网络协议 | TCP和UDP可靠性传输

前文：

网络协议

一、协议

1、HTTP协议:基于TCP连接的，主要解决如何包装宏高数据，对应于应用层

2、TCP/UDP协议:主要解决数据如何在网络中传输，对应于传输层

3、IP协议:对应于网络层

· 在传输数据时，可以只使用传输层（TCP/IP），但是那样的话，由于没有应用层，便无法笑指识别数据内容，如果想要使传输的数据有意义，则必须使用应用层协议，应用层协议很多，有HTTP、FTP、TELNET等等，也可以自己定义应用层协议。

· web使用HTTP作传输层协议，以封装HTTP文本信息，然后使用TCP/IP做传输层协议将它发送到网络上。

· TCP/IP:传输层协议，主要解决数据如何在网络中传输。

TCP（TransmissionControl Protocol 传输控制协议）是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。

UDP是User Datagram Protocol，一种无连接的传输层协议，提供面向事务的简单不可靠信息传送服务。可靠性由上层应用实现，所以要实现udp可靠性传输，必须通过应用层来实现和碰绝配控制。

确认机制、重传机制、滑动窗口。

1．应用数据被分割成TCP认为最适合发送的数据块。这和UDP完全不同，应用程序产生的数据长度将保持不变。由TCP传递给IP的信息单位称为报文段或段（segment）。

2．当TCP发出一个段后，它启动一个定时器，等待目的端确认收到这个报文段。如果不能及时收到一个确认，将重发这个报文段。当TCP收到发自TCP连接另一端的数据，它将发送一个确认。TCP有延迟确认的功能，在此功能没有打开，则是立即确认。功能打开，则由定时器触发确认时间点。

3．TCP将保持它首部和数据的检验和。这是一个端到端的检验和，目的是检测数据在传输过程中的任何变化。如果收到段的检验和有差错，TCP将丢弃这个报文段和不确认收到此报文段（希望发端超时并重发）。

4．既然TCP报文段作为IP数据报来传输，而IP数据报的到达可能会失序，因此TCP报文段的到达也可能会失序。如果必要，TCP将对收到的数据进行重新排序，将收到的数据以正确的顺序交给应用层。

5．既然IP数据报会发生重复，TCP的接收端必须丢弃重复的数据。[2]

6．TCP还能提供流量控制。TCP连接的每一方都有固定大小的缓冲空间。TCP的接收端只允许另一端发送接收端缓冲区所能接纳的数据。这将防止较快主机致使较慢主机的缓冲区溢出。

TCP协议用于控制数据段是否需要重传的依据是设立重发定时器。在发送一个数据段的同时启动一个重传，如果在重传超时前收到确认(Acknowlegement)就关闭该重传，如果重传超时前没有收到确认，则重传该数据段。在选择重发时间的过程中，TCP必须具有自适应性。它需要根据互联网当时的通信情况，给出合适的重发时间。

这种重传策略的关键是对定时器初值的设定。采用较多的 算法 是Jacobson于1988年提出的一种不断调整超时时间间隔的动态算法。其工作原理是：对每条连接TCP都保持一个变量RTT（Round Trip Time），用于存放当前到目的端往返所需要时间最接近的估计值。当发送一个数据段时，同时启动连接的定时器，如果在定时器超时前确认到达，则记录所需要的时间（M），并修正[2] RTT的值，如果定时器超时前没有收到确认，则将RTT的值增加1倍。通过测量一系列的RTT（往返时间）值，TCP协议可以估算数据包重发前需要等待的时间。在估计该连接所需的当前延迟时通常利用一些统计学的原理和算法（如Karn算法），从而得到TCP重发之前需要等待的时间值。

TCP的一项功能就是确保每个数据段都能到达目的地。位于目的主机的TCP服务对接受到的数据进行确认，并向源应用程序发送确认信息。使用数据报头序列号以及确认号来确认已收到包含在数据段的相关的数据字节。

TCP在发回源设备的数据段中使用确认号，指示接收设备期待接收的下一字节。这个过程称为期待确认。

源主机在收到确认消息之前可以传输的数据的大小称为窗口大小。用于管理丢失数据和流量控制。

UDP它不属于连接型协议，因而具有资源消耗小，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，因为它们即使偶尔丢失一两个数据包，也不会对接收结果产生太大影响。

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。实现确认机制、重传机制、窗口确认机制。

如果你不利用 Linux 协议栈以及上层socket机制，自己通过抓包和发包的方式去实现可靠性传输，那么必须实现如下功能：

发送：包的分片、包确认、包的重发

接收：包的调序、包的序号确认

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。

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。

实时传输协议（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。

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。

本文来自地址： https://blog.csdn.net/gettogetto/article/details/76736365

RUDP：可靠用户数据报协议

（RUDP：Reliable UDP）

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。 UDP/IP 协议中的 RUDP 是分层的并为虚拟连接提供可靠有序发送（直到重新发送的最大数目）。 RUDP 设计灵活，便于多种传输层使用。传输早锋段电讯号协议就是其应用之一。

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 特征包括：

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”。

UDP协议

用户数据报协议（UDP）

介绍

用户数据报协议是定义用来在互连网络环境中提供包交换的计算机通信的协议。此协议默认认为网路协议（IP）是其下层协议。此协议提供了向另一用户程序发送信息的最简便的协议机制。此协议是面向 *** 作的，未提供提交和复制保护。如果应用程序要求可靠的数据传送应该使用传输控制协议（TCP）。数据报格式如下：

0 7 815 16 23 24 31

+-----------+-----------+----------+------------+

|源端口 | 目的端口 |

+-----------+-----------+----------+------------+

| 长 度 |校验码 |

+-----------+-----------+----------+------------+

| 数 据 ......

+-----------+----------.......

用户数据报格式

用户数据报头格式

域

源端口是可选域，当其有意义时，它指的是发送进程的端口，这也就假定了在没有其它信息的情况下，返回信息应该向什么地方发送。如果不使用它，则在此域中填0。目的端口在有特定的目的网络地址时有意义。长度基铅指的是此用户数据报长度的八进制表示。（这表明最小的数据报长度是 8。）校验码有16位，是对IP头，UDP头和数据中信息包头的数位取反之和再取反得到的。

包头从概念上说是在UDP头信息之前的，它包括有源地址，目的地地址，所使用的协议和UDP长度。这些信息使信息不能被错误地接收。这陆誉个校验过程与TCP中使用的过程一致。

0 7 815 16 23 24 31

+-----------+-----------+----------+------------+

| 源地址 |

+-----------+-----------+----------+------------+

| 目的地址 |

+-----------+-----------+----------+------------+

| 0 | 协议 | UDP长度 |

+-----+-----+----+------+-----+-----+----+------+

如果计算出的校验码为零，它将被全零发送。全零的校验值意味着发送者未产生校验码。

用户接口

用户接口应该允许创建新的接收端口，在接收端口的接收 *** 作有：应该返回一个八进制数说明源端口和源地址，允许数据报传送，指定数据，

源和目标端口和目的地地址。

IP层接口

UDP模块必须能够决定源和目标的网络地址，而且必须能够从包头中得知所使用的协议。一个可能的接口方式是返回整个数据报，包括接收 *** 作返回的包头。这样的接口还应该允许UDP向IP传送完整的带包头的数据报用于传送。由IP来确定一致性并计算校验码。

协议应用

此协议的最主要的用途是网际名称服务器和小文件传输协议（TFTP）。

协议号

在IP中使用它时，它的协议号是17（八进制中是21）。

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