基于udp的可靠文件传输协议的设计与实现

题（中、英文）目基于UDP 的可靠文件传输协议的设计与推动 Design ReliableUDP-based File Transfer Protocol 教授软件工程 提交论文日期 二〇一四年三月 10701TP311.5 公开 1110122645 技术论文万方数据 万方数据 西安电子科技大学 学位论文创新性声明 秉承学校朴实的校风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师指 导下进行的探究工作及获得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所 罗列的内容以外，论文中不包括其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包括为取得 西安电子科技大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志 对本研究所做的任何贡献均未在论文中做了确立的表明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切的法律责任。 本人签名： 日期 西安电子科技大学 关于论文使用授权的表明 本人完全知道西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的要求，即：在校 攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的 ，允许查阅和阅览论文；学校可以发布论文的全部或个别内容，可以允许采取影 印、缩印或其他复制方式保存论文。

同时本人保证，毕业后结合学位论文研究课题再攥 写的文章一律署名单位为西安电子科技大学。（保密的论文在解读后违反此要求） 本学位论文属于保密，在 年解密后适用本授权书。 本人签名： 日期 导师签名： 日期 万方数据 万方数据 在计算机网络中更基本的操作是信息的存储，在TCP/IP协议体系构架中，用来完成 这一操作的存储层协议有传输控制协议（Transmission Control Protocol, TCP）和用户数 据报文协议（User Datagram Protocol, UDP）。依据TCP 和UDP 其各自的特征，它们被 应用于不同的网络应用层协议中。 UDP 是一种面向无连结的非可靠网络存储层协议， 相对于 TCP，UDP 有着传输强度高、占用资源少的特点，同时也存在着数据包容易丢 失、乱序等不足。因此，为了可在可靠传输领域充分利用 UDP 传输速度高的特点，有 必要对丢包及乱序的弊端进行研究跟改善。 本论文就基于UDP 的可信存储应用层协议的设计与推动进行了详细研究。论文首先 对与协议设计相关的理论与科技基础进行了探讨跟总结，为协议的设计跟实现打下了基 础。然后，对基于 UDP 的可信存储协议的基本原理和各类可靠模式（确认制度、丢包 重发机制、错序重排机理）进行了小结和预测，接着提出了平台的推动方案并给出了具 体细节，包括数据包协议头结构预测，数据包的类别描述并且通信双方消息交互过程。

论文应用本文设计的协议推动了文件传输系统。接着重点对协议可靠性和高效性进行了 验证，还对硬件平台进行了系统的检测，包括设计测试策略和检测用例，并对每个用例 进行检测并记录测试过程及结果。最后对整个工具系统做了风险评估，并对试验结果进 行了小结和预测。 论文完成了一个相对完整的基于UDP 的可信存储平台，实验结果证明了所完成平台 的功能性、有效性和健壮性，达到了论文所预设的工作目标。 关键词：用户数据报文协议 可靠存储 丢包重发 错序重排 万方数据 万方数据 Abstract mostbasic operation computernetworks transportlayer TCP/IPprotocol architecture, we use TransmissionControl Protocol UserDatagram Protocol operation.According differentkinds networkapplications. UDP connectionless-orientednon-reliable network transport protocol. Compared TCP,UDP has highertransmission efficiency lesssystem resources. alsoeasier losepacket disordersequence packets.Therefore, takefull advantage highertransmission efficiency reliabletransmission, disordersequence improvethem. thesis,we make specificresearch UDP-basedreliable transmission protocol applicationlayer. first,we make basictheory techniquesrelated protocoldesign. wemake basictheory variablekinds reliablemechanism. Next, we make implementationsolution specificdetails system,including packetheader structure, packettypes communicatedparties. filetransfer system last,we tested protocoldesigned additionwe made systematictest softwaresystem, including design test strategy testcases, testeach use case testingprocess results.Finally, we made riskassessment entiresoftware system, wemake testresults. thesisaccomplishes relativelycomplete system reliableUDP-based transmission. experimentalresults show functionality, effectiveness presettargets thesis.Keyword: User Datagram Protocol reliable transmission resend lost packet sequence disorder万方数据 万方数据 第一章绪论 1.1选题背景及意义 1.2可靠传输的状况预测 1.2.1TCP 传输控制协议的演进和探究现状 1.2.2UDP 用户数据报文协议的演进和探究现状 1.3论文工作内容 1.4论文组织结构 第二章可靠存储应用层协议的科技支持 2.1UDP 用户数据报文协议技术支持 2.1.1UDP 概述 2.1.2UDP 对比TCP 的特点 2.2应用层协议介绍 102.3 本章小结 11第三章 基于UDP 协议的可靠性传输业务的需求预测及构架设计 133.1 基于UDP 可靠存储项目的意愿分析 133.1.1 需求背景概述 133.1.2 系统研发目的 143.1.3 需求、约束或者工程计划 153.2 系统活动流程设计 173.3 系统需求模型 183.4 系统过程建模 203.5 本章小结 21第四章 可靠存储应用层协议的设计与推动 234.1 可靠传输原理 234.2 可靠文件传输协议的设计 244.3 协议模式分析 264.3.1 协议的确定体系 264.3.2 协议的重发机制 274.3.3 协议的错序重排机制 294.4 系统工具架构设计 314.4.1 系统应用架构 314.4.2 系统功能设计 324.5 系统的实现 33万方数据 4.5.1 系统实现 334.6 本章小结 37第五章 可靠存储应用层协议的检测及预测 395.1 协议中诸多参数对存储强度的制约预测 395.2 系统存储强度探索测试 395.2.1 与存储效率相关的宕机原因 395.2.2 软件平台发送速度调试及构建 405.3 协议可靠性及高效性测试 445.3.1 基于UDP 的可信存储工具的可靠性测试 445.3.2 基于UDP 的可信存储工具与TCP 传输软件传输效率对比 455.3 软件平台测试 475.3.1 测试策略 475.4 软件平台质量检测及风险预测 645.5 本章小结 64第六章 总结与展望 656.1 总结 656.2 后续工作展望 65致谢 67参考文献 69万方数据 第一章 绪论 第一章绪论 1.1 选题背景及含义 21 世纪是一个发展跟变化的时代udp如何保证可靠传输，人们对更高效和对生活品质的探求正在全力推进 着各个行业转型的步伐。

计算机和电子产品行业更是这场数字跟信息革命的领头羊。在 计算机尚未受到大范围普及的现在，越来越多种类的电子设备也发生在了我们的生活 随着科技的演进，对各种电子设施的小型化、轻量化和对更高效率的发展要求越来越高，这就强调了一个新的概念：嵌入式系统。嵌入式系统一般不象传统计算机这样功 能全面，虽然它是以计算机科技为基础但主要还是面向应用的，所以嵌入式系统对费用、 硬件资源、实物大小跟能耗都有着严格的规定。这也从侧面体现出嵌入式系统的软软件 资源是非常珍贵的。而在信息化和网络化进程加快的现在，许多嵌入式系统都推动了网 络协议栈，而嵌入式设备如何使用最小的资源收入完成通信的功能作为一个新的挑战。 谈到网络通信，目前更成熟的而是计算机网络中借助网络协议进行信息交换，最常 见、最重要的协议莫过于 TCP/IP 协议 。TCP/IP协议体系结构的分层中，运输层是到 关重要的一层，是唯一负责总体的数据存储和数据控制的一层，它提供端到端的交换数 据的模式。它主要使用下列两种协议： 传输控制协议（TransmissionControl Protocol, TCP）——是一种面向连接的，即 在进行传输工作前必须借助“三次握手”先建立连接。

也是一种具有丢包检测、 报文顺序确保的，基于字节流的存储层协议。它可以确保数据的正确性和恰当顺 序，但相对传输速率较慢，建立连结时时间跟系统资源收入较多。数据存储的单 位是报文段。 用户数据报文协议（UserDatagram Protocol, UDP）——是种面向无连接的，即 收发双方不需要再构筑连接的状况下能够进行通信，提供面向事务的简洁不可信 信息传送服务。相对传输速率较快、系统费用少，但不能保证报文到达接收端时 的先后顺序与发送时一致。数据存储的单位是报。 通常状况下，应用层设计研发人员会按照需求的不同决定是使用面向连接的TCP还 是无连接的UDP 。根据TCP和UDP各自的特征，需要推动信息的靠谱传输，开发者通常会选取可提供可靠交付的TCP。而一些对实时性和存储速度规定较高的应用场景，则 多会选用UDP传输。 本论文的选题背景是基于某网络设施公司对在实验室网络中，从PC向诸多嵌入式设 备进行文件传输的项目需求。根据项目背景的特征，设计出一种相对可靠并且对平台软 硬件资源的费用较小的存储协议，并基于该合同开发一个PC端的文件存储工具。具体的 万方数据 基于UDP的可靠文件传输协议的设计与推动 项目状况及规定，在上面的需求预测章节进行具体体现。

这里，只按照开发目标先指定 实现想法及研究方向。 根据工程规定，待开发的文件存储平台必须提供相对可靠的服务，而使用TCP协议 传输明显会出现系统资源占用过高的状况 。而UDP传输协议是相对较简单的网络存储层协议，它所占用的平台软硬件资源应大大的超过TCP协议，也方便进行改造。那么试 想，如果在UDP协议的基础上，通过对协议的改造跟报头的附加定义，并设计一些必要 的可靠性机制，使其具有一定的可靠传输特征，就可以完成该项目的规定。而且UDP协 议在传输速度上的优势相比TCP是非常显著的，所以无论是本文中设计的协议，还是很 终实现的文件存储平台，在同该工程应用环境类似的组网中也有颇具很大的推广性的。 下面本文就首先对可靠存储科技进行重点剖析，以指导后续设计跟实现工作的进行。 1.2 可靠传输的状况预测 1.2.1 TCP 传输控制协议的演进和探究现状 提到可靠传输时，首先想到的 TCP 传输控制协议，它可以为客户提供相关的用途 和制度，来确保传输的可靠性。而且现网中存储的95%的字节及90%的数据包是用TCP 协议传输的。这是为了缓解网络的稳定性和数据流在共享带宽时的公平性、拥塞控制及 效率问题的解决方案。

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