0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看技术视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

以太网的心跳包组建设计方案

454398 来源:FPGA开源工作室 作者:FPGA开源工作室 2020-09-30 10:49 次阅读

心跳包就是在客户端和服务器间定时通知对方自己状态的一个自己定义的命令字,按照一定的时间间隔发送,类似于心跳,所以叫做心跳包。心跳包在GPRS通信和CDMA通信的应用方面使用非常广泛。数据网关会定时清理没有数据的路由,心跳包通常设定在30-40秒之间。所谓的心跳包就是客户端定时发送简单的信息给服务器端告诉它我还在而已。代码就是每隔几分钟发送一个固定信息给服务端,服务端收到后回复一个固定信息如果服务端几分钟内没有收到客户端信息则视客户端断开。本次设计中,心跳包时间间隔为1秒。

一、心跳包触发器

设计一个 1 秒定时器,每隔一秒就产生一个心跳包触发脉冲,用于下一步心跳包的组建。

二、心跳包粗略框架

本次以太网的心跳包结构如下所示:

本次发送 64 个全为0的数据,当然这个数据是自定义的,因此心跳包总长度为118。此外目的/源 MAC 地址、目的/源 IP 地址、目的/源 port 等值可以用参数的方式先写好。利用刚刚设计的心跳包触发脉冲,我们就能组建这个心跳包了。表中黄色部分为后面需要校验的值,可以先填0进去,后面再覆盖掉这三处即可。代码也没什么说的,用参数和case语句即可。

点击电脑 Win + R 键,输入 cmd,再出入 ipconfig -all,按回车键,即可看到自己电脑的 MAC 地址等参数。

三、心跳包填充:IP校验和UDP校验

1、IP校验方法

IP 校验就是把 IP 首部 20byte 按 2byte(即 16bit)分开后相加,结果如果大于 16’hffff,就将超出 16’hffff 的部分与相加结果的低 16 位相加,直到最终结果小于 16’hffff 为止。最后把小于 16’hffff 的结果取反作为 ip_checksum。高字节在前,低字节在后,替换掉前面在心跳包中填充的 0。

(1) 校验和字段清0

假设有一段以太网包前面没有对 IP 校验和字段清0,而是赋了别的值,例如 IP 首部为:45 00 00 30 80 4c 40 00 80 06 b5 2e d3 43 11 7b cb 51 15 3d,b5 2e 字段即为 IP 校验和字段,清0后数据就变成了:45 00 00 30 80 4c 40 00 80 06 00 00 d3 43 11 7b cb 51 15 3d。

(2) 反码求和

4500+0030+804c+4000+8006+0000+d343+117b+cb51+153d = 34ace,将超过 16’hffff 的部分(即3)与低 16 位(即4ace)上,结果为:3+4ace=4ad1,因为 4ad1 小于 ffff,故作为 Ip_checksum 的反码。

(3) 取反得最终结果

将 4ad1 取反得 b52e,这就是本包数据最终的 IP 校验和,再将 b52e 填充到对应位置即可。

2、UDP校验方法

(1) 校验方法

UDP_checksum 计算稍微复杂一点,需要加入 IP 伪头部,将 IP 伪头部、UDP 首部的 8 个 bytes 和数据包部分按 2byte(即 16bit) 分开后相加,结果如果大于16’hffff,就将超出 16’hffff 的部分与相加结果的低 16 位相加,直到最终结果小于 16’hffff 为止。最后把小于 16’hffff 的结果取反作为 UDP_checksum。高字节在前,低字节在后,替换掉前面在心跳包中填充的0。

(2) UDP结构

UDP_checksum 的组成如图所示。

可以看到,IP 伪头部包含了 IP 源地址,IP 目的地址,一个字节的 0,协议号和 UDP_len ,在前面做的千兆以太网图像传输项目中 IP 源地址,IP 目的地址,协议号都是固定的,而通过上一篇博客设计的 UDP_len 为:UDP首部 8byte + 数据长度 64byte = 8+64='h0048。在设计的时候可以先单独将 IP 伪头部计算出来。

3、计算的时序安排

ip_checksum 和 udp_checksum 计算完成,该数据填充的位置已经经过,那么就没办法将数据填充到原来填充 0 的位置了,但我们想要将其组成完整的以太网包,这一步是不可避免的,那么我们该怎么解决呢?我们可以考虑一下,建立一个足够大的 RAM ,在计算 ip_checksum 和 udp_checksum 的同时将前面心跳包数据存储到 RAM 中,当这一包数据全部计算完再将 RAM 中的数据读出。当读出到要填充 ip_checksum 和 udp_checksum 的位置时,将计算出的两个值取反后填充到对应位置即可。

4、时序图

四、心跳包填充:CRC校验

1、CRC校验范围

CRC校验另起一段,是因为要先算完前面的 ip 校验值和 UDP 校验值才行。CRC校验时必须先去除帧头(即前面的7个55和1个d5),还得去掉帧尾(即后面4个数据,前面我们直接在这填了0)。当 CRC 校验值计算完成后,即可将其填充至数据的末尾 4 位即可。

2、CRC校验方法

(1)CRC校验初始值和空闲值都设置为 32‘hffffffff,即全 1 状态。

(2)计算结果需高低位对调,因为我们计算时是先从高位输入的,所以最后高低位需要对调。

(3)最后结果取反,高低位对调后的结果再取反,即可得到 CRC 的校验值。

3、CRC校验部分代码
always @(posedge sclk) begin
if(rst) begin
crc32_value end
else if(crc_en) begin
crc32_value[ 0] crc32_value[ 1] crc32_value[ 2] crc32_value[ 3] crc32_value[ 4] crc32_value[ 5] crc32_value[ 6] crc32_value[ 7] crc32_value[ 8] crc32_value[ 9] crc32_value[10] crc32_value[11] crc32_value[12] crc32_value[13] crc32_value[14] crc32_value[15] crc32_value[16] crc32_value[17] crc32_value[18] crc32_value[19] crc32_value[20] crc32_value[21] crc32_value[22] crc32_value[23] crc32_value[24] crc32_value[25] crc32_value[26] crc32_value[27] crc32_value[28] crc32_value[29] crc32_value[30] crc32_value[31] end
end

4、时序图

由于这次 CRC 校验值是在末尾,因此不需要用到 RAM 也来得及填充。

至此,我们组建了以太网发送的心跳包,下一步就可以发送了。

编辑:hfy


声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • 以太网
    +关注

    关注

    40

    文章

    5380

    浏览量

    171135
  • RAM
    RAM
    +关注

    关注

    8

    文章

    1367

    浏览量

    114536
  • 触发器
    +关注

    关注

    14

    文章

    1996

    浏览量

    61054
  • 时序
    +关注

    关注

    5

    文章

    386

    浏览量

    37283
  • 时序图
    +关注

    关注

    2

    文章

    57

    浏览量

    22439
收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    车载以太网与传统以太网的区别

    车载以太网与传统以太网在多个方面存在显著的差异,这些差异主要体现在传输速率、实时性、可靠性、物理层标准、应用场景以及技术发展等方面。
    的头像 发表于 07-25 11:12 1468次阅读

    CANape&VN5620监控记录以太网数据操作演示#车载以太网 #CANape

    车载以太网
    北汇信息POLELINK
    发布于 :2024年06月11日 15:53:15

    工业以太网和普通以太网区别在哪

    工业以太网和普通以太网是两种不同的以太网技术,它们在设计、性能、应用和可靠性等方面存在显著差异。本文将详细介绍这两种以太网技术的区别。 设计差异 工业
    的头像 发表于 06-11 10:30 2368次阅读

    使用VN5620监控记录以太网总线数据#车载以太网 #CANape

    以太网硬件
    北汇信息POLELINK
    发布于 :2024年06月09日 16:45:04

    车载以太网硬件接口VN5620设备展示与介绍#车载以太网

    车载以太网
    北汇信息POLELINK
    发布于 :2024年05月31日 10:27:03

    车载以太网接口VN5650使用场景介绍#车载以太网

    以太网
    北汇信息POLELINK
    发布于 :2024年05月11日 17:58:05

    FPGA学习-以太网的原理介绍

    以太网链路上的数据称作以太网帧。以太网帧起始部分由前导码和帧开始符组成。后面紧跟着一个以太网报头,以MAC地址说明目的地址和源地址。
    的头像 发表于 04-02 16:26 1578次阅读
    FPGA学习-<b class='flag-5'>以太网</b>的原理介绍

    以太网交换芯片作用是什么

    以太网交换芯片是网络设备中用于处理和转发数据的关键组件。
    的头像 发表于 03-22 16:37 969次阅读

    以太网交换芯片是什么 以太网交换芯片的作用有哪些

    以太网交换芯片是一种专门设计用于处理以太网数据的集成电路,它是网络交换机的核心组件。这种芯片负责在网络中转发数据,确保数据能够从源端口传输到目的端口。
    的头像 发表于 03-21 16:14 1774次阅读

    数据中心市场的关键以太网解决方案

    了解数据中心市场动态的关键在于以太网解决方案。Synopsys负责产品管理和高性能计算IP的副总裁Michael Posner说:“以太网在数据中心中根深蒂固……虽然它并不广为人知,但60%的数据中心硬件都是通过
    发表于 03-12 09:53 393次阅读
    数据中心市场的关键<b class='flag-5'>以太网</b>解决<b class='flag-5'>方案</b>

    以太网怎么连接 以太网组网结构分析

    以太网的组网结构涉及多个层面和组件。首先,从网络结构的角度来看,以太网分为物理层、数据链路层和高层用户层。其中,物理层采用特定的通信媒体,如50Ω基带同轴电缆,实现数据的传输。数据链路层则负责数据的处理与转发。
    的头像 发表于 03-08 17:19 3099次阅读
    <b class='flag-5'>以太网</b>怎么连接 <b class='flag-5'>以太网</b>组网结构分析

    以太网交换机有何特点?用它怎样组成虚拟局域

    以太网交换机有何特点?用它怎样组成虚拟局域  以太网交换机是一种用于组建局域(LAN)的关键设备,它有许多特点和功能。为了让文章更详尽、
    的头像 发表于 02-20 14:26 4392次阅读

    以太网交换机怎么用 以太网交换机有什么用

    技术的网络交换设备,它通过MAC地址(Media Access Control)将数据从一个接口转发到另一个接口。以太网交换机使用存储转发或者直通转发的方式进行数据交换,保证数据能够正确地到达目的地。存储转发是指交换机接收到整个数据
    的头像 发表于 02-02 11:41 3013次阅读

    科普科普以太网的定义、种类以及晶振在以太网上的应用

    科普科普以太网的定义、种类以及晶振在以太网上的应用  以太网是一种用于局域网通信的传输技术,它是一种在计算机网络中常用的传输协议,用于将数据从一个节点传输到另一个节点。本文将详细介绍
    的头像 发表于 01-24 16:11 1011次阅读

    以太网交换技术讲解

    当前园区网大多使用交换机组网,使用交换机组建的网络管理非常灵活,可以根据同一部门或者具有相同管理要求的需要创建虚拟局域(Vlan)。那么园区内的交换机是如何进行数据交换的?不同部门之间是如何进行隔离的?今天这篇文章,将通过对
    的头像 发表于 12-11 10:30 918次阅读
    <b class='flag-5'>以太网</b>交换技术讲解