DoIP协议概述

大家好哈，我是穿拖鞋的汉子！

伴随着需求不断提升（车身数据传输速率和带宽需求），为了满足需求将以太网引进到车载网络中。车载以太网在诊断传输层的应用协议是ISO 13400（Diagnostic On IP—DoIP），定义的是从物理层到应用层搭建通信桥梁的规则。

该公众号以往关于DoIP文章如下：

 

上述文章自己总结的都是偏向具备内容，针对的是在基于车载以太网进行诊断通信，搭建通信桥梁的整个过程（对于DoIP可以理解为DoIP是搭建通信桥梁的规则）。

今天自己想基于ISO 13400协议总结下偏系统的概述性的内容，以方便后续自己查阅。

一、基于车载以太网的诊断系统分析

首先如下图，ISO 13400协议开篇示意图：

1、物理层

在该层需要定义是物理电气特性：

• 需要选定车载总线类型：-Tx、-T1、BroadR-Reach，具体选定那种总线类型，需要参看各家车规芯片、接口特性；

• Software、Hardware工程师根据不同类型定义驱动；

• 基于诊断范畴需求参看IEEE 802.3（国际上定义无线通信的协议簇）、ISO 13400-3定义以太网在车身做诊断接口参数（比如激活线特性）；

上述内容可以在如上图OSI七层模型清晰看到（对应协议名称）。

2、传输层

在车载诊断范畴，传输层中应用的协议是ISO 13400。

该协议的目的是建立物理层到应用层的通信桥梁，该规则可以保证诊断通信链路的稳定和安全。

DoIP是Diagnostic on IP，相当于诊断在车载以太网的应用。

报文传输的载体还是传统互联网的TCP/UDP/IP协议（这些协议1980年就已经提出，经历了时间和市场的考验），DoIP协议就是定义一系列规则，使用不同的帧类型（在协议中，通过Payload Type）来搭建通信流程

A：车辆连接；

B：车辆声明；

C：Routing激活（Socket激活）；

D：诊断通信。

具体内容可参看开篇具体文章。

3、会话层

在ISO 14229-2中定义了诊断范畴需要用到的时间参数：

具体可参看如下截图：

该ISO 14229子类中定义了诊断过程中相应的时间参数（P2、P2*、S3等）

通过示意图，详细直观说明了时间参数在诊断过程中的定义。

4、应用层

应用层是实现诊断功能（OSI七层模型），具体的诊断功能如下所示：

• Service

• DID

• DTC

都是在此层实现，对应的协议是ISO 14229-1。

因为此时诊断报文是基于车载以太网传输，所以需要查看ISO 14229-5（该文是UDS协议在在车载以太网上的具体应用和具体限制），因为UDS在不同的车载总线应用是不同的，因此通过不同的子类（子类-3到-7，对应不同的车载总线）加以说明。

二、车载以太网典型网络拓扑

由于车载以太网有很好的网络延展性，可以点对点，也可以应用交换机等策略实现良好的车载网络拓扑。

考虑到车载以太网后续会有远程无线应用，在ISO 13400中给出了如下网络拓扑示意图：

1、边缘节点

在ISO 13400协议中只有边缘节点可以连接外部Tester（严格按照ISO协议的话）。并且车身内部节点定义时会有逻辑地址，这样的话，Tester只知道车内节点的逻辑地址，Tester将该请求发送至GW时，GW内部有逻辑地址和真实地址的Map关系表，这样可以有效的保护车内节点数据安全。

只有GW可以解析逻辑地址和真实地址之间的关系，这样虽然可以有效的保护数据安全，但是也造成了GW很大的负荷，会形成通信“堵塞”现象。

所以现在也有用户有如下策略：

让Tester经过安全认证，GW充当路由功能，Tester直接根据真实地址直接跟ECU进行通信（GW无脑转发）。

三、车载以太网诊断通信流程

最新版 ISO 13400协议将信息安全因素考虑进去，在整个通信桥梁搭建过程中增加了TLS（Transport Layer Security），具体通信流程如下图：

1、通信连接

在ISO 13400协议中关于车辆边缘节点IP地址有两种方式：

（1）、DHCP；

（2）、Auto-IP；

并且前者优先级比后者高。

但考虑到现阶段整车数量，多数OEM采用是静态IP地址（IPV4偏多）。

2、车辆声明

车辆将自身的识别信息以广播形式自发三次（上电后）于所在网络，Tester若未获取，进行通信前可进行车辆信息请求.

PS：需要注意的是这个过程有许多时间参数需要注意，后续我会以文章形式整理出来。

3、Routing激活

以DoIP Payload Type 0005/0006来激活车载以太网诊断通信套接字（Socket），也就是TCP进行三次握手连接后，执行该动作，激活诊断通信功能。

4、诊断通信

此时Tester会发送DoIP Payload Type 8001的诊断请求进行诊断通信，边缘节点接受到请求后会回复DoIP Payload Type 8002的ACK，告知Tester收到诊断请求，与此同时会发送诊断请求给车内具体节点。车内节点收到后会给予诊断相应（此时DoIP Payload Type 8001）。

PS：若边缘节点判定Tester发送的诊断请求有无效信息时：

A：无效目标地址；

B：报文超长；

等等，此时边缘节点会回复DoIP Payload Type 8003的NACK。

具体判定机制可参看文章开头文章。

PS：车内节点之间通信可不用严格按照DoIP协议定义流程（俗称阉割版DoIP协议）。

愿你我相信时间的力量，

做一个长期主义者！