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1、基于因特网的实时与可靠传输的研究摘要:在现有的因特X上实现实时与可靠传输是具有挑战性的,当前还没有即实现实时性和可靠性的技术。本文分别从传输层、X络层、链路层系统的阐明了在因特X上实现实时与可靠传输的方法。详细讨论了如何在传输层加入打标记子层和该子层的作用;在X络层阐述了如何改进X络层的最大努力交付服务来提高可靠性,选用MPLS路由选择技术减少时延;最后在链路层通过采用一位纠错技术来解决出错重传的问题。 关键词:实时可靠最大努力交付服务MPLS :TP393:A:1672-3791(2011)01(c)-0009-02 计算机X络最初是为传送数据信息设计的。因特XIP层提供的“尽最大
2、努力交付”服务,以及每一个分组独立交付的策略,对传送数据信息也是很合适的。同时因特X使用的TCP协议可以很好地解决X络不能提供可靠交付这一问题。 但随着社会和X络的发展,人们对信息的需求也在不断变化,已经从传输数据信息发展到了传输多媒体等信息。而有些信息既需要实时性又需要可靠性,对于这些信息我们用传统的因特X已经满足不了了,因为它们需要实时和可靠的传输质量或者说近似实时与可靠的传输。本文要解决的就是上述问题。 1实时和可靠传输的实现 1.1要想实现实时和可靠传输就要解决下述几个问题 在传送时延敏感(delaysensitive)的实时数据时,不仅传输时延不能太大,而且时延抖动也必须
3、受到限制。 对于传送数据要不能出现差错(或只有很少量的错误),不能出现丢失(或只有很少量的丢失)。 由于分组的到达可能不按序,但将分组还原时又应当是按序的。因此在发送分组时还应当给每一个分组加上序号。这表明还应当有相应的协议支持才行。 要使接收端能够将原数据中本来就存在的正常的短时间停顿和因某些分组的较大迟延造成的“停顿”区分开来。这就需要增加一个时间戳(timestamp),以便告诉接收端应当在什么时间播放哪个分组(主要针对音频/和视频信息)。 1.2要想实现上述四个功能,就必须改造现有因特X 大量使用光缆和具有高速缓存的高速路由器,X络的时延和时延抖动就可以足够小,在因特X上传送
4、实时数据就不会有问题。同时由于光缆传输信息时出错率很低,增加了可靠性。 把因特X改造为能够对端到端的带宽实现预留(reservation),把使用无连接协议的因特X转变为面向连接的X络。这样X络的拥塞就会大大减少,进一步提高了可靠性。 为了更好的实现实时和可靠传输的质量,还可以部分改动因特X的协议栈,而且所付出的代价也比较较小。本文采用的就是该种方案。 2部分改动因特X的协议栈实现实时与可靠传输 下面就分别从传输层、X络层、链路层加以论述,如何通过部分改动因特X的协议栈实现实时与可靠传输。这里的论述是建立在大量使用光缆和具有高速缓存的高速路由器改造改造方案基础之上的。 2.1传输
5、层 大家知道我们在使用HTTP协议上X时,有很大一部分应用对可靠传输的要求不是很高的,这时我们就可以把HTTP协议用UDP来封装,这样就能大大提高传输速度和效率。对可靠传输的要求高的,就可以把HTTP协议用TCP来封装,实现可靠传输。如何实现这一功能？传输层的解决方法是在传输增加一子层协议,来对应用层提交的数据打标记,然后根据标记决定交给TCP还是UDP,比如标记0交给TCP封装,标记1交给UDP封装。打破传统的固定应用层协议对应固定的TCP或UDP,这种打标记是通过自定义实现的,当然还有默认策略,默认策略就是固定方式。 自定义打标记的思想于防火墙的基本原理,了解防火墙的同志都知道,当信息
6、通过防火墙时,我们可以根据具体的安全需求对通过防火墙的信息采取允许通过、拒绝通过、NAT和打标记等动作。因此我们可以根据这一思想,针对应用层信息对服务质量的要求,来动态决定是由TCP或UDP封装。我们知道TCP传输时需要建立连接,传输数据,释放连接这一过程,建立连接和释放连接不但要增加传输的延时,还要占用X络系统的很多资源,虽然可靠性解决了,但实时性就很不好了。当传输的数据既有实时又有可靠性要求时,就不能用TCP封装了,这时可采用UDP封装,这就解决了延时的问题,可靠性我们可以通过在传输层增加的子层协议来解决,在该子层加入流量控制和拥塞控制,这样就解决了重传的问题,为了将失序的分组重新排列好,
7、还应加入序号字段,同时为了使接收端能够准确的知道应当在什么时候还原哪一个数据块,还要加入时间戳字段,至于出错数据,可交由链路层处理。 2.2X络层 我们可以改进X络层的最大努力交付服务,如采用综合服务、区分服务等策略,由于综合服务在大型X络里面实现起来非常复杂,所以我们这里采用相对简单的区分服务技术,具体通过Ipv4协议的区分服务字段或Ipv6的通信量类字段来实现。既DiffServ将IPv4
