UDP如何实现可靠传输

简介: UDP如何实现可靠传输

概述

UDP不属于连接协议,具有资源消耗少,处理速度快的优点,所以通常音频,视频和普通数据在传送时,使用UDP较多,因为即使丢失少量的包,也不会对接受结果产生较大的影响。

传输层无法保证数据的可靠传输,只能通过应用层来实现了。实现的方式可以参照tcp可靠性传输的方式,只是实现不在传输层,实现转移到了应用层。

最简单的方式是在应用层模仿传输层TCP的可靠性传输。下面不考虑拥塞处理,可靠UDP的简单设计。

1、添加seq/ack机制,确保数据发送到对端

2、添加发送和接收缓冲区,主要是用户超时重传。

3、添加超时重传机制。

详细说明:送端发送数据时,生成一个随机seq=x,然后每一片按照数据大小分配seq。数据到达接收端后接收端放入缓存,并发送一个ack=x的包,表示对方已经收到了数据。发送端收到了ack包后,删除缓冲区对应的数据。时间到后,定时任务检查是否需要重传数据。

目前有如下开源程序利用udp实现了可靠的数据传输。分别为RUDP、RTP、UDT。

开源程序

1、RUDP(Reliable User Datagram Protocol)

RUDP 提供一组数据服务质量增强机制,如拥塞控制的改进、重发机制及淡化服务器算法等,从而在包丢失和网络拥塞的情况下, RTP 客户机(实时位置)面前呈现的就是一个高质量的 RTP 流。在不干扰协议的实时特性的同时,可靠 UDP 的拥塞控制机制允许 TCP 方式下的流控制行为。

2、RTP(Real Time Protocol)

RTP为数据提供了具有实时特征的端对端传送服务,如在组播或单播网络服务下的交互式视频音频或模拟数据。

应用程序通常在 UDP 上运行 RTP 以便使用其多路结点和校验服务;这两种协议都提供了传输层协议的功能。但是 RTP 可以与其它适合的底层网络或传输协议一起使用。如果底层网络提供组播方式,那么 RTP 可以使用该组播表传输数据到多个目的地。

RTP 本身并没有提供按时发送机制或其它服务质量(QoS)保证,它依赖于底层服务去实现这一过程。 RTP 并不保证传送或防止无序传送,也不确定底层网络的可靠性。 RTP 实行有序传送, RTP 中的序列号允许接收方重组发送方的包序列,同时序列号也能用于决定适当的包位置,例如:在视频解码中,就不需要顺序解码。

3、UDT(UDP-based Data Transfer Protocol)

基于UDP的数据传输协议(UDP-basedData Transfer Protocol,简称UDT)是一种互联网数据传输协议。UDT的主要目的是支持高速广域网上的海量数据传输,而互联网上的标准数据传输协议TCP在高带宽长距离网络上性能很差。

顾名思义,UDT建于UDP之上,并引入新的拥塞控制和数据可靠性控制机制。UDT是面向连接的双向的应用层协议。它同时支持可靠的数据流传输和部分可靠的数据报传输。由于UDT完全在UDP上实现,它也可以应用在除了高速数据传输之外的其它应用领域,例如点到点技术(P2P),防火墙穿透,多媒体数据传输等等。

udp和tcp在底层ip传输上没有本质的区别,原则上看udp重传构造的可靠连接和tcp自带的可靠只是把ack放在协议层还是上层逻辑的问题。难道交换层次结构本身也能具备什么魔力么?

但实际上tcp->tunel/socks5->udp的代理程序确实让卡顿的电影不卡了,加载速度变快了。让人不得不想这中间产生的区别是什么。

实际的实验让我找到一些来自现实世界的解答,如果归于理想的逻辑,确确实实这两者不会也不该产生这类性能特性上的差异,但现实世界不是理想模型,网络的构造和信息交换情况也不像家里的局域网这么清爽,真实世界的交换网络中的交换机节点和数据节点决定网络的实际表现。交换机和路由器的低资源配备决定了机械式的转发,重发,流控模式。这种机械式行为模式,确保了ip交换在每台交换机和路由所能触及范围内的可靠和有效。但这不意味在更大的尺度上的效能。

从这个角度再来看待udp和tcp的差异,无非是在udp的模式上我们拿了2样东西回来。

1.顺序,同时是流控方式:基于状态的代码模式决定的数据顺序。 tcp把数据确保数据序列的工作在网络传输时,层层 包包,顺序保证,用起来确实方便。但也消除了数据并发传输的可能。这很大程度上直接形成了tcp的流控模式,从编程的形式上tcp无需流控,你不拿走对方就丢不出来。代码的顺序化,和收发的顺序在影响传输性能。但udp模式在这方面有本质的不同,数据传送时没有前后这一说,你拿到的数据也是如此。交换机,网卡根本不考虑序列的要求,从传输上这很牛叉,但这种模式与Coding的顺序式思维不相符,偶尔有无状态的数据可以直接套用这个思维,但对于具备时间和序列要求的场景,这就显得十分难用。因此大多情况下udp fake tcp必须要做数据序列重整。端对端的序列重建和步步紧等的局部重整,在整体行为上确实可以减少延迟。

2.链路特性,更是流控方式。 一旦转入udp,链路的管理就从路由器的问题变成你的问题了。还要不要等ack,对方是否还在,我能发送多快这一系列的问题在你建立socket的第一个瞬间就变坑了。貌似少了connect的动作,但实际需要考虑的问题变得更多了起来,但此时你具备的信息也是路由器不具备的例如带宽,端对端延迟,实际的丢包率,如果这些都用来作为链路可靠性和流控的参数,你或许能’预测’,发送速率,ack的时间,重发的速度。

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