[發(fā)明專(zhuān)利]基于UDP的可靠傳輸方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410471513.0
• 申請(qǐng)日: 2014-09-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104202414A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-12-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 石杰;張士波;楊敬宇;姚鍵;潘柏宇;盧述奇
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 合一網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（北京）有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H04L29/08
• 分類(lèi)號(hào): H04L29/08
• 代理公司: 無(wú)
• 代理人: 無(wú)

技術(shù)領(lǐng)域

?本申請(qǐng)涉及一種網(wǎng)絡(luò)傳輸方法，具體地，涉及一種基于UDP，且結(jié)合了TCP傳輸特點(diǎn)的可靠傳輸方法。

背景技術(shù)

目前，在設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸方案時(shí)，常用到的有TCP（傳輸控制協(xié)議）傳輸方式和UDP（用戶(hù)數(shù)據(jù)報(bào)文協(xié)議）傳輸方式。

TCP傳輸

TCP是一種基于連接的協(xié)議，在數(shù)據(jù)通信之前需要通信雙方建立連接，事先為所發(fā)送的數(shù)據(jù)開(kāi)辟好通道，然后，再進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送。

TCP協(xié)議上規(guī)定類(lèi)流控制，確保通信數(shù)據(jù)可靠、順序到達(dá)目的地，因此有一個(gè)三次握手的要求。按照協(xié)議規(guī)范的要求，實(shí)現(xiàn)的路由設(shè)備提供相應(yīng)的支持，并且盡量不丟棄TCP數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)協(xié)議的系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)層進(jìn)行重發(fā)和滑動(dòng)窗口控制，并且通過(guò)增加重發(fā)時(shí)間減少可能帶來(lái)的網(wǎng)絡(luò)堵塞問(wèn)題。系統(tǒng)提供的API應(yīng)用上，針對(duì)不同的鏈接分配獨(dú)立緩沖區(qū)，進(jìn)一步減少可能的丟包問(wèn)題（由于緩沖區(qū)滿(mǎn)造成數(shù)據(jù)無(wú)法接受引起數(shù)據(jù)包丟失問(wèn)題）。

TCP所支持的協(xié)議包括Telnet(遠(yuǎn)程登錄)、FTP(文件傳輸協(xié)議)、SMTP(簡(jiǎn)單郵件傳輸協(xié)議)等。

UDP傳輸

UDP是面向非連接的(正式通信前不必與對(duì)方建立連接，不管對(duì)方狀態(tài)就直接發(fā)送)，不能提供可靠性、流控、差錯(cuò)恢復(fù)功能。UDP用于一次只傳送少量數(shù)據(jù)，可靠性要求低、傳輸經(jīng)濟(jì)等應(yīng)用。

UDP沒(méi)有三次握手的需求，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在通信時(shí)，UDP數(shù)據(jù)擁有比TCP數(shù)據(jù)更高的優(yōu)先通信權(quán)利，這點(diǎn)使得UDP數(shù)據(jù)在通信上更加的快速，但是當(dāng)網(wǎng)絡(luò)擁堵時(shí)，通信設(shè)備同樣會(huì)優(yōu)先丟棄UDP數(shù)據(jù)，這種設(shè)計(jì)方式會(huì)導(dǎo)致UDP數(shù)據(jù)出現(xiàn)丟失的問(wèn)題，同時(shí)協(xié)議沒(méi)有規(guī)定相應(yīng)的流控制方式，自然也不會(huì)保證數(shù)據(jù)的順序到達(dá)。在沒(méi)有流控制的情況下，UDP數(shù)據(jù)可能出現(xiàn)丟失、亂序到達(dá)的問(wèn)題，同樣由于沒(méi)有流控制，如果開(kāi)發(fā)控制不當(dāng)，可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)風(fēng)暴問(wèn)題。在系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)上，由于所有的UDP數(shù)據(jù)接收時(shí)，使用共享的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，設(shè)置不當(dāng)大小的緩沖區(qū)，可能會(huì)增加數(shù)據(jù)包的丟失問(wèn)題，這個(gè)就是為什么UDP協(xié)議無(wú)法實(shí)現(xiàn)高并發(fā)的服務(wù)器原因所在。

UDP支持的應(yīng)用協(xié)議：NFS(網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng))、SNMP(簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng))、DNS(主域名稱(chēng)系統(tǒng))、TFTP(通用文件傳輸協(xié)議)等。

但現(xiàn)有技術(shù)中，上述兩種傳輸方法具有一定的缺陷，具體為：對(duì)于TCP傳輸，其速度慢、建立連接需要開(kāi)銷(xiāo)較多(時(shí)間，系統(tǒng)資源)、實(shí)時(shí)性較差。對(duì)于UDP傳輸，傳輸不可靠、在網(wǎng)絡(luò)擁堵的情況下容易丟包、數(shù)據(jù)包無(wú)序、重傳率高。

特別是在P2P網(wǎng)絡(luò)中，由于TCP需要對(duì)方的IP和端口固定，且能直接訪問(wèn)，而在P2P網(wǎng)絡(luò)中大部分情況都是，主機(jī)掛在交換機(jī)或路由器后面，映射出來(lái)的外網(wǎng)端口不是固定的，也不能被直接訪問(wèn)，所以，P2P網(wǎng)絡(luò)大部分采用的都是UDP，而不是TCP。因此，如何能夠結(jié)合兩種網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議的優(yōu)點(diǎn)，形成一種新的網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議，特別的，能夠?qū)⑦@種網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議應(yīng)用在P2P等無(wú)法使用TCP網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)中，成為現(xiàn)有技術(shù)亟需解決的技術(shù)問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提出一種新的基于UDP的可靠傳輸方法，使得該方法能夠適用于P2P等UDP使用的網(wǎng)絡(luò),?既保證傳輸?shù)男剩纸档土藬?shù)據(jù)的重傳率。

為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種基于UDP的可靠傳輸方法，其特征在于：在UDP傳輸中，模擬TCP的3次握手，建立連接，具體為：

1）發(fā)送端向接收端發(fā)送SYN，告訴對(duì)方要和它建立連接，同時(shí)將自己的狀態(tài)置為SYN_SEND；

2）當(dāng)接收方收到SYN消息后，給對(duì)方回應(yīng)ACK，同時(shí)在發(fā)一個(gè)SYN，并將自己的狀態(tài)置為SYN_RECEIVED；

3）當(dāng)發(fā)送端收到對(duì)方的回應(yīng)ACK和SYN后，再給對(duì)方發(fā)送一個(gè)ACK，同時(shí)將自己的狀態(tài)置為ESTABLISHED；

4）當(dāng)接收端收到對(duì)方的回應(yīng)ACK后，更新自己的狀態(tài)為ESTABLISHED，至此雙方建立連接。

優(yōu)選地，在UDP數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，采用如下步驟進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸：

1）對(duì)于發(fā)送方和接收方，分別分配發(fā)送緩沖區(qū)和接收緩沖區(qū)，用來(lái)保存發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)；

2）應(yīng)用層將要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)放到發(fā)送緩沖區(qū)中，當(dāng)緩沖區(qū)滿(mǎn)了，則停止放入，直到有空閑的緩沖區(qū)再繼續(xù)放入；

3）網(wǎng)絡(luò)層將緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)組上包頭，按數(shù)據(jù)包序號(hào)逐個(gè)發(fā)出去，同時(shí)等待接收方回應(yīng)ack；

4）接收方收到數(shù)據(jù)包，按照包的序號(hào)放到對(duì)應(yīng)的緩沖區(qū)位置，并需要根據(jù)當(dāng)前的緩沖區(qū)狀態(tài)，計(jì)算出回應(yīng)的ack_no，即ack序號(hào)，給對(duì)方回復(fù)一個(gè)ack消息；