4.数据包TLV的设计

从应用层HTTP协议，到超文本置标语言HTML（HyperText Mark-up Language），再到可扩展置标语言XML（Extensible Markup Language），它们提供了数据的格式化存储、传输和格式化显示的规范，是网络通信的基石。然而HTTP协议以及HTML/XML置标语言的本质就是定义一堆标签（Tag）对数据进行串行化序列化，然后接收方再根据标签解析、还原数据。

自定义通信协议的关键是对数据包的合理构造（construct）和正确解析（parse），即制定编解码规则。

抽象语法标记ASN（Abstract Syntax Notation） BER的长度确定的编码方式，由3部分组成Identifier octets、Length octets和Contents octets，实际上这就是一中TLV（Type-Length-Value）模型：类型字段（Type或Tag）是关于标签和编码格式的信息；长度字段（Length）定义数值的长度； 内容字段（Value）表示实际的数值。

因此，一个编码值又称TLV三元组。编码可以是基本型或结构型，如果它表示一个简单类型的、完整的显式值，那么编码就是基本型（primitive）；如果它表示的值具有嵌套结构，那么编码就是结构型 （constructed）。

TLV编码就是指对Type（Tag）、Length和Value进行编码，形成比特流数据包；解码是编码的逆过程，是从比特流缓冲区中解析还原出原始数据。

采用C++编程语言设计TLV协议类，其类视图如图5所示。

图5 CTLV类视图

目前只提供设置整形值（int型）的setValue_Int和设置字符串值（C_String型）的SetValue_Cstring两个接口。

TLV将数据封装成包的格式如表1所示。

表1 TLV包格式

TLV的接口说明：

（1）值类型标签m_vtTag是内部辅助枚举变量，它根据构造TLV时传递的服务类型标签m_dwTag来确定。

（2）TLV::m_nLen在为TLV设置具体值时确定。

（3）TLV包的封装：

1）使用Tag参数创建一个TLV对象后，调用TLV::setValue_*方法为TLV填充具体值；

2）调用TLV::toBuffer方法打包到缓冲区streamBuffer。

（4）TLV包的解析：创建一个TLV对象后，调用TLV::fromBuffer方法从缓冲区streamBuffer解析出TLV。

（5）封装和解析涉及到本机字节顺序和网络字节顺序的转换问题。

（6）调用TLV::setValue_*方法填充TLV时，统一字节边界数为4。

5.数据报Package的设计

不同于底层的数据包/数据报只是对数据层次的封装解析，实际应用程序是以事件驱动的，因此必须注册不同的信令（事件类型标签），然后填充到数据报中。接收端根据信令做出相应的事件处理。

例如在C/S通信系统中，客户端往往要先登录，通过服务器端的校验才能进行后续通信。因此客户端运行后，需要构造并向服务器端发送含有LOGIN信令的包含用户名字符串strUserName和密码字符串strPassWord的数据报；服务器端解析LOGIN信令后做校验处理，然后发送含有LOGIN_RESPONSE信令和校验结果的回执数据报给客户端。

采用C++编程语言设计Package类，其类视图如图6所示。

图6 CPackage类视图

Package类将TLV封装成包的格式如表2所示。

表2 Package包格式

Package的接口说明：

（1）Package::m_nCmdLen是整个Package包的长度，将其作为首个字段的好处在于当传送大数据包时，接收方可以根据数据长度来控制读状态，从而将一个大数据包分批接收。

（2）Package::m_nCmdLen在构造函数中初始化为16，在调用Package::addTLV方法填充包实体时增长。

（3）Package包的封装：

1）创建Package对象后，调用Package::setHeader方法填充头部信令；

2）创建TLV对象并填充数据，再调用Package::addTLV方法填充包实体；

3）调用Package::toBuffer方法将Package打包到缓冲区streamBuffer。

（4）Package包的解析：

1）先创建一个Package对象，调用Package::fromBuffer方法从缓冲区streamBuffer先解析出Package的头部和序列号，再从剩余缓冲区中解析出TLV并将其串行化到链表。

2）调用Package::getTLV方法根据Tag从链表中查找具体TLV包，再调用TLV::getValue方法取得具体值。

（5）Package::toBuffer方法和Package::fromBuffer方法主要遍历Package::m_TLV_List列表，然后调用TLV::toBuffer方法和TLV::fromBuffer方法解析出TLV数据单元。

TLV数据包的功能测试（主要是本地测试）

鉴于实际通信数据最后都要转换成比特流，故只测试发送字符串类型的变量，仅测试协议能否正确打包、解析。其他类型的普通数据都可以转换成字符串传输，最后，接收方根据m_dwTag确定值类型m_vtTag，解析出具体值。

对TLV::setValue_C_String方法填充TLV的测试，需要考虑字节对齐问题。对于长度为4字节倍数的C状态字符串，打包时省去末尾的‘\0’结束标志符。需要测试长度非4倍数的字符串和长度为4倍数的字符串。

经本地测试，调用TLV::setValue_Int方法和TLV::setValue_C_String方法构造整形和字符串时，能够正确封装、正确解析。

Package数据报的功能测试，主要是将TLV组合成包，然后添加信令，完成特定的通信。对登陆LOGIN和发送消息SUBMIT_SM的测试表明Package协议能正确封装、正确解析。

在实际项目中使用Package通信协议，对于稍大一点的数据块需要控制好读的步骤，以便能接收整包完整的信息。

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