基于UDP的通讯协议

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基于UDP的通讯协议

赖步英（广州航务工程学校，广州 510330） 王小强（广州市华南师范大学计算机系）

摘要：基于目前UDP协议的不足：无连接和通信不可靠；本人在参考TCP协议及ISO 7层协议、X.25协议的基础下，设计了一套基于UDP的通信协议来实现基于UDP的可靠通信及弱连接特性。
关键词：UDP，通讯协议，TCP，不可靠，弱连接。

1、 用UDP通信的优势：
1.1系统开销小、速度快
1.2对绝大多数基于消息包传递的应用程序来说，基于帧的通信（UDP）比基于流的通信（TCP）更为直接和有效
1.3对应用部分实现系统冗余、任务分担提供了极大易实现性及可操作性
1.4对等的通信实体、应用部分可方便的根据需要构造成客户/服务器模型及分布处理模型，大大加强应用在可操作性及维护性的能力
1.5可实现完全图模型的网状网络拓扑结构，可大大增强系统的容错性
2、 目前UDP协议的不足：
2.1 无连接
2.2通信不可靠
无连接特性在某些应用可能是优势，但大部分的应用都是需要有连接的，我们在参考TCP协议及ISO 7层协议、X.25协议的基础下，设计了一套基于UDP的通信协议来实现基于UDP的可靠通信及弱连接特性
3、主要由以下几点保证：
3.1有序
3.2可靠性保证
3.2.1 同步 3.2.2 超时重拨
3.2.3 N-RAQ确认（包括捎带机制）
3.2.4 选择拒绝
3.3量控制（滑动窗口协议）
4、UDP协议的状态驱动图：如图1




图1 UDP协议的状态驱动图
5、UDP协议的工作流程：
是一个基于UDP的弱连接的协议，该概念意味着协议要维护流入、流出通信模块的每个用户数据帧的状态和状态信息这样的一个事实，但对连接的建立及释放也没有TCP等协议要求的严格。通信模块用一个TCB（Transfer Control Block）来管理、维护一个链路的状态。下图2是一个正常的通信过程。

图2 一个正常的通信过程             图3 数据帧PDU丢失图                   图4 确认帧丢失图
6、 下面是对几种网络丢包的处理：
6.1数据帧PDU（Protocol Data Unit）丢失。如图3，发送方PDU（3）在传输中丢失，接收方（p2）在收到PDU（1），PDU（2）后接收到PDU（4），因为当前要接收的序号为3，因此接收方发送REJ（3），表示当前要接收的是PDU（3），同时也对3以前的PDU进行一次确认；发送方收到REJ（3）后，直接重发PDU（3），同时把重发队列中序号小于3的帧从队列中移走（已确认）。
6.2确认帧丢失。如图4，ACK（3）丢失，但接收方下一确认帧ACK（5），就对于5以下的自然确认。若发送方的一个确认帧也没有收到，则发送方在重发定时器到达后，把重发队列尾的PDU重发出去接收方在收到序号比当前接收序号n小的PDU后，立即发送ACK（n）。
综上所述，无论是丢失数据帧还是丢失确认帧，协议均能纠正过来，保证数据的可靠传递。
控制帧的发送及等待帧均有多次重试机会，对于网络的丢失包也不失引起协议的工作不正常。如在握手阶段的SYN帧，在未收到SYN-ACK之前连续启动握手定时器8次，直到收到SYN-ACK为止。在重发若干次PDU后均不能收到ACK后，链路进入poll状态，发送RR控询包，在未收到RR-ACK或RNR之前连续启动探询定时器5次，直到收到应答消息为止。
7、 UDP协议对下列几种异常情况作相应处理：
7.1正在通信的两方中，发送方异常退出，后又再建立连接。
7.2正在通信两方中，接收方异常退出。
综上所述，在通信过程中，任何一方发生故障，在故障排除通信模块工作后，协议均可保证通信自动恢复，这在实现系统的冗余备份，任务分担等功能时至关紧要。

参考文献
1、DIYGKAS E.COMER著，林瑶，蒋慧，杜蔚等译.Internetworking With TCP/IP
VOLⅠ:Principles,Protocols,and Architecture(Third Edition)
用TCP/IP 进行网际互连,第1卷：原理、协议和体系结构（第3版）.顺义县天竺颖华印刷厂印刷：电子工业出版社出版、发行，1998年4月第1版。(收稿日期2001.7.26)

转自 http://www.nbcai.org/forums/cpbasedudp.htm