FISCO BCOS是完全開源的聯盟區塊鏈底層技術平臺，由金融區塊鏈合作聯盟(深圳)(簡稱金鍊盟)成立開源工作組通力打造。開源工作組成員包括博彥科技、華爲、深證通、神州數碼、四方精創、騰訊、微衆銀行、亦筆科技和越秀金科等金鍊盟成員機構。
作者語
外網環境下，區塊鏈系統性能受限於網絡帶寬，爲了儘量減少網絡帶寬對系統性能的影響，FISCO BCOS從relase-2.0.0-rc2開始支持網絡壓縮功能，該功能主要在發送端進行網絡數據包壓縮，在接收端將解包數據，並將解包後的數據傳遞給上層模塊。
本期文章講的就是FISCO BCOS的網絡壓縮功能，作者從FISCO BCOS的系統框架、核心實現、處理流程、測試結果等角度進行了解析。
Part 1、系統框架
網絡壓縮主要在P2P網絡層實現，系統框架如下：
網絡壓縮主要包括兩個過程：
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發送端壓縮數據包：羣組層通過P2P層發送數據時，若數據包大小超過1KB，則壓縮數據包後，將其發送到目標節點；
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接收端解壓數據包：節點收到數據包後，首先判斷收到的數據包是否被壓縮，若數據包是壓縮後的數據包，則將其解壓後傳遞給指定羣組，否則直接將數據傳遞給對應羣組。
Part 2、核心實現
綜合考慮性能、壓縮效率等，我們選取了Snappy來實現數據包壓縮和解壓功能。
數據壓縮標記位
FISCO BCOS的網絡數據包結構如下圖：
網絡數據包主要包括包頭和數據兩部分，包頭佔了16個字節，各個字段含義如下：
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Length: 數據包長度
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Version: 擴展位，用於擴展網絡模塊功能
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ProtocolID: 存儲了數據包目的羣組ID和模塊ID，用於多羣組數據包路由，目前最多支持32767個羣組
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PaketType: 標記了數據包類型
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Seq: 數據包序列號
網絡壓縮模塊僅壓縮網絡數據，不壓縮數據包頭。
考慮到壓縮、解壓小數據包無法節省數據空間，而且浪費性能，在數據壓縮過程中，不壓縮過小的數據包，僅壓縮數據包大於c_compressThreshold的數據包.c_compressThreshold默認是1024(1KB)。我們擴展了Version的最高位，作爲數據包壓縮標誌：
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Version最高位爲0，表明數據包對應的數據Data是未壓縮的數據；
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Version最高位爲1，表明數據包對應的數據Data是壓縮後的數據。
Part 3、處理流程
下面以羣組1的一個節點向羣組內其他節點發送網絡消息包packetA爲例（比如發送交易、區塊、共識消息包等），詳細說明網絡壓縮模塊的關鍵處理流程。
發送端處理流程：
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羣組1的羣組模塊將packetA傳入到P2P層;
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P2P判斷packetA的數據包大於c_compressThreshold，則調用壓縮接口，對packetA進行壓縮，否則直接將packetA傳遞給編碼模塊；
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編碼模塊給packetA加上包頭，附帶上數據壓縮信息，即：若packetA是壓縮後的數據包，將包頭Version的最高位置爲1，否則置爲0；
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P2P將編碼後的數據包傳送到目的節點。
接收端處理流程：
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目標機器收到數據包後，解碼模塊分離出包頭，通過包頭Version字段的最高位是否爲1，判斷網絡數據是否被壓縮；
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若網絡數據包被壓縮過，則調用解壓接口，對Data部分數據進行解壓，並根據數據包頭附帶的GID和PID，將解壓後的數據傳遞給指定羣組的指定模塊；否則直接將數據包傳遞給上層模塊。
Part 4、配置與兼容
配置說明
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開啓壓縮：2.0.0-rc2及其以上版本 支持網絡壓縮功能，配置 config.ini的[p2p].enable_compresss=true
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關閉壓縮：config.ini的[p2p].enable_compresss=false
兼容性說明
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數據兼容：不涉及存儲數據的變更；
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網絡兼容rc1：向前兼容，目前僅release-2.0.0-rc2及其以上版本有網絡壓縮功能。
Part 5、測試結果
爲測試網絡壓縮效果，分別在內網和外網環境下，以同樣的壓測程序和QPS壓測開啓網絡壓縮和沒開啓網絡壓縮的四節點區塊鏈，測試結果如下。
通過測試結果可看出：
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內網環境下：開啓壓縮對區塊鏈系統性能影響不大，運行串行solidity壓測合約時，網絡帶寬消耗降低爲未開壓縮時的三分之二；運行並行precompile壓測合約，網絡帶寬消耗降低到未開壓縮時的三分之一；
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外網環境下：開啓壓縮可提升區塊鏈系統性能
圖一：帶寬對比（關閉壓縮和開啓壓縮情況下，壓測並行solidity合約和串行Precompile合約）
通過圖一可看出，執行串行solidity合約，開啓壓縮可節省三分之一帶寬；執行並行Precompile合約可節省三分 之二帶寬。
圖二：TPS對比(內網和外網環境下，關閉壓縮和開啓壓縮情況下TPS)
通過圖二可看出，內網環境下，開啓壓縮對區塊鏈系統性能影響不大；外網環境下，因爲在有限帶寬限制下，開啓 壓縮可處理更多交易，區塊鏈性能提升了約三分之一。
內網環境測試結果
| 串行solidity合約(PerformanceOk) | 壓縮前 | Snappy壓縮後 |
|---|---|---|
| TPS | 1961.5 | 1939.4 |
| 入帶寬 | 10.88MBit/s | 6.93MBit/s |
| 出帶寬 | 9.08MBit/s | 5.70MBit/s |
| 並行Precompile合約(PerformanceDT) | 壓縮前 | Snappy壓縮後 |
|---|---|---|
| TPS | 9725 | 9741 |
| 入帶寬 | 76.06MBit/s | 22.72MBit/s |
| 出帶寬 | 80.48MBit/s | 24.17MBit/s |
外網環境測試結果
| 壓測場景 | 壓縮前 | Snappy壓縮後 |
|---|---|---|
| 四節點，串行solidity合約(PerformanceOk) | 1125.8 | 1740 |
| 四節點, 串行solidity合約(PerformanceOkD) | 低於1000 | 1407 |
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