（int Local_Proc_Type ， int Group_Num =0， int BufferSize = 512000），該函數(shù)函數(shù)實現(xiàn)網(wǎng)絡初始化，建立網(wǎng)絡連接；

（2）SDWORD sendData（BYTE dest_host ，B Y TE d e s t_ proc_type， char *pdata ， unsigned short datalen， unsigned short type，CHAR vip_type），實現(xiàn)數(shù)據(jù)發(fā)送；

（3）SDWORD readData （int BufSize， char *Buf），該函數(shù)接收數(shù)據(jù)，將收到的數(shù)據(jù)保存在一個緩沖區(qū)中；

3 網(wǎng)絡接口的運用

網(wǎng)絡接口非常簡單，在準備進行數(shù)據(jù)傳送之前，實例化一個網(wǎng)絡接口類的對象，根據(jù)進程類型和其組號調用initNet函數(shù)，如果沒有錯誤發(fā)生，就可以調用sendData和readData進行數(shù)據(jù)發(fā)送和接收了。

姜春強（1977.4-），男，漢，山東威海人，工程碩士，工程師，主要研究方向：電子技術和軟件技術。

TP391.9

A

1003-5168（2015）11-001-01