1 概述

DoIP全稱為基于IP網絡的診斷通信Diagnostic communication over Internet Protocol，由ISO 13400標準定義，是基于IP的汽車診斷協議。由于DoIP可以傳輸大量數據，以及響應速度快，且可以通過以太網進行遠程診斷，因此DoIP逐步成為代替傳統的CAN等總線方式，成為車載網絡診斷的必然趨勢。DoIP診斷經由通用的統一診斷服務UDS協議引入診斷服務，通過傳輸控制協議TCP、用戶數據報協議UDP和以太網協議IP，完成外部測試設備與ECU間的診斷通信。在OSI 7層模型中，ISO 13400規定了DoIP的傳輸層、網絡層、數據鏈路層和物理層。應用層和會話層部分和基于CAN總線診斷一樣采用ISO 14229實現。當然，DoIP并不僅僅只是UDS的載體，雖然在ISO13400標準中內容不多，但是它也有自己的一些邏輯，不可能說在TCP/IP之上加了一層封裝就完成了自己的任務，這樣的話安全性就沒有保證了，畢竟車載以太網通過網絡能夠將車內與車外進行網絡的連接，而DoIP又是診斷的入口，這個門口如果不好好看住，會存在安全性的問題的。

2 網絡拓撲

下圖為未來整車架構的網絡拓撲圖，根據該拓撲結構，5個域控制器：車身、動力總成、底盤、信息娛樂、高級駕駛員輔助系統ADAS，通過以太網作為主干網連接，每個域內部均可使用不同網絡，當域與域之間需要信息交流時，報文可經由域控制器路由轉發到目標網絡。

注意圖中的一些關鍵信息可參考DoIP中的以下幾個關鍵概念來理解：

DoIP entity（DoIP實體）：實現DoIP協議的節點，即DoIP gateway或者DoIP node；

DoIP gateway（ DoIP網關）：實現DoIP協議，并能進行協議轉發的節點；

DoIP node（DoIP節點）：實現DoIP協議，但不能進行協議轉發的節點；

DoIP edge node（DoIP邊緣節點）：連接以太網激活線的DoIP節點，此部分和DoIP gateway有什么區別？其實沒什么區別，唯一的區別就是多了個使能線的判斷，從圖中可以看出External test equipment和DoIP edge node gateway之間有一條線叫做Activation line。那么這條線的功能就是對協議棧進行使能作用的，當然External test equipment和DoIP edge node gateway之間不只是Activation line相連的，這個圖只是功能示意圖，少了很多細節，其實是通過標準的OBD-II接頭相連的，其中一個針腳就是Activation line。

Network Node（網絡節點）：連在IP網絡上，但不能實現DoIP的節點。

External test equipment：此部分為外部測試設備，通常為OBD診斷儀或者其他診斷客戶端

端口：指定了端口號，客戶端和服務端可以在此端口上進行收發數據。我們知道不管是TCP還是UDP，都包含源端口號和目的端口號，在DoIP報文中用到了以下三種端口：

UDP_DISCOVERY：端口類型-UDP，端口號-13400，該端口有以下兩個應用場景：

1） 被用于診斷設備發送給DoIP節點的車輛信息請求報文和DoIP節點控制報文，此時該端口在報文中被設置為目的端口。

2） 被用于DoIP節點在沒有收到請求的時候發送的UDP報文，如車輛聲明報文。此時該端口同樣被設置為目的端口，源端口可以為該端口，也可以由發送方動態定義。

UDP_TEST_EQUIPMENT_REQUEST：端口類型-UDP，端口號-動態定義（49152-65535）：該端口由外部診斷設備在49152-65535范圍內動態定義，用于診斷設備向DoIP節點發送的UDP報文，在報文中作為源端口，報文的目的端口應設置為UDP_DISCOVERY。當DoIP節點向診斷設備發送響應的時候，報文中的目的端口應設置為UDP_TEST_EQUIPMENT_REQUEST，源端口可以為UDP_DISCOVERY，也可以有DoIP節點動態定義。

TCP_DATA：端口類型-TCP，端口號-13400：該端口用于外部診斷設備和DoIP節點之間的TCP通信，如路由報文和診斷報文。當診斷設備向DoIP節點發送報文時，使用TCP_DATA作為目的端口號；當DoIP節點向診斷設備發送報文時，使用TCP_DATA作為源端口號。

DoIP在車載領域的應用首先汽車系統的整體框架要能夠支持DoIP，正因為車載以太網的快速發展，相較于傳統的車載系統，目前的車載系統的整體框架都會加入一層DoIP協議層，在TCP/IP之上。并且為了更好的配合OBD診斷，遠程診斷，FOTA等等技術，對整體的車載架構進行了調整，利用swich將MPU，MCU，其它以太網ECU統統通過以太網進行連接，并對外網與內網進行隔離。

DoIP架構模型必須實現以下特征：

①車輛與測試設備能夠加入到網絡中并識別對方；②汽車具有聲明存在且被檢測到的能力；③獲取車輛基本狀態信息（如Power Mode狀態）；④通信建立，如雙方通信請求建立，保持，以及對網關的控制等；⑤汽車網關實現診斷設備與車輛子網組件之間的數據路由；⑥錯誤狀態處理。

3 DoIP幀格式

DoIP報文由DoIP報頭和Payload（有效載荷）組成，具體如下圖所示。

1）DoIP報頭包含：DoIP協議版本號，目前為0x02（DoIP

2012）。

2）協議版本號取反，目前為0xFD。注意：協議書上特別說明了Protocol version可以為0xFF，設這個值的作用是，當客戶端和服務端的協議版本不匹配，可以設置此值繞過協議頭版本不匹配而拒絕請求的case。

3）Payload類型，分為3大類：

①節點管理類，包含DoIP報頭否定應答、車輛聲明及標識、路由激活、在線檢查；

②車輛信息類，包含DoIP實體狀態、診斷電源模式信息；

③診斷數據類，包含診斷報文。

關于每個類型的含義如下表所示，具體含義參考標準即可。

4 DoIP狀態機和通信流程

DoIP實體內管理著一個DoIP connection table ，用來記錄和維護診斷通信的邏輯連接。上圖就是這個表中的一個元素，即一個邏輯連接的狀態機。上圖中的方框就是連接所處的狀態，[Step]是狀態之間跳轉時發生的事情。

[Step1] 當一個新的套接字建立，邏輯連接的狀態就從“listen”跳轉到“socket initialized”，同時啟動一個定時器， initial inactivity timer。

[Step2] 當DoIP實體接收到tester發來的一個routing activation信息后，邏輯連接的狀態就從“socket initialized”跳轉到“Registered [Pending for Authentication]” ，此時 initial inactivity timer被停止，啟動一個名為general inactivity timer的定時器。

[Step3] 在完成Authentication之后，邏輯連接的狀態就從“Registered [Pending for Authentication]”跳轉到“Registered [Pending for Confrmation]” 。

[Step4] 在完成Confrmation之后，邏輯連接的狀態就從“Registered [Pending for Confrmation]”跳轉到“Registered [Routing Active] ” 。

[Step5] 如果initial timer 或general inactivity timer 過期后仍沒收到后續請求，或者authentication 和 confrmation 被拒絕了，又或者外部測試設備對alive check 消息沒有響應，則邏輯連接進入“Finalize”狀態。

[Step6]進入Finalize后，此時TCP套接字將被關閉，并重新回到“listen”狀態。

5 DoIP通信流程

通信的建立

當一輛車和外部測試設備都連接到DoIP網絡中，并且IP地址配置完成，DoIP實體將通過車輛公告信息廣播其VIN、EID、GID和邏輯地址3次，外部測試設備通過廣播發送車輛識別請求來觸發車輛識別響應，從而完成車輛聲明及標識步驟。打開Socket（套接字）是外部測試設備向車輛內部DoIP實體發起連接的第一步，必須在交換任何報文前完成，一旦建立了連接，必須執行一些初始化操作。為了激活初始化連接中的路由，外部測試設備將發送一個路由激活請求消息到DoIP實體。如果外部測試設備符合條件，DoIP實體將發送一個路由激活成功的響應，此時就可以對有效的DoIP報文（如DoIP診斷報文）進行轉發或處理。DoIP會話示例如下圖所示。

報文頭的處理

每個DoIP實體（實現了DoIP協議的節點）將按下圖中指定的順序處理所有DoIP報文的通用DoIP報頭結構

如果接收到來自DoIP實體不正確的DoIP報文，外部測試設備不得發送通用DoIP報頭的否定應答報文。通用DoIP報頭否定應答報文只能用于確定先前發送的DoIP報文的錯誤條件。

審核編輯：郭婷