基于UDP的可靠性数据传递算法研究与实现研究.pdfVIP

564第三届全国信息与电子工程学术会议、I四／Jl省电子学会曙光分会第十四届学术年会暨院青年科协第八届学术年会论文集 基于UDP的可靠性数据传递算法研究与实现 秦延东 (西南交通大学信息科学与技术学院四川 成都610031) 摘要UDP作为网络上的主要传输协议具有效率、高资源占用少等优点，但其没有保障可靠 传输数据的传输机制(如丢包、失序)不能满足应用层对数据可靠传输的要求．本文基于UDP研究 出的可靠数据传递方法，在数据可靠性传输、流量控制等方面较UDP有极大的改进。 关键词UDPRUDP可靠性流量控制实时限速 1 引言 TCP采用面向连接的数据管理策略并通过重传保证数据的可靠传输，但对于音频和视频流，频 繁的确认和重传等过大的开销无法保证数据的实时传送，因此对这些连续媒体流一般采用无连接的 UDP传输协议，其最大优点是减少了不必要的网络开销，不过正因为如此，它不提供可靠性、流量控制 和差错恢复的手段。 综合TCP和UDP的优缺点，可以考虑在L刀DP的基础上增加一些为保证可靠数据传递所必需的功 能，即结合了标准UDP的非面向连接和标准TCP的数据传输有序性、流量控制等特性，研究一种新 的基于UDP的传输协议。称这种协议为RUDP(可靠UDP)协议。其在带宽的有效利用等方面有着很 大的优势，在高延时、低误码率的情况下远高于TCP的传输速度。 2 RUDP体系结构 从计算机网络层次体系的角度来看，RUDP的层次结构如图l所示。可见，RUDP就是在原TCP／IP 协议的传输层的UDP协议和应用层之间加入了一层为保证可靠数据传送而实现的RUDP软件模块而 形成的一个五层体系结构‘¨。这样就可以利用TCP／IP的UDP协议实现一种基于消息的面向连接的 可靠数据传递机制。 3协议实现原理 3．1可靠性改进 3．1．1链路的建立与拆除 UDP协议在发送数据时并不知道逻辑链路是否正常，所以在发送的时候可能出现发送失败而没 有感知，从而造成数据丢失的情况。而RUDP在进行通信之前，首先必须在通信的双方之间建立一条 虚拟连接(之所以称为虚连接是因为在并不是向TCP一样维护一条数据链路)。仿照TCP，在虚拟连 接建立时采用3次握手机制‘21。链路拆除时，可以仿照TcP在关闭连接时的4次握手方法【21进行链路的 关闭设计。这样就保障了连接的弱可靠性。 3．1．2链路故障的检测 在路由器或交换机意外中断的情况下，对于正处于运行状态的客户端和服务器端是无法感知的。 第三届全国信息与电子工程学术会议、四川省电子学会曙光分会第十四届学术年会暨院青年科协第八届学术年会论文集 565 RUDP的解决办法是通过在每个虚连接链路空闲时，定期发送一个链路状况消息加以检测。其过程 如下： 化为60秒)的定时器； 到链路状况响应，则链路出现故障，退出链路检测过程，需要重新启动链路； 3)如果接收到链路状况响应(LIVE_ACKn)，记录下接收到此消息所经历枷搁Tduring，如果 3．2流量控制 3．2．1数据的发送 在RUDP对应用层的数据接口中，建立一个发送数据缓冲区链表，应用层将欲发送的数据不断的 放入该发送缓冲区链表，而RUDP从该发送缓冲区链表中获取数据后，进行进一步的数据封装(之所 以在RUDP层对数据进行封装主要是为了解决差错控制问题，即接收过程中的丢包和接收到乱序数据 层传递数据时，笔者采用类似“拥塞避免”的机制，即起初应用层以To的时间间隔向发送数据缓冲 链表中传递数据，一旦缓冲区链表中没有缓冲区用来存放数据时，应用层向发送数据缓冲区传递数 据的时间间隔增倍(2To)，再次传递数据时若仍未有缓冲区可用则传输间隔再次增倍(4To)，直至 增加到给定的时间间隔阀限。若某次传递数据成功，即有缓冲区可用，则下次传递数据的时间间隔 恢复为最初的T0。这样做基于以下两个原因：一、避免了应用层进行不必要的“缓冲链表可用的 查询；二、底层有充分的时间来传输数据，减轻了底层的数据传输负担。 3．2．2数据的接收 由于LI)P客户端发送数据时，不知道服务器端的SOCKET缓冲区是否已经写满，为了避免由于 数据接收失败而造成的重传，在程序设计时要保证SOCⅪ玎缓冲区的可用性【5】，也就是说要及时取走 缓冲区中的数据。因此我们在程序设计时建立了一个自己的接收数据缓冲区链表。随时将SOCKET 缓冲区中的数据放到自己的接收数据缓冲区链表中，而应用层在该接收