Protocol Monitor | 高效的以太网网络分析窗口

车载以太网在当今现代车辆中担任着至关重要的角色，为各种关键功能和服务提供支持。随着车辆网络的不断发展，大规模以太网的部署使得网络拓扑变得更加复杂，数据格式和协议也变得更加多样，数据流量也变得更加庞大。这些复杂性给车载以太网络的分析带来了严峻的挑战。专业的分析工具，可以让开发和测试人员更为轻松地应对挑战。

CANoe/CANalyzer提供了“Protocol Monitor”分析窗口，可帮助用户从大量的流量信息中快速获取“Who talks to whom about what”的内容。Protocol Monitor具备以下主要特性：

根据网络流量建立协议层次模型

提供协议端点及其连接的可视化视图

支持多种协议

灵活的过滤功能

强大的搜索功能

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Protocol Monitor vs Trace Window

Trace Window通常更侧重于分析数据，如图1所示。当观察到一条以太网帧时，Trace Window将其列为新事件并以文本行的形式显示出来，其中Detail View可以显示所有细节，但无法直观地获取通信的端点信息以及报文之间的关系。相比之下，Protocol Monitor可以将这条以太网帧按照Ethernet|IPv4|UDP|SOME/IP的分层结构，逐层显示通信的端点和连接，提供更为清晰的层次化协议信息。

图1：Protocol Monitor vs Trace Window

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Protocol Monitor重要概念介绍

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Endpoint（端点）

协议信息从一个源端传输到一个目的端，源端和目的端都称为端点（Endpoint）。每个协议层都有相应的端点，并且端点之间存在嵌套关系，对应于协议层级的依赖关系。

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Connection（连接）

连接表示两个端点之间的通信。一个连接包含一个发起者（Initiator）和一个接收者（Addressee），角色分配由连接中观测到的第一帧来决定，第一帧的源地址自动成为连接的发起者，目的地址则自动成为连接的接收者。

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Network Node（网络节点）

一个网络节点对应一个ECU，节点通常包括一个或多个端点。

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Network（网络）

网络是一个广播域内能互相连通的端点的组合，可通过物理网络（如以太网）和虚拟网络（如VLAN）划分。

图2：重要概念

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Protocol Monitor用户界面介绍

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Diagram View

Diagram View使用图形的方式显示网络通信。不同颜色的方块表示不同协议层级中的端点，箭头则表示各端点之间的连接及通信方向。

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Endpoints View

Endpoints View以树形结构显示实时通信的端点。用户可以根据端点所属的网络节点或网络进行分组，并根据需要设置过滤器。

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Detail View

Detail View可以显示当前选中元素的更多详细信息。

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Connections View

Connections View以列表形式显示所有连接的信息。用户可以根据需要设置过滤器。

图3：用户界面

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典型应用案例：SOME/IP通信分析

以CANoe自带的示例工程“SOMEIPBasicAutosar.cfg”为例，说明如何通过Protocol Monitor有针对性地对SOME/IP通信进行分析。

首先，点击Analysis| Protocol Monitor以激活Protocol Monitor窗口，然后运行CANoe工程，即可通过Protocol Monitor快速解决如下问题：

问题：如何查看节点ADAS的MAC地址、IP地址、传输层端口等信息?

- 解决方法：

打开Endpoints View窗口，在列表中找到节点ADAS，如图4所示。

查看其MAC地址：MAC地址为020001:04。

查看其IP地址：IP地址为192.168.3.4。

查看其传输层端口：传输层端口为UDP30500。

图4：ADAS节点信息

问题：哪些节点通过SOME/IP进行通信？

- 解决方法：

在Endpoints View窗口的左上角，找到“Filter”（过滤器）。点击Filter进行过滤设置，确保仅勾选了Application->SOME/IP。

在Diagram View窗口中，可以看到一个可视化的节点图表，如图5所示，显示所有通过SOME/IP通信的节点以及它们的端点之间的连接关系。

图5：SOME/IP通信节点

问题：谁是服务“sif_2001”的提供者和消费者？

- 解决方法：

在Diagram View窗口中，点击工具栏上的搜索框

在搜索框中输入文本“sif_2001”，查找与服务“sif_2001”相关的内容。

双击Type为Endpoint的[Offers]所在行，如图6所示，在Detail View窗口可以看到服务“sif_2001”的提供者为CAMF。

双击Type为Endpoint的[Subscriptions]所在行，如图7所示，在Detail View窗口可以看到服务“sif_2001”的消费者为ADAS。

图6：服务sif_2001的提供者（Text Search）

图7：服务sif_2001的消费者（Text Search）

- 解决方法2：

在Diagram View窗口中，点击工具栏上的搜索框

点击搜索框上设置按钮，激活Extended Mode。

写入文本“Offers~sif_2001 OR Subscriptions~sif_2001”，查找服务“sif_2001”的提供者或消费者。

双击Type为Endpoint的[Offers]所在行，如图8所示，在Detail View窗口可以看到服务“sif_2001”的提供者为CAMF。

双击Type为Endpoint的[Subscriptions]所在行，如图9所示，在Detail View窗口可以看到服务“sif_2001”的消费者为ADAS。

图8：服务sif_2001的提供者（PMQL）

图9：服务sif_2001的消费者（PMQL）

问题：节点ADAS订阅了节点CAMF的哪些服务？

- 解决方法：

在Connections View中，点击位于左侧边缘的分割器以展开Stop and Pass Filter区域。

在Stop and Pass Filter区域添加Pass Filter，并命名为“ADAS<->CAMF”。

选择刚添加的过滤器“ADAS<->CAMF”，之后点击图标以添加一个AND条件。

选择刚添加的AND条件行，之后点击图标，添加两个Property Condition，分别设置条件为”Initiator Node = ADAS”以及”Addressee Node = CAMF”。

激活过滤器后，选中搜索结果，如图10所示，即可在Detail View窗口看到ADAS订阅的CAMF的服务为sif_2001。

图10：ADAS节点订阅CAMF节点的服务

问题：如何为Trace窗口创建过滤器，从而与Trace窗口联合分析数据？

- 解决方法：

在Protocol Monitor中选择要创建过滤器的特定元素，可以是各个视图中的端点或连接。

在选中的元素上右击选择“Create Filter for Trace Window”，在弹出的配置对话框中，选择要应用过滤器的Trace窗口。

配置Filter的类型以及名称。

点击Create之后，新的过滤器组将显示在Trace窗口的Analysis Filter区域，如图11所示，可用于对Trace窗口中的数据进行分析。

图11：创建Trace窗口过滤器

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结论和展望

Protocol Monitor的引入增强了CANoe/CANalyzer的分析功能。在特定的应用场景下，Protocol Monitor能加速和简化问题定位、数据分析和通信监控的过程，为开发和测试人员提供更高效的工作方式。

未来Protocol Monitor的功能也将逐步扩展，以满足越来越多的新需求。例如，支持更多的以太网协议，并扩展到支持其它总线系统的协议，以及更多基于各种协议校验规则的错误检测功能。此外，Vector还计划支持通过Protocol Monitor生成关于网络内容的详细报告，以使其成为更为全面的可视化网络分析工具。