发送与接收

在Fast DDS中，消息的发送与接收确实会经过RTPS层、DDS层，最终到达应用层。这一流程体现了Fast DDS作为DDS（Data Distribution Service）标准实现的核心架构设计。以下是详细的分层解释：

一、Fast DDS层次架构

Fast DDS的架构自顶向下分为三层：

1. 应用层（Application Layer）
   • 开发者通过DDS API（如DataWriter/DataReader）发布或订阅数据。
   • 定义数据类型（通过IDL文件）、QoS策略、监听器等。
2. DDS层（DDS Domain Layer）
   • 实现DDS规范的核心逻辑，包括：
     • 主题（Topic）管理
     • QoS策略处理（可靠性、持久性、历史记录等）
     • 数据匹配（发布者/订阅者发现）
     • 类型系统（动态类型支持）
3. RTPS层（RTPS Protocol Layer）
   • 实现RTPS（Real-Time Publish-Subscribe）协议，负责：
     • 消息序列化/反序列化
     • 网络传输（UDP/TCP/共享内存）
     • 消息路由与发现
     • 可靠性传输（ACK/NACK机制）

二、消息发送流程（从应用层到网络）

1. 应用层调用

cpp

	// 应用层代码示例
	DataWriter* writer = publisher->create_datawriter(topic, QoS);
	writer->write(sample_data); // 触发数据发送

2. DDS层处理

• 数据封装：将应用数据包装为DDS格式的CacheChange。
• QoS策略应用：根据QoS配置（如可靠性、持久性）决定是否需要存储历史数据。
• 类型处理：通过TypeSupport进行类型擦除或动态类型序列化。

3. RTPS层处理

• 消息序列化：将CacheChange序列化为RTPS协议格式（CDR流）。
• 网络传输：
  • 添加RTPS消息头（包括Writer GUID、序列号等元数据）。
  • 通过选定的传输协议（UDP/TCP/SHM）发送数据包。

4. 底层网络传输

• 数据包通过网络接口卡（NIC）或共享内存传输到接收端。

三、消息接收流程（从网络到应用层）

1. RTPS层接收

• 网络接收：通过传输层接收原始数据包。
• 消息反序列化：解析RTPS消息头，提取序列化数据。
• 可靠性处理：
  • 如果是可靠传输，处理ACK/NACK重传逻辑。
  • 维护序列号状态机（确保消息按顺序接收）。

2. DDS层处理

• 数据匹配：
  • 根据主题哈希、QoS兼容性过滤消息。
  • 检查实例状态（如存活状态、数据有效性）。
• 历史缓存：
  • 如果是持久化或历史记录QoS，将数据存入历史缓存。
  • 触发DataReader的监听器或条件变量。

3. 应用层回调

cpp

	// 应用层监听器示例
	class MyListener : public DataReaderListener {
	void on_data_available(DataReader* reader) override {
	SampleInfo info;
	MyType data;
	if (reader->take_next_sample(data, info) == ReturnCode_t::RETCODE_OK) {
	// 处理接收到的数据
	}
	}
	};

• 数据交付：
  • 通过take_next_sample()或监听器回调（on_data_available）将数据传递给应用层。
  • 应用层处理业务逻辑（如解析数据、更新UI等）。

四、关键交互点

1. DDS-RTPS接口
   • CacheChange对象：DDS层与RTPS层之间的数据载体，封装序列化后的数据和元数据。
   • HistoryCache：DDS层管理历史数据的模块，与RTPS层的可靠性机制紧密集成。
2. QoS策略穿透
   • 可靠性（Reliability）：通过RTPS层的ACK/NACK机制实现。
   • 持久性（Durability）：DDS层的历史缓存与RTPS层的持久化传输协同工作。
3. 线程模型
   • 发送和接收通常在不同线程执行（如RTPS接收线程、DDS处理线程、应用回调线程）。
   • 通过无锁队列或条件变量实现跨线程通信。

五、调试与验证

1. 日志跟踪
   • 启用RTPS层日志：

     cpp

     Log::SetVerbosity(Log::Kind::All); // 启用所有日志

   • 观察RTPS消息的序列化/反序列化过程。
2. Wireshark抓包
   • 过滤rtps协议，分析RTPS消息结构（如Submessage类型、序列号）。
3. 性能分析
   • 使用Fast DDS的统计模块（StatisticsModule）监控各层延迟。

六、总结

消息在Fast DDS中的流动路径为：
应用层（发布）→ DDS层（封装/QoS）→ RTPS层（序列化/传输）→ 网络 → RTPS层（反序列化/可靠性）→ DDS层（匹配/过滤）→ 应用层（订阅）

这一分层设计实现了：

• 协议标准化：通过RTPS层保证跨厂商互操作性。
• 功能解耦：DDS层专注数据分发逻辑，RTPS层专注高效传输。
• 性能优化：各层可独立优化（如DDS层的QoS处理、RTPS层的零拷贝传输）。