基于udp的可靠文件传输协议的设计与实现(2)

由于TCP 传输应用的普遍性和重要性，关于TCP 传输这一课题， 计算机领域中这些专家致力于这一方面潜心探究，就 TCP 及其多个变种在各种网络下 的传输强度问题做了长期的探究和试验 目前TCP协议的几个现存版本跟改进点如下： TCP Tahoe 是1988 年由Jacobson 提出的，其中设计了三个机制：慢启动、拥塞避 免以及迅速重传。通过这种功能跟模式基本可以推动数据流和拥塞窗口的控制。慢启动 机制要求：在联结建立时，拥塞窗口会被该模式设定为允许的最大报文长度，并把慢启 动阀值设为 64KB。这样可以使传输速率从低至高回落，并在增加存储速度的同时检测 传输质量，而进行规避拥塞的处理。拥塞避免机制就是在没有发生拥塞的状况下，系统 会逐渐线性的减小拥塞控制窗口大小，通过这些方法可以很充分的借助网络资源，提高 传输强度。在出现拥塞时系统都会乘积性的增大拥塞窗口大小，避免更多丢包错包的产 生。快速重传机制指的是，当接收方收到三个重复的确定分组时，就判定为该分组已经 丢失，并随即进行重发。这样就导致了必须直到重传超时，提高了强度。 TCP Reno 是第二个版本，也是迄今使用较广泛的版本，较之前的Tahoe，Reno ，即在接收端认定为分组已经丢失时，判定为网络出现拥塞。

这是一种更为主动跟全方面的防止拥塞。这种状况下慢启动门限会被设定为当前拥塞窗口的 一半，避免开启慢启动阶段，这样可以降低因为网络拥塞避免的平台对存储速度的控制 万方数据 第一章 绪论 带来的开销。系统就会把拥塞窗口设置为慢启动门限，然后使其维持线性下降。TCP New Reno 是对Reno 的迅速修复措施进行了修正，以解决在一个窗口内存在多 个分组丢失的难题。当发生在一个窗口下同时发生多个分组丢失的状况，Reno 协议规 定，在收到其中一个丢失分组的 ACK 消息后就撤出快速恢复，而 New Reno 协议要求 在收到窗口里的所有分组（包括已丢失的）的 ACK 消息后时就会撤出快速修复，这样 更加推动了可靠性。 TCP Sack 也是对于当一个窗口内发生了多个分组丢失的状况进行了改进和优化，它 规定只应该重传丢失的分组，从而导致重传窗口内的所有分组带来的平台开销。具体实 现方式是借助在 TCP 选项中加入 SACK 选项，这样接收端在向发送端返回确认时就带 有了分组区间信息，通过各区间的间隔就可以判定接收端没有收到哪些分组，进而执行 重传工作。这样也因而TCP SACK 发送端就可以在一个往返时延内可以重传多个分组， 从而进一步提升效率。

TCP Vegas Brakmo等人于1994 年提出 ，主要因素有两个：1、避免Reno在维护传输动态平衡时发生的周期性分组丢失。2、之前版本的拥塞窗口调节手段是线 性减少、乘性减小的，这样会导致在大窗口的状况下，由于一个分组的丢失而带来的窗 口缩小是必须花较长时间才能修复。 为了改进Reno 带来的上述两个弊端，Vegas 采用了全新拥塞控制机制。之前的几个 TCP 版本都是在发送端测试至分组丢失的状况后，才会开启网络拥塞避免算法。这种解 决方案是被动的，低效的。而TCP Vegas 会按照现网的存储情况，预计传输吞吐量。并 将其与实际吞吐量之间进行对比，如果它们有较显著差异则判定为网络出现了拥塞。这 样就签署了合同对网络状况主动的、预防性的检测和处理。但Vegas 版本在整个现网环 境中要与之前的版本共存，而它占据网络资源的素质是相对较弱的，所以应用范围相对 较窄。研究TCP Vegas 与TCP Reno 之间的公平性也作为了近些年网络研究的热点。 根据 TCP 协议可靠性的特性，它规定用户数据应严格按序超过之后才会提交给用 户。可是在一些应用场合下，对到达的排序是不需要如此苛刻的要求的，甚至 是允许个别分组丢失的。

这样的状况下采取 TCP 协议仍然是低效的、不适合的。于是 下面要介绍的另一种传输层协议，UDP 用户数据报文协议会很符合这些应用场景。 1.2.2 UDP 用户数据报文协议的演进和探究现状 关于UDP 协议的最早规范是在1980 年发布的RFC768 文档进行了表明 。距离现今，文档发布的时间尚未更长了，但 UDP 协议一直是现有网络中不可或缺且发挥着重 要作用的协议。现网中许多重要的应用都证明了 UDP 协议的存在价值，例如音频、视 频以及网络游戏。因为相对于可靠性来说，这些应用非常重视实际性能，所以为了取得 更好的使用效果（例如，更高的画面帧刷新速率）往往可以牺牲一定的可靠性（例如， 万方数据 基于UDP的可靠文件传输协议的设计与推动 画面品质、允许少量丢帧）。这就是 UDP TCP两种协议的考量之处，两种协议各有 特点，对应不同的应用场合，提供了更多的选取方案。 在可靠传输这一领域仍然是TCP 一枝独秀，使用UDP 传输的通常是实时性高、允 许少量丢失的状况，但是高可信网络是市场中经常想要追求的，这就使在 UDP 高效性 的基础上尽量减少它的可靠性成为业界仍然以来研究的一个热点。

在工业应用领域内也 有一些由 UDP 变化而来的可靠存储协议如 SRUDP、RUDP 等，使用 UDP 实现可靠传 输还是没有得到长期的应用。他们都是跨层的靠谱 UDP 协议，主要借助对报文首部增 加自定义的字段来构建一种简易的确定及重传机制。但这种现有的基于 UDP 的优化协 议基本都是对应特定的应用场景提出的，多多少少都有模式更加复杂以及性能提升不够 明显的劣势，以致在现网中的使用率并不高，也不适用与本项目中。 基于这一状况，本文主要介绍了一种自定义的基于 UDP 的可信存储协议，通过丢 包重发、错序重排等措施保障信息的靠谱传输，该协议在应用层添加代码实现，通过自 定义的控制命令推动通讯双方的同步操作，最终推动文件的可靠存储。 1.3 论文工作内容 本文基于实际项目研发背景，根据项目规定及特征。通过对 UDP 协议在应用层上 的重建，对原有 UDP 协议进行鉴权的用途信息添加，并降低必要的可靠性保证制度， 完成基于 UDP 的可靠性传输协议设计。再依照设计出的协议，编码实现设计的功能， 完成基于本文设计协议的文件存储工具系统的研发。最后对开发出的协议及工具系统进 行安装及检测，并对本文设计的协议及工具系统进行检测和能扩展性的小结。

本文完成的主要工作包含下列内容： 1、研究可靠存储科技，以及确保可靠性的体系跟工作过程。掌握两种存储层协议 的主要特征跟应用场合，并在意愿分析中确立和完善该项目特征跟要求，分析项目对待 开发平台用途跟性能的相关需求。 2、详细设计基于UDP 的可靠存储应用层协议，包括对报文的必要改造，以及该系 统必须推动这些可靠性机制，并给出工作步骤。详细设计基于 UDP 协议的靠谱文件传 输软件平台的构架和用途模块。 3、使用 Socket 开发 UDP 应用的方式，通过客户机/服务器模型网络程序的设计模 式，完成设计阶段中各用途模块的研发与集成，最终推动基于 UDP 协议的可靠文件传 输平台。 4、对本文所设计协议的重点关注点进行具体测试。接着对整个工具系统进行平台 测试，设计测试策略，并编制测试用例，执行用例检测并记录。 万方数据 第一章 绪论 1.4论文组织结构 论文共分为六章，具体章节内容安排如下： 第一章：绪论。主要介绍了论文研究课题的背景和含义，阐述可靠传输的状况。最 后介绍论文主要完成的工作或者论文的主要内容与框架结构。 第二章：可靠存储应用层协议的科技支持。分析现有的通信可靠性保障制度与工作 流程。

并介绍UDP 协议的概述和使用Socket 开发UDP 应用的方式，以及应用层协议如 何为网络提供通信服务以及研发注意事项。 第三章：基于 UDP 协议的可靠性传输业务的意愿分析。分析项目背景及特征，对 待开发工程进行需求预测。完成平台需求模型、数据建模和过程建模。 第四章：可靠存储应用层协议设计与推动。设计协议的确定体系、重传机制、错序 重排机理。根据软件工程要求，设计平台的硬件构架和各个用途模块划分，并完成代码 部分开发。 第五章：可靠存储应用层协议的检测与预测。首先重点对本文设计的靠谱传输协议 的有效性进行检测。接着对整个工具系统进行平台测试，设计测试策略及测试用例，执 行检测并记录结果，并对结果进行预测与小结。 第六章：总结与展望。对本论文的探究内容进行总结和推论udp如何保证可靠传输，对本文所设计的协议 及工具系统进行总体评估，并给出可推广性预测、后续研究跟改进的内容和方向。 万方数据 基于UDP的可靠文件传输协议的设计与推动 万方数据 第二章 可靠存储应用层协议的科技支持 第二章可靠存储应用层协议的科技支持 在探讨了选题背景跟研究意义后，首先确认的是本文需要对现有 UDP 传输协议进 行可靠性改造。接下来本文就对现有的两种存储层协议进行探讨跟研究，为现在的设计

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