CN114765633A - 基于列车实时以太网协议的网络报文解析方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明一种基于列车实时以太网协议的网络报文解析方法及装置，该方法步骤包括：S01.根据不同应用协议创建对应的协议配置文件，以用于解析TRDP报文中应用协议数据；S02.获取列车中待解析TRDP报文，对待解析TRDP报文中通用协议数据以及TRDP协议数据进行解析后，调用对应的协议配置文件对待解析TRDP报文中应用协议数据进行解析。本发明能够实现TRDP报文彻底的解析，且具有实现方法简单复杂程度以及实现成本低、使用灵活等优点。
Description
技术领域
本发明涉及列车网络通信技术领域，尤其涉及一种基于列车实时以太网协议(Train Real-Time Data Protocol,TRDP)的网络报文解析方法及装置。
背景技术
随着网络通信技术的发展，列车实时以太网协议TRDP已广泛应用于轨道交通领域，列车的车载通信设备通过采用符合IEC 61375系列标准的TRDP协议，即可保证数据在传输层上的一致性，实现车载通信设备的互联互通。在列车网络通信设计与调试过程中，灵活监视各网络节点通信过程十分必要，尤其需要对通信报文中各参数的具体含义详细解析。如图1所示，TRDP位于网络结构中应用层和传输层之间。用户开发的应用层程序发送数据之前，需要调用TRDP提供的服务将数据按照约定的格式封装；TRDP层收到数据转发给应用层程序之后，相应的应用层也需要对收到的数据按协议解包。
典型的TRDP报文格式如图2所示，依次定义了序列号、协议版本、消息类型、通信标识符等12个字段，其中ComId字段用于识别TRDP通信报文，Dataset(数据集)字段用于存储应用协议数据，用户可在Dataset字段自定义应用协议报文格式。由于不同通信系统的要求不同，在应用层中各子系统通常会封装各自所需的应用协议，即Dataset字段中的报文格式是变化的而并非固定不变的，而轨道交通中通常每一条线路都会配置相应的应用通信协议，即不同线路之间TRDP报文应用协议报文格式通常不同。
现有技术中对TRDP报文进行解析时，通常都仅是解析到TRDP协议为止，无法实现应用协议的解析，会存在TRDP报文解析不彻底的问题。如图3所示，针对于TRDP协议的解析，现有技术中通常是采用可以解析IP、UDP等通用协议的通用抓包软件来解析出通用协议部分(如图中①所示)，包含UDP数据、IP数据、Ethernet数据和帧头，进一步最多是在使用通用抓包软件的基础上结合脚本文件配置，实现TRDP协议部分数据(如图中②所示)，使得除上述通用协议部分以外还可解析出TRDP数据，但是只限于解析到协议的上述第②层(即TRDP层)，无法解析出应用协议数据(如图中③所示)。按照该方法解析后，应用协议信息仅以十六进制或ASCII码的方式显示，需要用户再逐字节人工解析出具体变量，分析效率低且可靠性不高。应用协议数据实际是用户尤为关注的部分，按照现有技术中上述解析方法就无法快速的获取得到该部分数据。
若考虑使用专用的解码设备来解决上述问题，即设计专用的解码设备对网络报文进行硬件解析处理，一方面该类设备的成本通常较高，另一方面，该类设备通常都是按照特定场景定制开发，因而只能适用于特定场景，不能灵活适应应用协议变更。因此，亟需提供一种能够适用于列车TRDP的网络报文解析方法，以使得能够实现TRDP报文的彻底解析。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种实现方法简单、复杂程度以及实现成本低、使用灵活的基于列车实时以太网协议的网络报文解析方法及装置，能够实现TRDP报文彻底的解析。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种基于列车实时以太网协议的网络报文解析方法，其特征在于，步骤包括：
步骤S01.配置文件创建：根据不同应用协议创建对应的协议配置文件，以用于解析TRDP报文中应用协议数据；
步骤S02.协议解析：获取列车中待解析TRDP报文，对所述待解析TRDP报文中通用协议数据以及TRDP协议数据进行解析后，调用对应的所述协议配置文件对所述待解析TRDP报文中应用协议数据进行解析。
进一步的，所述步骤S01中创建协议配置文件时，依次将Dataset字段中的各变量元素添加到所述协议配置文件中对应字段，所述步骤S02中通过调用所述协议配置文件解析出Dataset字段中各变量值。
进一步的，所述协议配置文件的创建步骤包括：以TRDP协议中的ComId字段命名建立所述协议配置文件，依次将Dataset字段中的各字段添加到所述协议配置文件中，每次添加时先将Dataset字段名添加到所述协议配置文件中，选择字段类型后，再依次添加字段长度以及偏移量。
进一步的，所述步骤S02前还包括在解析模块的脚本文件中创建TRDP所有报文格式字段，以使得所述解析模块具有TRDP协议解析功能，所述步骤S02中通过调用所述解析模块对所述待解析TRDP报文中通用协议数据以及TRDP协议数据进行解析。
进一步的，所述步骤S02中对所述待解析TRDP报文完成解析后，还包括根据得到的解析信息以及预先创建的设备配置文件筛选出所需设备的网络报文，所述设备配置文件中包含用于设备过滤的设备信息。
进一步的，所述设备配置文件中以键值对形式保存各设备的所述设备信息，即保存所述设备信息与键值之间的对应映射关系。
进一步的，所述步骤S01后、步骤S02前还包括报文识别判断步骤，包括：获取列车中的网络报文进行识别，如果识别为TRDP报文，如果是转入步骤S02以进行解析，否则根据识别结果调用对应的解析模块进行解析。
一种基于列车实时以太网协议的网络报文解析装置，包括：
配置文件模块，包括根据不同应用协议创建的对应的协议配置文件，所述协议配置文件用于解析TRDP报文中应用协议数据；
协议解析模块，用于获取列车中待解析TRDP报文，对所述待解析TRDP报文中通用协议数据以及TRDP协议数据进行解析后，调用对应的所述协议配置文件对所述待解析TRDP报文中应用协议数据进行解析。
进一步的，所述配置文件模块还包括设备配置文件，所述设备配置文件中包含用于设备过滤的设备信息。
进一步的，还包括与所述协议解析模块连接的设备筛选模块，用于所述协议解析模块对所述待解析TRDP报文完成解析后，根据得到的解析信息以及预先创建的所述设备配置文件筛选出所需设备的网络报文。
一种基于列车实时以太网协议的网络报文解析装置，包括处理器以及存储器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述计算机程序，以执行如上述方法。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明通过为解析TRDP报文中应用协议数据创建对应的协议配置文件，在对列车中TRDP报文进行解析时，解析出TRDP协议数据后调用该协议配置文件来实现应用协议数据的解析，可以在线解析各类基于TRDP的列车通信应用协议，且可以实现完整、彻底的解析，自动获取到用户关注的应用协议数据，使得能够清晰识别列车网络中不同车载设备发出的应用数据，从而便于实时监视数据交互过程，利于迅速了解各网络节点的通信状态，极大地提高了网络协议分析效率。
2、本发明通过调用协议配置文件解析出Dataset字段中各变量值，使得解析后可直接得到有实际意义的具体变量值，解决传统协议解析方案中对应用协议数据集具体变量值解析的盲点。
3、本发明通过进一步配置设备配置文件，在设备配置文件中存储设备信息，在TRDP报文解析完成后，依据设备配置文件即可从解析得到的众多信息中定位到所需的设备，能够快速便捷的在海量通信数据中提取指定设备报文，以及方便的选择网络拓扑中所有的设备并追踪其报文，便于及时了解各网络设备的通信状态后续对设备的定向分析及统计等。
4、本发明进一步设备配置文件中以键值对形式保存各设备的设备信息，使得以键值对的形式存储网络中各设备节点的关键信息，利用该存储的设备信息来过滤出相应的网络报文，能够在解析软件中根据保存的设备信息迅速过滤出对应的报文，实现设备报文的一键过滤跟踪。
附图说明
图1是TRDP协议栈的原理示意图。
图2是典型TRDP报文格式原理示意图。
图3是不同协议解析方案的协议解析程度对比示意图。
图4是本实施例基于列车实时以太网协议的网络报文解析方法的实现流程示意图。
图5是本发明具体应用实施例中采用的TRDP网络报文解析系统结构示意图。
图6是本发明在具体应用实施例中创建协议配置文件的流程示意图。
图7是本发明在具体应用实施例中创建得到的XML格式协议配置文件示意图。
图8是本实施例协议解析的具体实现流程示意图。
图9是本发明在具体应用实施例中创建设备配置文件的流程示意图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
如图4所示，本实施例基于列车实时以太网协议的网络报文解析方法的步骤包括：
步骤S01.配置文件创建：根据不同应用协议创建对应的协议配置文件，以用于解析TRDP报文中应用协议数据，即TRDP报文中Dataset字段的内容；
步骤S02.协议解析：获取列车中待解析TRDP报文，对待解析TRDP报文中通用协议数据以及TRDP协议数据进行解析后，调用对应的协议配置文件对待解析TRDP报文中应用协议数据进行解析。
本实施例通过为解析TRDP报文中应用协议数据创建对应的协议配置文件，在对列车中TRDP报文进行解析时，解析出TRDP协议数据后调用该协议配置文件来实现应用协议数据的解析，可以实现完整、彻底的TRDP报文解析，自动获取到用户关注的应用协议数据，使得能够清晰识别列车网络中不同车载设备发出的应用数据，从而便于实时监视数据交互过程，利于迅速了解各网络节点的通信状态，极大地提高网络协议分析效率。
本实施例步骤S01中创建协议配置文件时，依次将Dataset字段中的各变量元素添加到协议配置文件中，步骤S02中通过调用协议配置文件解析出Dataset字段中各变量值，使得解析后可直接得到有实际意义的具体变量值，具体包括变量名、变量值、数据类型等内容，从而解决了传统协议解析方案中对应用协议数据集具体变量值解析的盲点问题。
本实施例中步骤S02前还包括在解析模块的脚本文件中创建TRDP所有报文格式字段，以使得解析模块具有TRDP协议解析功能，步骤S02中通过调用解析模块对待解析TRDP报文中通用协议部分进行解析。本实施例通过将协议解析分为公用TRDP协议和应用协议两部分，TRDP协议采用脚本文件固定解析，应用协议通过调用协议配置文件进行定制解析，仅需要对现有传统解析软件进行简单的配置即可实现TRDP报文的彻底解析。当然还可以根据实际需求将TRDP协议与应用协议全部都采用配置文件的方式实现解析。
如图3所示，本实施例具体采用如Wireshark等具有通用协议解析功能的通用抓包软件来实现报文获取以及通用协议数据部分的解析，使得解析可得到如图中①部分数据，在通用抓包软件中对脚本文件进行配置，使得能够实现TRDP通信协议的解析，即利用脚本文件为通用解析软件扩展补充TRDP协议解析功能，使得可解析得到②部分的TRDP数据，同时据不同应用协议创建相应的协议配置文件以用于解析Dataset字段的具体内容得到应用协议数据；当接收到TRDP报文后，由配置后的通用抓包软件，分别解析出通用协议数据、TRDP数据后，启动调用协议配置文件，根据协议配置文件中的内容解析出Dataset字段中内容，即得到应用协议数据(如图中③)，实现通信报文所有字段的彻底解析。
如图5所示，本发明在具体应用实施例中配置硬件解析系统和软件解析系统来实现上述方法，包括配置抓包系统、配置文件系统、解析存储系统、数据显示系统，工控机采用以太网线与车载交换机相连，通过端口镜像或其他方式获取列车以太网通信报文并提供给软件系统解析处理，由协议解析引擎作为协议解析软件的核心，一方面调用通用抓包软件获取网络报文，另一方面又将原始报文存储、转送至解析模块，最后从数据库中输送解析后的报文详细信息至数据显示系统。进行协议解析时，抓包引擎首先调用通用抓包软件，并通过WinPCAP接口直接与本地物理网卡进行数据报文交换获取报文信息；系统依据协议配置文件完成预处理，经过报文解析模块解析后的数据存储至系统数据库中，通过协议解析软件显示通信报文的详细信息，包括源设备、目标设备、数据包长度、时刻等内容；在报文解析模块调用协议解析配置文件后，对Dataset字段中的变量详细解析，解析后的数据以表格的形式存储至数据库中。
本实施例协议配置文件具体采用XML语言，即采用XML类型协议配置文件，使得可以便捷定义协议解析文件，增强对各线路列车通信应用协议的兼容性。
本实施例中，协议配置文件的创建步骤包括：以TRDP协议中的ComId字段命名建立协议配置文件，依次将Dataset字段中的各字段添加到协议配置文件中，每次添加时先将Dataset字段名添加到所述协议配置文件中，选择字段类型后，再依次添加字段长度以及偏移量，后续解析时通过调用该协议配置文件即可拆解出Dataset字段中各具体变量值。
如图6所示，本发明在具体应用实施例中创建协议配置文件的步骤为：
步骤1、在本地以应用协议中各个ComID字段命名并建立协议XML格式配置文件；
步骤2、文件以protocol为根节点，依次将应用协议中的各具体变量元素填写到文件中相应字段；
步骤21、在配置文件中以XML 1.0标准建立文件框架，解码格式选择UTF-8；
步骤22、自定义根节点名称为dataset，并配置自定义属性为protocol，protocol表示协议名称；
步骤23、自定义子节点名称为field，其自定义属性有name、showname、type、size、pos、show、value，其中name表示字段名称，showname表示可视名称，type表示数据类型，size表示字节数，pos表示从第几个字节取值，value表示该字段的十六进制值，show表示该字段的可视值；
依次将应用协议中的各个字段按以上规则进行配置后即得到所需的协议配置文件。在具体应用实施例中创建的XML格式协议配置文件如图7所示。创建协议配置文件时，各子节点showname、show、value属性值为空，运行协议解析系统时，ComId调用相应的配置文件，根据报文内容动态填写showname、show、value的属性值，同时修改保存的报文内容并在软件界面中显示可读的showname属性。
在具体应用实施例中按照上述步骤对报文解析完成后，得到的数据库字段如表1所示，具体包括通信标识符、数据表序列号、MAC地址、IP地址、数据集内容等。
表1：数据库存储表字段
| 序号 | 字段名 | 类型 | 长度(字节) | 含义 |
| 1 | Comld | String | 20 | 通信标识符 |
| 2 | No | lnt32 | 20 | 数据包序列号 |
| 3 | Srcmac | String | 100 | 源mac地址 |
| 4 | Dstmac | String | 100 | 目的mac地址 |
| 5 | Srcip | String | 100 | 源ip |
| 6 | Dstip | String | 100 | 目的ip |
| 7 | Time_ | String | 100 | 获取报文时间 |
| 8 | Framestart | String | 200 | 帧开始位置 |
| 9 | Framestop | String | 200 | 帧结束位置 |
| 10 | Varstart | String | 200 | 变量开始位置 |
| 11 | Varstip | Srting | 200 | 变量结束位置 |
| 12 | Dataset_ | String | 200 | 数据集内容 |
本实施例上述方法通过在TRDP协议的基础上进一步解析应用协议字段内容，还可以为不同应用协议提供配置文件编写规范，同时使得可以快速部署到不同应用协议解析环境中，实现各类基于TRDP的列车通信应用协议的在线解析。
本实施例步骤S2中对待解析TRDP报文完成解析后，还包括根据得到的解析信息以及预先创建的设备配置文件筛选出所需设备的网络报文，设备配置文件中包含用于设备过滤的设备信息。
传统协议解析方案中通常只关注网络中报文数据的交互情况，用户只能通过报文记录观察网络中成千上万条请求或响应，虽然可以通过设置条件过滤的方式过滤出特定报文，但是目前过滤方法不仅过滤规则设计复杂、难度较大，且通常仅是在协议类型、IP等字段级别进行筛选，用户依然无法方便快捷的定位到当前网络中的具体设备。而在列车通信网络故障分析过程中，十分需要对某特定车载设备收发的报文持续跟踪分析，如当列车网络出现故障时，可能是由某一网络设备导致，这时就需要定向分析该设备的网络信息。并对其一段时间内的数据流量信息进行统计处理，查找可能存在的错误报文。本实施例通过进一步配置设备配置文件，在设备配置文件中存储设备信息，在TRDP报文解析完成后，依据设备配置文件即可从解析得到的众多信息中定位到所需的设备，能够快速便捷的在海量通信数据中提取指定设备报文，以及方便的选择网络拓扑中所有的设备并追踪其报文，便于及时了解各网络设备的通信状态后续对设备的定向分析及统计等。
如图8所示，本实施例协议解析软件进行协议解析时，依次加载协议配置文件、设备配置文件，启动抓包捕获报文，捕获到报文后，调用脚本动态补充协议配置文件信息，调用协议配置文件解析报文中应用协议数据，解析完成后存储解析到的数据并进行显示；当需要查看设备报文时，调用设备配置文件，筛选出所需的设备报文信息。通过上述方法，可以聚焦于列车以太网设备的通信情况以分析其实时流量情况，从而能够及时了解各网络设备的通信状态，检测网络设备潜在的缺陷，根据通信协议对数据包进行解析，显示为有实际含义的环境变量值，可以实时监视网络数据交互过程。进一步可以结合数据库技术，直观展示报文流量统计信息。
本实施例中，设备配置文件中以键值对形式保存各设备的设备信息，即保存设备信息与键值之间的对应映射关系，使得以键值对的形式存储网络中各设备节点的关键信息，利用该存储的设备信息来过滤出相应的网络报文。本实施例具体通过将以太网设备与ComId、IP相映射，即建立设备对应的IP地址、ComId映射，在解析软件中根据保存的设备的ComId和IP地址迅速过滤出对应的报文，实现设备报文的一键过滤跟踪。软件系统进一步还可配置自动记录报文的时间戳并计算报文周期，将计算的周期与协议约定的周期进行比对，可以排查该设备所有ComId的报文是否按规定周期发送，是否存在报文丢失等故障。在具体应用实施例中创建设备配置文件如图9所示，依次将ComId值、IP值写入文件，举例如下：
[设备1]
ComId0＝″1335″
ComId1＝″1339″
IP0＝″10.0.1.35″
IP1＝″10.0.1.36″
[设备2]
ComId0＝″1411″
IP0＝″10.0.1.41″
本实施例中步骤S01后、步骤S02前还包括报文识别判断步骤，包括：获取列车中的网络报文进行识别，如果识别为TRDP报文，如果是转入步骤S02以按照上述步骤对包括应用协议数据的各字段进行详细解析，否则根据识别结果调用对应的解析模块进行解析，使得能自动识别列车中网络报文类型，既可以兼容解析通用以太网报文，亦可处理TRDP报文。
本实施例基于列车实时以太网协议的网络报文解析装置，包括：
配置文件模块，包括根据不同应用协议创建的对应的协议配置文件，协议配置文件用于解析TRDP报文中应用协议Dataset字段的内容；
协议解析模块，用于获取列车中待解析TRDP报文，对待解析TRDP报文中除应用协议外的通用协议部分进行解析后，调用对应的协议配置文件对待解析TRDP报文中应用协议Dataset字段进行解析。
本实施例中，配置文件模块还包括设备配置文件，设备配置文件中包含用于设备过滤的设备信息。
本实施例中，还包括与协议解析模块连接的设备筛选模块，用于协议解析模块对待解析TRDP报文完成解析后，根据得到的解析信息以及预先创建的设备配置文件筛选出所需设备的网络报文。
本实施例具体采用如图5所示的系统，由配置文件系统实现上述配置文件模块的功能，解析存储系统实现协议解析模块的功能，解析存储系统同时设置有数据库存储模块，以及还设置有报文显示系统以用于显示报文解析结果。
本实施例基于列车实时以太网协议的网络报文解析装置与上述基于列车实时以太网协议的网络报文解析方法对应，在此不再一一赘述。
在另一实施例中，本发明基于列车实时以太网协议的网络报文解析装置还可以为：包括处理器以及存储器，存储器用于存储计算机程序，处理器用于执行计算机程序，以执行如上述基于列车实时以太网协议的网络报文解析方法。
上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。
Claims (11)
1.一种基于列车实时以太网协议的网络报文解析方法，其特征在于，步骤包括：
步骤S01.配置文件创建：根据不同应用协议创建对应的协议配置文件，以用于解析TRDP报文中应用协议数据；
步骤S02.协议解析：获取列车中待解析TRDP报文，对所述待解析TRDP报文中通用协议数据以及TRDP协议数据进行解析后，调用对应的所述协议配置文件对所述待解析TRDP报文中应用协议数据进行解析。
2.根据权利要求1所述的基于列车实时以太网协议的网络报文解析方法，其特征在于，所述步骤S01中创建协议配置文件时，依次将Dataset字段中的各变量元素添加到所述协议配置文件中对应字段，所述步骤S02中通过调用所述协议配置文件解析出Dataset字段中各变量值。
3.根据权利要求2所述的基于列车实时以太网协议的网络报文解析方法，其特征在于，所述协议配置文件的创建步骤包括：以TRDP协议中的ComId字段命名建立所述协议配置文件，依次将Dataset字段中的各字段添加到所述协议配置文件中，每次添加时先将Dataset字段名添加到所述协议配置文件中，选择字段类型后，再依次添加字段长度以及偏移量。
4.根据权利要求1所述的基于列车实时以太网协议的网络报文解析方法，其特征在于：所述步骤S02前还包括在解析模块的脚本文件中创建TRDP所有报文格式字段，以使得所述解析模块具有TRDP协议解析功能，所述步骤S02中通过调用所述解析模块对所述待解析TRDP报文中通用协议数据以及TRDP协议数据进行解析。
5.根据权利要求1～4中任意一项所述的基于列车实时以太网协议的网络报文解析方法，其特征在于：所述步骤S02中对所述待解析TRDP报文完成解析后，还包括根据得到的解析信息以及预先创建的设备配置文件筛选出所需设备的网络报文，所述设备配置文件中包含用于设备过滤的设备信息。
6.根据权利要求5所述的基于列车实时以太网协议的网络报文解析方法，其特征在于：所述设备配置文件中以键值对形式保存各设备的所述设备信息，即保存所述设备信息与键值之间的对应映射关系。
7.根据权利要求1～4中任意一项所述的基于列车实时以太网协议的网络报文解析方法，其特征在于：所述步骤S01后、步骤S02前还包括报文识别判断步骤，包括：获取列车中的网络报文进行识别，如果识别为TRDP报文，如果是转入步骤S02以进行解析，否则根据识别结果调用对应的解析模块进行解析。
8.一种基于列车实时以太网协议的网络报文解析装置，其特征在于，包括：
配置文件模块，包括根据不同应用协议创建的对应的协议配置文件，所述协议配置文件用于解析TRDP报文中应用协议数据；
协议解析模块，用于获取列车中待解析TRDP报文，对所述待解析TRDP报文中通用协议数据以及TRDP协议数据进行解析后，调用对应的所述协议配置文件对所述待解析TRDP报文中应用协议数据进行解析。
9.根据权利要求8所述的基于列车实时以太网协议的网络报文解析装置，其特征在于：所述配置文件模块还包括设备配置文件，所述设备配置文件中包含用于设备过滤的设备信息。
10.根据权利要求9所述的基于列车实时以太网协议的网络报文解析装置，其特征在于：还包括与所述协议解析模块连接的设备筛选模块，用于所述协议解析模块对所述待解析TRDP报文完成解析后，根据得到的解析信息以及预先创建的所述设备配置文件筛选出所需设备的网络报文。
11.一种基于列车实时以太网协议的网络报文解析装置，包括处理器以及存储器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述计算机程序，其特征在于，所述处理器用于执行所述计算机程序，以执行如权利要求1～7中任意一项所述方法。
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- 2021-01-04 CN CN202110000799.4A patent/CN114765633A/zh active Pending
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