如何让UDP实现可靠传输

作者;萌小宏 
来源;CSDN 
原文;https://blog.csdn.net/best_fiends_zxh/article/details/53558829 
 

 

自定义通讯协议;在应用层定义一些可靠的协议;比如检测包的顺序;重复包等问题;如果没有收到对方的ACK;重新发包

UDP没有Delievery Garuantee;也没有顺序保证;所以如果你要求你的数据发送与接受既要高效;又要保证有序;收包确认等;你就需要在UDP协议上构建自己的协议。比如RTCP;RTP协议就是在UPD协议之上专门为H.323协议簇上的IP电话设计的一种介于传输层和应用层之间的协议。

下面分别介绍三种使用UDP进行可靠数据传输的协议 
RUDP 
RTP 
UDT

RUDP;Reliable User Datagram Protocol; 
可靠用户数据报协议;RUDP;是一种基于可靠数据协议;RDP; RFC908 和 1151 ;第二版;;的简单分组传输协议。作为一个可靠传输协议;RUDP 用于传输 IP 网络间的电话信号。它允许独立配置每个连接属性;这样在不同的平台可以同时实施不同传输需求下的协议。
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。 
为了与网络 TCP 通信量同时工作; 
RUDP 使用类似于 TCP 的重发机制和拥塞控制算法。 
在最大化利用可用带宽上;这些算法都得到了很好的证明。 
RUDP特性 
客户机确认响应服务器发送给客户机的包; 
视窗和拥塞控制;服务器不能超出当前允许带宽; 
一旦发生包丢失;服务器重发给客户机; 
比实时流更快速;称为“缓存溢出”。 
用户数据报协议;UDP;

RTP;Real Time Protocol; 
RTP;实时协议被用来为应用程序如音频;视频等的实时数据的传输提供端到端;end to end;的网络传输功能。传输的模型可以是单点传送或是多点传送。数据传输被一个姐妹协议——实时控制协议;RTCP;来监控;后者允许在一个大的多点传送网络上监视数据传送;并且提供最小限度的控制和识别功能。
RTP是被IETF在RFC1889中提出来的。顺带提及;RTP已经被接受为实时多媒体传送的通用标准。ITU-T跟IETF都在各自的系统中将这一协议标准化。

1.1 为何需要RTP? 
TCP不能支持像交互视频;会议等的实时服务;这一原因是由于TCP只是一个“慢”协议;需要三次握手。就此在IP层上UDP是一个比TCP更好的选择。但是UDP是本质上是一个不可靠协议;不支持在包丢情况下的重传机制。诚然;UDP有一些特性;比如多路复用跟校验和服务;这些都是对实时服务很有利的。为了消除UDP的缺点;RTP是作为应用层而被提出来的。
RTP提供的各种服务包括有效负载识别;序列编号;时间戳和投递监听。RTP能够序列化包;当这些包在收端不是按顺序到达的时。序列号也能被用来识别包丢失。时间戳被用于媒体有效的播放。到达的数据一直被RTCP监听;以通知RTP层来校正其编码和传输的参数。例如;如果RTCP层检测到包丢失;它会通知RTP层减缓发送速率。
尽管RTP有助于实时媒体的有效的播放;但是要注意的是RTP自身并不提供任何机制来确保及时传递或提供其他服务质量;QOS;的保证;而是依靠低层服务来完成这些。同样;RTP也不保证投递或防止无序投递。RTP被设计出来主要是为了满足有多个参加者的多媒体会议的需要。RTP也同样适合于象持续数据的储存;分布式交互仿真;主动标记以及应用程序的控制和测量。

1.2 RTP特性一览 
RTP提供有效负荷类型识别;乱序重排和利用时间戳的媒体有效播放。 
RTCP监控服务质量;也提供在一个当前进行的会话中传送关于参加者的信息作用。 
RTP对于下层协议是独立的;它能够工作在像TCP/IP;ATM;帧时延等类型的网络上。 
如果被下层网络支持;RTP支持利用多路技术的对于多点的数据传输。 
RTP序列号也能被用来确定包的合适位置。例如在视频解码;包无需按序解码。

2.0 技术概览 
2.1 RTP 
RTP头具有如下的格式。开始的12个八位字节在每一个RTP包中都会出现;而CSRC标识符列表只在通过混合器的包中出现.

Version (V) ;版本号;:这个域长度为2比特;标出了RTP的最近版本。当前的版本为2.0 
Padding (P) ;填充;:这个域长度为1比特;如果P被置位;包在结尾处包含有一个或多个附加的填充字节;这些填充字节不是有效负荷的一部分。填充是一些需要固定块大小的加密算法所要求的;或是为了在低层PDU搬运RTP包。
Extension (X):这个域长度为1比特;如果被置位;固定的头后面紧跟了一个头的扩展。 
CSRC count (CC):这个域长度为4比特。这个域表示了跟在固定头后面的CSRC标识符的数目。如前所述;这个域只有在通过一个混合器才有非零值。 
Marker bit (M): 这个域长度为1比特;如果M被置位;表示一些重要的项目如帧边界在包中被标记。例如;如果包中有几个比特的当前帧;连同前一帧;那么RTP的这一位就被置位。
Payload type (PT) ;有效负荷类型;:这个域长度为7比特;PT指示的是有RTP包中的有效负荷的类型。RTP音频视频简介(AVP)包含了一个默认的有效负荷类型码到有效负荷格式的映射。附加的有效负荷类型可以向IANA注册。
Sequence number;序列号;;这个域长度为16个比特;每送一个RTP包数目就增加一;初始值被设为一个随机数。接收方不仅可以用这个序列号检测包丢失;也可以重组包序列。
Time stamp;时间戳;:这个域长度为32个比特;时间戳反映了RTP数据包的头一个字节的采样时刻。采样时刻必须是由一个单调线性增加的时钟产生;这样做是为了接收方的同步和抖动计算。初始值必须为随机数;这是为了避免对原码的攻击。例如;如果RTP源使用了一个编码器;缓冲20ms的音频数据;那么RTP时间戳必须每个包增加160;无论包是被传递了还是被丢失了。
SSRC:这个域长度为32比特;这个域表示了正在为会话产生RTP包的源。这个标识符是随机选中的;目的是为了避免同一个RTP会话中两个源有相同的标识符。 
CSRC list: 这个列表标识了在这个包中对有效负荷起作用的所有源。标识符的最大数目限定为15;这是由CC域所限定的;全零在CC域中是被禁止的;。如果有超过15个的分配源;只有前15个被标识。
仔细观察RTP可以注意到它不像更低层的协议比如PDU一样;包含一个“定边界”的域。这一原因是RTP的有效负荷是跟IP的有效负荷相同;因此也就不需要了。 
如果相同的用户在一个会话中使用多个媒体;比如说视频跟音频;每个媒体都会打开单独的RTP会话。因此在RTP层面上不存在多路复用。多路复用由更低层来决定。但是RTCP保留了一个叫CNAME的标识符;这个标识符对于由同一用户初始化的媒体是相同的。因此CNAME是在RTP层面上能识别从一个用户产生的不同媒体的唯一的标识符。

UDT;UDP-based Data Transfer Protocol; 
基于UDP的数据传输协议;UDP-based Data 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。

UDT是双工的;每个UDT实体有两个部分;发送和接收。发送者根据流量控制和速率控制来发送;和重传;应用程式数据。接收者接收数据包和控制包;并根据接收到的包发送控制包。发送和接收程式共享同一个UDP端口来发送和接收。
接收者也负责触发和处理任何的控制事件;包括拥塞控制和可靠性控制和他们的相对机制;例如RTT估计、带宽估计、应答和重传。 
UDT总是试着将应用层数据打包成固定的大小;除非数据不够这么大。和TCP相似的是;这个固定的包大小叫做MSS;最大包大小;。由于期望UDT用来传输大块数据流;我们假定只有很小的一部分不规则的大小的包在UDT session中。MSS能够通过应用程式来安装;MTU是其最优值;包括任何包头;。
UDT拥塞控制算法将速率控制和窗口;流量控制;合并起来;前者调整包的发送周期;后者限制最大的位被应答的包。在速率控制中使用的参数通过带宽估计技术来更新;他继承来自基于接收的包方法。同时;速率控制周期是估计RTT的常量;流控制参数依赖于对方的数据到达速度;另外接收端释放的缓冲区的大小。

UDP构建可靠数据传输 
简单来讲;要使用UDP来构建可靠的面向连接的数据传输;就要实现类似于TCP协议的超时重传;有序接受;应答确认;滑动窗口流量控制等机制;等于说要在传输层的上一层;或者直接在应用层;实现TCP协议的可靠数据传输机制;比如使用UDP数据包;序列号;UDP数据包;时间戳等方法;在服务器端进行应答确认机制;这样就会保证不可靠的UDP协议进行可靠的数据传输;不过这好像也是一个难题;
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