DoIP协议设计思路浅析

智能化对车载网络的通信效率要求大幅提升，CAN/LIN等传统车载通信协议已经远不能满足需求，取而代之的是车载以太网通信协议。车载以太网正逐渐取代车载网络中的传统通信协议，这种通信基础设施的更新换代，也催生了立足于车载通信网络之上的诊断协议的变化。UDS是通用诊断协议的标准描述，在CAN网络时代，UDS基于CAN协议实现，被称为UdsOnCan，而基于以太网实现的UDS，则被成为DoIP协议，即Diagnose On Ip。

DoIP协议为车辆诊断协议提供了基于ip的标准实现方式，按照网络分层的观念，我们可以认为DoIP协议是工作在TCP/IP之上的又一个应用层协议，如果我们解析一个DoIP数据报文，会发现DoIP协议正是处于TCP/IP之上，如下图所示：

展开DoIP协议，协议内容包含了DoIP版本号、版本号的逆、消息类型、UDS消息的长度、源地址及目的地址，如下图所示：

DoIP的内容与TCP极为相似，都包含源地址与目的地址，以及负载的长度（和负载内容UDS数据），因此我们可以认为DoIP之于UDS的作用，类似于TCP之于HTTP的作用，明确这一点有助于我们理解DoIP通信协议的设计特点。

TCP为了建立传输通道，需要指定源端口地址及目的端口地址，并通过消息校验码、消息长度及消息序列号等一系列手段保证传输通道的可靠性，如下图所示：

同理，DoIP协议为实现将消息从一个逻辑单元传输到另一个逻辑单元的目标，也包含了源逻辑地址（Source Address）、目标逻辑地址（Target Address）以及一个简单的头部。在协议字段的设计上，DoIP远没有TCP复杂，因此DoIP所实现的传输控制功能，也远远没有TCP协议复杂，这是可以理解的，因为我们可以将DoIP看成一个嵌套的传输层控制协议，它嵌套在TCP之上，既然TCP已经实现了IP网络层复杂的传输控制，那么留给DoIP的工作，就为数不多了，主要包含如三几个方面：

逻辑地址、网络的有效性检查；
UDS诊断消息的长度检查；
检查是否造成内存溢出；

如果上面的检查全部通过，DoIP将把UDS请求消息从源逻辑地址传输至目标逻辑地址。目标ECU收到DoIP请求消息之后，会首先发送一帧ACK报文，然后才会发送实际的诊断报文，如下图所示：

对于DoIP单独回复一次ACK的设计，初学者肯定会比较好奇，为什么要这么设计呢？结合前面的分析，如果我们理解了DoIP属于UDS的传输控制层，那么我们就能参透其中的原因。因为UDS涉及到了逻辑寻址，类似与TCP协议中的寻址，因此通信中需要完成一些传输层的工作，如检查逻辑地址的合法性、payload的长度等等，没有问题则返回一帧ACK，如下图所示：

接着返回一帧带UDS报文的消息，如下图：

否则返回NCK，附带否定响应的具体原因。

DoIP这种参考TCP的设计，是一种严格的分层设计思路，将通信控制和业务数据分开传输，DoIP专门负责通信传输，而UDS相对于DoIP则属于应用层协议，专门负责诊断业务的实现。

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