華為雲簡訊服務教你用C++實現Smgp協議

华为云开发者联盟發表於2024-06-11

本文分享自華為雲社群《華為雲簡訊服務教你用C++實現Smgp協議》，作者：張儉。

引言&協議概述

中國聯合網路通訊有限公司短訊息閘道器係統介面協議（SGIP）是中國網通為實現簡訊業務而制定的一種通訊協議，全稱叫做Short Message Gateway Interface Protocol，用於在短訊息閘道器（SMG）和服務提供商（SP）之間、短訊息閘道器（SMG）和短訊息閘道器（SMG）之間通訊。

Perl的IO::Async模組提供了一套簡潔的非同步IO程式設計模型。

SGIP 協議基於客戶端/服務端模型工作。由客戶端（簡訊應用，如手機，應用程式等）先和簡訊閘道器（SMG Short Message Gateway）建立起 TCP 長連線，並使用 SGIP 命令與SMG進行互動，實現簡訊的傳送和接收。在SGIP協議中，無需同步等待響應就可以傳送下一個指令，實現者可以根據自己的需要，實現同步、非同步兩種訊息傳輸模式，滿足不同場景下的效能要求。

時序圖

連線成功，傳送簡訊

連線成功，從SMGW接收到簡訊

協議幀介紹

SGIP Header

Message Length：長度為4位元組，整個PDU的長度，包括Header和Body。
Command ID：長度為4位元組，用於標識PDU的型別（例如，Login、Submit等）。
Sequence Number：長度為8位元組，序列號，用來匹配請求和響應。

使用C++實現SMGP協議棧裡的建立連線

├── CMakeLists.txt
├── examples
│   └── smgp_client_login_example.cpp
└── include
    └── sgipcpp
        ├── BoundAtomic.h
        ├── Client.h
        ├── Protocol.h
        └── impl
            ├── BoundAtomic.cpp
            ├── Client.cpp
            └── Protocol.cpp

CMakeLists.txt：用來生成Makefile和編譯專案

examples：存放示例程式碼

smgp_client_login_example.cpp：存放Smgp的login樣例

include/sgipcpp：包含所有的C++標頭檔案和實現檔案

BoundAtomic.h：遞增工具類，用來生成SequenceId
Client.h：Smgp定義，負責與Smgp服務進行通訊，例如建立連線、傳送簡訊等
Protocol.h：存放PDU，編解碼等
impl/BoundAtomic.cpp：BoundAtomic類的實現
impl/Client.cpp：Client類的實現
impl/Protocol.cpp：Protocol中相關函式的實現

實現SequenceId遞增

SequenceId是從1到0x7FFFFFFF的值，使用**BoundAtomic**類實現遞增：

標頭檔案

#ifndef BOUNDATOMIC_H
#define BOUNDATOMIC_H

#include <atomic>
#include <cassert>

class BoundAtomic {
public:
    BoundAtomic(int min, int max);
    int next_val();

private:
    int min_;
    int max_;
    std::atomic<int> integer_;
};

#endif //BOUNDATOMIC_H

內容

#include "sgipcpp/BoundAtomic.h"

BoundAtomic::BoundAtomic(int min, int max) : min_(min), max_(max), integer_(min) {
    assert(min <= max);
}

int BoundAtomic::next_val() {
    int current = integer_.load();
    int next;
    do {
        next = current >= max_ ? min_ : current + 1;
    } while (!integer_.compare_exchange_strong(current, next));

    return next;
}

實現SMGP PDU以及編解碼函式

在**Protocol.h**中定義SMGP PDU以及編解碼函式：

標頭檔案

#ifndef PROTOCOL_H
#define PROTOCOL_H

#include <cstdint>
#include <vector>

constexpr uint32_t SGIP_BIND = 0x00000001;
constexpr uint32_t SGIP_BIND_RESP = 0x80000001;
constexpr uint32_t SGIP_UNBIND = 0x00000002;
constexpr uint32_t SGIP_UNBIND_RESP = 0x80000002;
constexpr uint32_t SGIP_SUBMIT = 0x00000003;
constexpr uint32_t SGIP_SUBMIT_RESP = 0x80000003;
constexpr uint32_t SGIP_DELIVER = 0x00000004;
constexpr uint32_t SGIP_DELIVER_RESP = 0x80000004;
constexpr uint32_t SGIP_REPORT = 0x00000005;
constexpr uint32_t SGIP_REPORT_RESP = 0x80000005;
constexpr uint32_t SGIP_ADDSP = 0x00000006;
constexpr uint32_t SGIP_ADDSP_RESP = 0x80000006;
constexpr uint32_t SGIP_MODIFYSP = 0x00000007;
constexpr uint32_t SGIP_MODIFYSP_RESP = 0x80000007;
constexpr uint32_t SGIP_DELETESP = 0x00000008;
constexpr uint32_t SGIP_DELETESP_RESP = 0x80000008;
constexpr uint32_t SGIP_QUERYROUTE = 0x00000009;
constexpr uint32_t SGIP_QUERYROUTE_RESP = 0x80000009;
constexpr uint32_t SGIP_ADDTELESEG = 0x0000000A;
constexpr uint32_t SGIP_ADDTELESEG_RESP = 0x8000000A;
constexpr uint32_t SGIP_MODIFYTELESEG = 0x0000000B;
constexpr uint32_t SGIP_MODIFYTELESEG_RESP = 0x8000000B;
constexpr uint32_t SGIP_DELETETELESEG = 0x0000000C;
constexpr uint32_t SGIP_DELETETELESEG_RESP = 0x8000000C;
constexpr uint32_t SGIP_ADDSMG = 0x0000000D;
constexpr uint32_t SGIP_ADDSMG_RESP = 0x8000000D;
constexpr uint32_t SGIP_MODIFYSMG = 0x0000000E;
constexpr uint32_t SGIP_MODIFYSMG_RESP = 0x8000000E;
constexpr uint32_t SGIP_DELETESMG = 0x0000000F;
constexpr uint32_t SGIP_DELETESMG_RESP = 0x8000000F;
constexpr uint32_t SGIP_CHECKUSER = 0x00000010;
constexpr uint32_t SGIP_CHECKUSER_RESP = 0x80000010;
constexpr uint32_t SGIP_USERRPT = 0x00000011;
constexpr uint32_t SGIP_USERRPT_RESP = 0x80000011;
constexpr uint32_t SGIP_TRACE = 0x00001000;
constexpr uint32_t SGIP_TRACE_RESP = 0x80001000;

struct Header {
    uint32_t total_length;
    uint32_t command_id;
    uint64_t sequence_number;
};

struct Bind {
    char login_type;
    char login_name[16];
    char login_passwd[16];
    char reserve[8];
};

struct BindResp {
    char result;
    char reserve[8];
};

struct Pdu {
    Header header;
    union {
        Bind bind;
        BindResp bind_resp;
    };
};

size_t lengthBind();
std::vector<uint8_t> encodePdu(const Pdu& pdu);
Pdu decodePdu(const std::vector<uint8_t>& buffer);

#endif //PROTOCOL_H

內容

#include "sgipcpp/Protocol.h"
#include <cstring>
#include <ostream>
#include <stdexcept>
#include <sys/_endian.h>

size_t lengthBind(const Bind& bind) {
    return 1 + 16 + 16 + 8;
}

void encodeBind(const Bind& bind, std::vector<uint8_t>& buffer) {
    size_t offset = 16;

    buffer[offset++] = bind.login_type;
    std::memcpy(buffer.data() + offset, bind.login_name, 16);
    offset += 16;
    std::memcpy(buffer.data() + offset, bind.login_passwd, 16);
    offset += 16;
    std::memcpy(buffer.data() + offset, bind.reserve, 8);
}

BindResp decodeBindResp(const std::vector<uint8_t>& buffer) {
    BindResp bindResp;

    size_t offset = 0;

    offset += sizeof(uint32_t);
    offset += sizeof(uint32_t);

    bindResp.result = buffer[offset++];
    std::memcpy(bindResp.reserve, buffer.data() + offset, sizeof(bindResp.reserve));

    return bindResp;
}

std::vector<uint8_t> encodePdu(const Pdu& pdu) {
    size_t body_length;
    switch (pdu.header.command_id) {
        case SGIP_BIND:
            body_length = lengthBind(pdu.bind);
            break;
        default:
            throw std::runtime_error("Unsupported command ID for encoding");
    }

    std::vector<uint8_t> buffer(body_length + 16);
    uint32_t total_length = htonl(body_length + 16);
    std::memcpy(buffer.data(), &total_length, 4);

    uint32_t command_id = htonl(pdu.header.command_id);
    std::memcpy(buffer.data() + 4, &command_id, 4);

    uint32_t sequence_number = htonl(pdu.header.sequence_number);
    std::memcpy(buffer.data() + 8, &sequence_number, 8);

    switch (pdu.header.command_id) {
        case SGIP_BIND:
            encodeBind(pdu.bind, buffer);
        break;
        default:
            throw std::runtime_error("Unsupported command ID for encoding");
    }

    return buffer;
}

Pdu decodePdu(const std::vector<uint8_t>& buffer) {
    Pdu pdu;

    uint32_t command_id;
    std::memcpy(&command_id, buffer.data(), 4);
    pdu.header.command_id = ntohl(command_id);

    uint64_t sequence_number;
    std::memcpy(&sequence_number, buffer.data() + 8, 8);
    pdu.header.sequence_number = ntohl(sequence_number);

    switch (pdu.header.command_id) {
        case SGIP_BIND_RESP:
            pdu.bind_resp = decodeBindResp(buffer);
            break;
        default:
            throw std::runtime_error("Unsupported command ID for decoding");
    }

    return pdu;
}

實現客戶端和登入方法

在**Client**中實現客戶端和登入方法：

標頭檔案

#ifndef CLIENT_H
#define CLIENT_H

#include "BoundAtomic.h"
#include "Protocol.h"
#include "asio.hpp"
#include <string>

class Client {
public:
    Client(const std::string& host, uint16_t port);
    ~Client();

    void connect();
    BindResp bind(const Bind& bind_request);
    void close();

private:
    std::string host_;
    uint16_t port_;
    asio::io_context io_context_;
    asio::ip::tcp::socket socket_;
    BoundAtomic* sequence_number_;

    void send(const std::vector<uint8_t>& data);
    std::vector<uint8_t> receive(size_t length);
};

#endif //CLIENT_H

內容

#include "sgipcpp/Client.h"
#include <iostream>

Client::Client(const std::string& host, uint16_t port)
    : host_(host), port_(port), socket_(io_context_) {
    sequence_number_ = new BoundAtomic(1, 0x7FFFFFFF);
}

Client::~Client() {
    close();
    delete sequence_number_;
}

void Client::connect() {
    asio::ip::tcp::resolver resolver(io_context_);
    asio::connect(socket_, resolver.resolve(host_, std::to_string(port_)));
}

BindResp Client::bind(const Bind& bind_request) {
    Pdu pdu;
    pdu.header.total_length = sizeof(Bind) + sizeof(Header);
    pdu.header.command_id = SGIP_BIND;
    pdu.header.sequence_number = sequence_number_->next_val();
    pdu.bind = bind_request;

    send(encodePdu(pdu));

    auto length_data = receive(4);
    uint32_t total_length = ntohl(*reinterpret_cast<uint32_t*>(length_data.data()));

    auto resp_data = receive(total_length - 4);
    Pdu resp_pdu = decodePdu(resp_data);
    return resp_pdu.bind_resp;
}

void Client::close() {
    socket_.close();
}

void Client::send(const std::vector<uint8_t>& data) {
    asio::write(socket_, asio::buffer(data));
}

std::vector<uint8_t> Client::receive(size_t length) {
    std::vector<uint8_t> buffer(length);
    asio::read(socket_, asio::buffer(buffer));
    return buffer;
}

執行example，驗證連線成功

#include "sgipcpp/Client.h"
#include <iostream>

int main() {
    try {
        Client client("127.0.0.1", 8801);

        client.connect();
        std::cout << "Connected to the server." << std::endl;

        Bind bindRequest;
        bindRequest.login_type = 1;
        std::string login_name = "1234567890123456";
        std::string login_password = "1234567890123456";
        std::string reserve = "12345678";
        std::copy(login_name.begin(), login_name.end(), bindRequest.login_name);
        std::copy(login_password.begin(), login_password.end(), bindRequest.login_passwd);
        std::copy(reserve.begin(), reserve.end(), bindRequest.reserve);

        BindResp response = client.bind(bindRequest);
        if (response.result == 0) {
            std::cout << "Login successful." << std::endl;
        } else {
            std::cout << "Login failed with result code: " << static_cast<int>(response.result) << std::endl;
        }

        client.close();
        std::cout << "Connection closed." << std::endl;

    } catch (const std::exception& e) {
        std::cerr << "Error: " << e.what() << std::endl;
    }

    return 0;
}

總結

本文簡單對SGIP協議進行了介紹，並嘗試用C++實現協議棧，但實際商用傳送簡訊往往更加複雜，面臨諸如流控、運營商對接、傳輸層安全等問題，可以選擇華為雲訊息&簡訊（Message & SMS）服務透過HTTP協議接入，華為雲簡訊服務是華為雲攜手全球多家優質運營商和渠道，為企業使用者提供的通訊服務。企業呼叫API或使用群發助手，即可使用驗證碼、通知簡訊服務。

點選關注，第一時間瞭解華為雲新鮮技術~

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時序圖

連線成功，傳送簡訊

連線成功，從SMGW接收到簡訊

協議幀介紹

SGIP Header

使用C++實現SMGP協議棧裡的建立連線

實現SequenceId遞增

實現SMGP PDU以及編解碼函式

實現客戶端和登入方法

執行example，驗證連線成功

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總結

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