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TLV协议（完善+封包+解析）

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我是靠谱客的博主 雪白舞蹈，最近开发中收集的这篇文章主要介绍TLV协议（完善+封包+解析），觉得挺不错的，现在分享给大家，希望可以做个参考。

概述

通信协议概念

通讯协议就是指通信双方对数据传送控制的一种约定。约定中包括对数据格式，同步方式，传送速度，传送步骤，纠错方式以及控制字符定义等问题做出统一规定，通信双方必须共同遵守。
在计算机通信中，通信协议用于实现计算机与网络连接之间的标准，网络如果没有统一的通信协议，电脑之间的信息传递就无法识别。 通信协议是指通信各方事前约定的通信规则，可以简单地理解为各计算机之间进行相互会话所使用的共同语言。两台计算机在进行通信时，必须使用的通信协议。
更通俗来讲，它可以理解两个节点之间为了协同工作实现信息交换，协商一定的规则和约定，例如规定字节序，各个字段类型等。我们最常见到的可能是**TCP（传输控制协议）/IP（网际协议）、UDP（用户数据报协议）**等。

上面提到的这些协议是操作系统已经设定好了的，并且广泛应用在网络通信中。我们不能更改这些协议。而用户自定义的通讯协议就不同了，它的实现需要用户自己设定数据发送的格式以及数据的封装形式，然后通过上面的网络传输协议发送给对端，对端再根据自己定义好的协议对数据进行解析，从而得到想要的数据。TLV协议便是其中的一种。

协议有流程规范和编码规范。流程如呼叫流程等信令流程，编码规范规定所有信令和数据如何打包/解包。

编码规范就是我们通常所说的编解码，序列化。不光是用在通信工作上，在存储工作上我们也经常用到。如我们经常想把内存中对象存放到磁盘上，就需要对对象进行数据序列化工作。

TLV协议

ASN.1是一种ISO/ITU-T 标准。其中一种编码BER（Basic Encoding Rules）简单好用，它使用三元组编码，简称TLV编码。
它是由数据的类型Tag（T），数据的长度Length（L），数据的值Value（V）构成的一组数据报文。TLV是基于二进制编码的，将数据以（T -L- V）的形式编码为字节数组，即TLV是字节流的数据传输协议。它规定了一帧数据的首个字节或几个字节来表示数据类型，紧接着一个或几个字节表示数据长度，最后是数据的内容。

每个字段编码后内存组织如下：
在这里插入图片描述
字段可以是结构，即可以嵌套
在这里插入图片描述
以下将分别针对Tag、Length、Value进行解说：

Tag

描述Value的数据类型，TLV嵌套时可以用于描述消息的类型
在这里插入图片描述
Tag由一个或多个字节组成，上图描述首字节0~7位的具体含义

① Tag首节字说明

第6~7位：表示TLV的类型，00表示TLV描述的是基本数据类型(Primitive Frame, int,string,long…)，01表示用户自定义类型(Private Frame，常用于描述协议中的消息)。
第5位：表示Value的编码方式，分别支持Primitive及Constructed两种编码方式, Primitive指以原始数据类型进行编码，Constructed指以TLV方式进行编码，0表示以Primitive方式编码，1表示以Constructed方式编码。
第0-4位：当Tag Value小于0x1F(31)时，首字节0～4位用来描述Tag Value，否则0~4位全部置1，作为存在后续字节的标志，Tag Value将采用后续字节进行描述。
在这里插入图片描述
② Tag后续字节说明

后续字节采用每个字节的0～6位（即7bit）来存储Tag Value, 第7位用来标识是否还有后续字节。

第7位：描述是否还有后续字节，1表示有后续字节，0表示没有后续字节，即结束字节。
第0~6位：填充Tag Value的对应bit(从低位到高位开始填充)，如：Tag Value为：0000001 11111111 11111111 (10进制：131071), 填充后实际字节内容为：10000111 11111111 01111111。
在这里插入图片描述

Length

描述Value的长度

描述Value部分所占字节的个数，编码格式分两类：定长方式（DefiniteForm）和不定长方式（IndefiniteForm）。

定长方式中，按长度是否超过一个八位，又分为短、长两种形式，编码方式如下：

短形式： 字节第7位为0，表示Length使用1个字节即可满足Value类型长度的描述，范围在0~127之间的。
在这里插入图片描述
长形式：即Value类型的长度大于127时，Length需要多个字节来描述，这时第一个字节的第7位置为1，0~6位用来描述Length值占用的字节数，然后直将Length值转为byte后附在其后，如： Value大小占234个字节（11101010）,由于大于127，这时Length需要使用两个字节来描述，10000001 11101010
在这里插入图片描述
不定长方式
Length所在八位组固定编码为0x80，但在Value编码结束后以两个0x00结尾。这种方式使得可以在编码没有完全结束的情况下，可以先发送部分数据给对方。
在这里插入图片描述

Value

描述数据的值

由一个或多个值组成 ，值可以是一个原始数据类型(Primitive Data)，也可以是一个TLV结构(Constructed Data)

① Primitive Data 编码
在这里插入图片描述
② Constructed Data 编码
在这里插入图片描述

TLV协议的完善

假如数据报文是如下这样简单的TLV:
在这里插入图片描述
当接收数据时发生一个温度的TLV错误 ,变成如下所示:
在这里插入图片描述
这里一个TLV错误,导致数据读取时找到最近的0x03作为温度的Tag, 0x02表示Length, 0x0c 16 就是value值, 那后面岂不是乱套了, 若定义了0x04标识,那在从该位置进行解析,接收的数据就GG了.
所以加上标识和和CRC校验位, 标识一般采用0xfd,不容易引起错误, 最好不要用0x01 02 等作为头;
CRC校验时需要将整个HTLV都校验,如果检验错误直接丢弃该HTLV数据,再寻找下一个HTLV即可.
在这里插入图片描述

完整的TLV的协议:
在这里插入图片描述

报文头:用来标志一个报文的开始;
CRC16:占2个字节，从报文头开始到数据结尾(Value)所有数据的CRC校验和;

TLV封包

具体可见：https://blog.csdn.net/Shallwen_Deng/article/details/88930288?ops_request_misc=&request_id=&biz_id=102&utm_term=tlv%E5%B0%81%E5%8C%85&utm_medium=distribute.pc_search_result.none-task-blog-2allsobaiduweb~default-0-88930288

#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h> 
#include"crc-itu-t.c"
#include<stdlib.h>

#define TLV_MAX_SIZE    128
#define TLV_MIN_SIZE    6
#define Tag_temper		0x03	//可以使用枚举
#define HEADER         	0xfd
 
int tlv_pack(char *buf, int size, int cmd)
{
         unsigned short      crc16;
         int                 pack_len =  0x02
         /* Only 2 byte value */
 
        if(!buf || size<TLV_MIN_SIZE )
        {
               printf("Invalid input argumentsn");
                return 0;
        }
        /* Packet head */
        buf[0] = HEADER; 
        /* Tag */ 
        buf[1] = Tag_temper;	
        /* Length, this packet total 6 bytes */
        buf[2] = pack_len;
        /* Value */
        buf[3] = 0x0e;		//如果value多的话,可以用for循环
        buf[3] = 0x03;
  		//CRC检验算法网上也比较多,可以直接用就行
        crc16 = crc_itu_t(MAGIC_CRC, buf, 4); //HTLV计算出一个unsigned short类型crc的值
        ushort_to_bytes(&buf[4], crc16);//将16位的crc值(1个字节8个位)转换成两个字节加到HTLV最后变成HTLV CRC的tlv报文
        return pack_len;
}

TLV解包

下面是TLV解包的代码有些复杂, 不要过多依赖对端,考虑了粘包的可能性.
加入了ACK/NAK机制:
ACK表示确认收到报文,可以进行下一次传输;
NAK表示报文出错,请求再次重传,一般不超过三次.

#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h> 
#include "tlv_unpack.h"
#include "crc-itu-t.h"
#include "hex_str_to_int.h"

int tlv_unpack(char *r_buf, int size, int cli_fd, char *tlv)
{
    int     i;
    int     len;
    unsigned short   val;
    unsigned short  crc16;
    int data;
    
start_loop:
    int     ofset = 0;   
    //首先判断读取的全部帧当中，是否存在有效数据, 否则传输NAK报文请求重传 
    if (size < MIN_PACK_SIZE)
    {
        printf("Pack too short and get data stream failure: %sn", strerror(errno));
        //写NAK报文给客户端   MAGIC_CRC选定的CRC校验的除数
        crc16 = crc_itu_t(MAGIC_CRC, (unsigned char *)nak_buf, 4);  //获得unsigned short类型校验位, 第一个为除数, 第二个为数组指针, 第三个为校验长度
        ushort_to_bytes(&nak_buf[4], crc16);        //将CRC的2字节的校验值，转化成两个一字节存在unsigned char 当中    

        write(cli_fd, nak_buf, strlen(MIN_PACK_SIZE) );
        return -1;
    }
    //在一个buf中一帧一帧解析TLV，进行读取数据
    for (i=0; i<size; i++)
    {   
        //读到报文头
        if (r_buf[i] == HEARDER)
        {
            //只有帧头和标志位,没有value值 (读到buf的最后了)
            if (size-i < 2)
            {
                printf("remain data too short and read ok.n")
                printf("Wait continue input data.n")

                //这里需要注意, 若将字符串后面的''也读取到了,那么会将目的buf的后面数据全部清除
                memmvoe(r_buf, &r_buf[i], strlen(size-i) );         //数据拷贝到buf首部，等待下一次传输数据，再读取
                crc16 = crc_itu_t(MAGIC_CRC, (unsigned char *)nak_buf, 4);  //获得unsigned short类型校验位
                ushort_to_bytes(&ack_buf[4], crc16);        //将CRC的2字节的校验值，转化成两个一字节存在unsigned char 当中 

                write(cli_fd, ack_buf, strlen(MIN_PACK_SIZE) );
                return  size-i;          //剩余字节数
            }
           
            ofset += i+2; 
            len = r_buf[ofset];
            
            //帧(length)长度错误，直接丢弃该报文段，并发送NAK报文，请求重新发数据
            if ( len < MIN_PACK_SIZE || len > MAX_PACK_SIZE)
            {
                memmove(r_buf, &r_buf[ofset], strlen(size-i-len));
                crc16 = crc_itu_t(MAGIC_CRC, (unsigned char *)nak_buf, 4);  //获得unsigned short类型校验位
                ushort_to_bytes(&nak_buf[4], crc16);        //将CRC的2字节的校验值，转化成两个一字节存在unsigned char 当中  

                write(cli_fd, nak_buf, strlen(MIN_PACK_SIZE) );
                goto start_loop;
            }
            printf("Current TLV data abnormal.n")
            //报文未读完，继续保存到buf,下一次读取
            if (len > size-i)
            {
                memmove(r_buf, &r_buf[ofset], strlen(size-i) );
                printf("TLV packed is accomplish.n");
                printf("Wait next data input.n");
                crc16 = crc_itu_t(MAGIC_CRC, (unsigned char *)nak_buf, 4);  //获得unsigned short类型校验位
                ushort_to_bytes(&ack_buf[4], crc16);        //将CRC的2字节的校验值，转化成两个一字节存在unsigned char 当中 

                write(cli_fd, ack_buf, strlen(MIN_PACK_SIZE) );
                return size-i;              //剩余字节数
            }
            
            //正常读取TLV数据包,需要首先判断CRC检验和是否相同, 不同则直接丢弃该报文段
            crc16 = crc_itu_t(MAGIC_CRC, (unsigned char *)r_buf[i], len);  //获得unsigned short类型校验位
            val = bytes_to_ushort(&r_buf[i+len-2], crc16);        //将CRC的2字节的校验值，转化成两个一字节存在unsigned char 当中 

            //CRC若不相等则检验失败,发送NAK报文请求重传
            if (crc16 != val)
            {
                printf("CRC checkout failure.n");
                memmove(r_buf, &r_buf[i], strlen(len) );
                crc16 = crc_itu_t(MAGIC_CRC, (unsigned char *)nak_buf, 4);  //获得unsigned short类型校验位
                ushort_to_bytes(&nak_buf[4], crc16);        //将CRC的2字节的校验值，转化成两个一字节存在unsigned char 当中 

                write(cli_fd, nak_buf, strlen(MIN_PACK_SIZE) );
                goto start_loop;
            }
            printf("CRC checkout sucessfuly.n");

            //解析成功,将该TLV数据包保存进行处理
            ofset = 0;
            ofset = (i+3);
            if (r_buf[i+1] == Tag_temper)
            {
   				;	//实现自己想要的功能
            }    
            //分析完成一个TLV数据包后,丢弃该包,分析下一个TLV
            printf("Unpack a TLV data accomplish.n");
            memmove(r_buf, &r_buf[i], size-i-len);
            size = size-i-len;  //分析剩余TLV数据

            goto start_loop;
        }//if (r_buf[i] == HEARDER)
    }//for (i=0; i<size; i++)
    
    return 0;
}

参考资料：https://blog.csdn.net/Ternence_zq/article/details/105757272
https://blog.csdn.net/qq_43296898/article/details/88863854

最后

以上就是雪白舞蹈为你收集整理的TLV协议（完善+封包+解析）的全部内容，希望文章能够帮你解决TLV协议（完善+封包+解析）所遇到的程序开发问题。

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