区块链底层平台FISCOBCOS的网络压缩功能是怎样的

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FISCO BCOS是完全开源的联盟区块链底层技术平台，由金融区块链合作联盟(深圳)(简称金链盟)成立开源工作组通力打造。开源工作组成员包括博彦科技、华为、深证通、神州数码、四方精创、腾讯、微众银行、亦笔科技和越秀金科等金链盟成员机构。

外网环境下，区块链系统性能受限于网络带宽，为了尽量减少网络带宽对系统性能的影响，FISCO BCOS从relase-2.0.0-rc2开始支持网络压缩功能，该功能主要在发送端进行网络数据包压缩，在接收端将解包数据，并将解包后的数据传递给上层模块。

下面讲的就是FISCO BCOS的网络压缩功能，从FISCO BCOS的系统框架、核心实现、处理流程、测试结果等角度进行了解析。

Part 1、系统框架

网络压缩主要在P2P网络层实现，系统框架如下：

网络压缩主要包括两个过程：

• 发送端压缩数据包：群组层通过P2P层发送数据时，若数据包大小超过1KB，则压缩数据包后，将其发送到目标节点；

• 接收端解压数据包：节点收到数据包后，首先判断收到的数据包是否被压缩，若数据包是压缩后的数据包，则将其解压后传递给指定群组，否则直接将数据传递给对应群组。

Part 2、核心实现

综合考虑性能、压缩效率等，我们选取了Snappy来实现数据包压缩和解压功能。

数据压缩标记位

FISCO BCOS的网络数据包结构如下图：

网络数据包主要包括包头和数据两部分，包头占了16个字节，各个字段含义如下：

• Length: 数据包长度

• Version: 扩展位，用于扩展网络模块功能

• ProtocolID: 存储了数据包目的群组ID和模块ID，用于多群组数据包路由，目前最多支持32767个群组

• PaketType: 标记了数据包类型

• Seq: 数据包序列号

网络压缩模块仅压缩网络数据，不压缩数据包头。

考虑到压缩、解压小数据包无法节省数据空间，而且浪费性能，在数据压缩过程中，不压缩过小的数据包，仅压缩数据包大于c_compressThreshold的数据包.c_compressThreshold默认是1024(1KB)。我们扩展了Version的最高位，作为数据包压缩标志：

• Version最高位为0，表明数据包对应的数据Data是未压缩的数据；

• Version最高位为1，表明数据包对应的数据Data是压缩后的数据。

Part 3、处理流程

下面以群组1的一个节点向群组内其他节点发送网络消息包packetA为例（比如发送交易、区块、共识消息包等），详细说明网络压缩模块的关键处理流程。

发送端处理流程：

• 群组1的群组模块将packetA传入到P2P层;

• P2P判断packetA的数据包大于c_compressThreshold，则调用压缩接口，对packetA进行压缩，否则直接将packetA传递给编码模块；

• 编码模块给packetA加上包头，附带上数据压缩信息，即：若packetA是压缩后的数据包，将包头Version的最高位置为1，否则置为0；

• P2P将编码后的数据包传送到目的节点。

接收端处理流程：

• 目标机器收到数据包后，解码模块分离出包头，通过包头Version字段的最高位是否为1，判断网络数据是否被压缩；

• 若网络数据包被压缩过，则调用解压接口，对Data部分数据进行解压，并根据数据包头附带的GID和PID，将解压后的数据传递给指定群组的指定模块；否则直接将数据包传递给上层模块。

Part 4、配置与兼容

配置说明

• 开启压缩：2.0.0-rc2及其以上版本 支持网络压缩功能，配置 config.ini的[p2p].enable_compresss=true

• 关闭压缩：config.ini的[p2p].enable_compresss=false

兼容性说明

• 数据兼容：不涉及存储数据的变更；

• 网络兼容rc1：向前兼容，目前仅release-2.0.0-rc2及其以上版本有网络压缩功能。

Part 5、测试结果

为测试网络压缩效果，分别在内网和外网环境下，以同样的压测程序和QPS压测开启网络压缩和没开启网络压缩的四节点区块链，测试结果如下。

通过测试结果可看出：

• 内网环境下：开启压缩对区块链系统性能影响不大，运行串行solidity压测合约时，网络带宽消耗降低为未开压缩时的三分之二；运行并行precompile压测合约，网络带宽消耗降低到未开压缩时的三分之一；

• 外网环境下：开启压缩可提升区块链系统性能

图一：带宽对比（关闭压缩和开启压缩情况下，压测并行solidity合约和串行Precompile合约）

通过图一可看出，执行串行solidity合约，开启压缩可节省三分之一带宽；执行并行Precompile合约可节省三分 之二带宽。 

图二：TPS对比(内网和外网环境下，关闭压缩和开启压缩情况下TPS)

通过图二可看出，内网环境下，开启压缩对区块链系统性能影响不大；外网环境下，因为在有限带宽限制下，开启 压缩可处理更多交易，区块链性能提升了约三分之一。

内网环境测试结果

串行solidity合约(PerformanceOk)	压缩前	Snappy压缩后
TPS	1961.5	1939.4
入带宽	10.88MBit/s	6.93MBit/s
出带宽	9.08MBit/s	5.70MBit/s

并行Precompile合约(PerformanceDT)	压缩前	Snappy压缩后
TPS	9725	9741
入带宽	76.06MBit/s	22.72MBit/s
出带宽	80.48MBit/s	24.17MBit/s

外网环境测试结果

压测场景	压缩前	Snappy压缩后
四节点，串行solidity合约(PerformanceOk)	1125.8	1740
四节点, 串行solidity合约(PerformanceOkD)	低于1000	1407

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