UDP协议及若干改进意见

１０７
பைடு நூலகம் 科技信息
○科教视野○
ＳＣＩＥＮＣＥ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ
２００７ 年 第 １２ 期
一个重要因素。在实际的应用中，群体大小根据需要，按经验给出。 ３．３ 适应度函数 适应度函数的选择是影响智能组卷算法性能
好坏的关键，常用的适应度函数采用对各种约束条件进行重要性的衡 量，以求取综合指标的重要性达到最大或综合指标误差达到最小。一 般情况下，适应度函数是由目标函数变换而成的，在遗传算法中是以适 应度大小来区分群体中个体的优劣，其值越大个体越好。
的物理链路共同实现传递； 虚电路是数据传递的逻辑通道， 在传输层
建立、维护和终止； 纠错功能 则 可 以 检 测 错 误 的 发 生 ， 并 采 取 措 施 （ 如
重传） 解决问题。这个协议主要应用于 Ｉｎｔｅｒｎｅｔ 名字服务器和小文件传
输（Ｔｒｉｖｉａｌ Ｆｉｌｅ Ｔｒａｎｓｆｅｒ）。
在嵌入式设备进入到人们生 活 、工 作 中 各 个 角 落 的 今 天 ， ＵＤＰ 协
关键词： ＵＤＰ； ＴＣＰ； Ｅｔｈｅｒｎｅｔ ＵＤＰ ａｎｄ Ｓｅｖｅｒ ａｌ Ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓ ｔｏ Ｂｅｔｔｅｒ ｉｔ ＬＩ Ｊ ｉｎ－ ｌａｉ ＬＵ Ｘｉａｎｇ－ ｑｉｎｇ
（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ，Ｗｕｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒ ｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｕｂｅｉ Ｗｕｈａｎ） Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｑｕｉｃｋ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ， ｔｈｅ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｎｅｔｗｏｒｋ ｉｓ ｇｒａｄｕａｌｌｙ ａｐｐｌｙｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｎｅｔｗｏｒｋ， ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ ｉｓ ｂｅｃｏｍｉｎｇ ｍｏｒｅ ａｎｄ ｍｏｒｅ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｍｏｂｉｌｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｎｅｔｗｏｒｋ． Ｂｙ ｆａｒ， ＴＣＰ ａｎｄ ＳＣＴＰ ａｒｅ ｓｔｉｌｌ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｒｅｌｉａｂｌｅ ｄａｔａ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ． Ａｓ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｌａｙｅｒ ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ ｏｆ ＩＳＯ， ＴＣＰ ａｎｄ ＵＤＰ ｈａｖｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎｄ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ． Ｉｎ ｃｏｎｔｒａｓｔ ｗｉｔｈ ＴＣＰ， ＵＤＰ ａｄａｐｔｓ ｔｏ ｔｈｅ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ ｂｅｔｔｅｒ．Ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ｍａｉｎｌｙ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ｆｏｒｍａｔ ａｎｄ ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ＵＤＰ，ａｎｄ ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ａｌｓｏ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｓｅｖｅｒａｌ ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓ ｔｏ ｏｖｅｒｃｏｍｅ ｉｔｓ ｄｒａｗｂａｃｋｓ． Ｋｅｙｗｏｒ ｄｓ： ＵＤＰ； ＴＣＰ； Ｅｔｈｅｒｎｅｔ
２００７ 年 第 １２ 期
ＵＤＰ 协议及若干改进意见
李金莱 １．２ （ １．武汉理工大学计算机学院 湖北 武汉 ４３００００； ２．南阳师范学院计算机与信息技术学院 河南 南阳 ４７３０００）
摘要： 鉴于互联网快速发展， 计算机网络正逐渐应用到通信网络， 以太网在移动通信网络建设中起到越来越重要的作用。目前， 实现可靠数 据传递的方法主要采用传输控制 ＴＣＰ 协议或者 ＳＣＴＰ 简单流传输协议。传输层的 ＴＣＰ 协议和 ＵＤＰ 协议各有特点和优势， 在与以太网的结合 过程中， 通过详细的对比分析， ＵＤＰ 更加符合以太网的传输环境， 本文主要介绍了 ＵＤＰ 协议的特点、格式及优缺点， 并针对 ＵＤＰ 协议的缺点 提出若干条建议。
４） 、校验和： 和通常的校验和计算方法相同， 但它计算的范围有为
来自 ＩＰ 首部信息的 ＵＤＰ 伪首部＋ＵＤＰ 首部＋ＵＤＰ 数据， 如果数据部分
长度不是偶数， 需要在末尾填 ０， 但注意， 这些 ０ 不会被作为数据的一
部分发出去。（ 和 ＴＣＰ 不一样）
３．ＵＤＰ 伪首部：
首先它是不存在在数据报中的， 它只是为了计算校验和而创建的
议以其较低的网络资源占用率而得到大力发展， 如网络音视频、ＰＤＡ、
无线数据传输等。在不同的应用领域， 通过不同的算法及针对 ＵＤＰ 弱
点的协议改进大大提高了 ＵＤＰ 协议的可靠性， 同时又 保 留 了 ＵＤＰ 协
议的传输速度， 如 ＲＵＤＰ（ Ｒｅｌｉａｂｌｅ ＵＤＰ） 协议的出现。相信随着大数据
量无线及网络数据传输需求的提升， 更多的更高效率的算法及更为先
与接收、航空信息的发布， 路由器中路由表信息的修改、网络多媒体应
用、因特网 ＩＰ 电话数据传输等。
二 、其 格 式 和 各 字 段 的 意 义
１．ＵＤＰ 数据报头格式
０
７８
１５１６
２３２４
３１
源端口
目的端口
长度
校验码
数 据 ………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
２）在［０，Ｓｎ］区间内产生均匀分布的随机数 Ｒ； ３）依次用 Ｓｉ 与 Ｒ 进行比较，第一 个 出 现 Ｓｉ 大 于 或 等 于 Ｒ 的 个 体 ｉ 被选为复制对象； ４）重复 ２），３）直至满足所需要的个体数目。 ３．５ 交叉 通过在群体中随机挑选两个染色体， 并随机在染色体 中央某一点进行点交换从而得到下一代的新个体， 完成交叉的工作。 在分段遗传算法的组卷过程中，考虑到组卷最终必须满足题型题量的 要求，在许多实际应用中，按照题型的变化采用分段进行操作，每种题 型对应染色体中的一个独立分段，进行交叉时采用分段单点交叉，按题 型 分 段 来 进 行 交 叉，整 个 染 色 体 就 表 现 为 多 点 交 叉 。交 叉 的 实 现 过 程： 将群体中的染色体任意进行两 两 配 对，对 每 对 染 色 体 产 生 一 个［０，１］的 随机数 ｒ， 若 ｒ≤Ｐｃ，则分段随机产生一个交叉点，然后分段进 行 右 半 段 互换以得到下一代。假设父代染色体如下， 分成两段： ｐａｒｅｎｔ１＝Ｘ１１Ｘ１２Ｘ１３Ｘ１４Ｘ１５Ｘ１６Ｘ１７Ｘ１８｜Ｔ１１Ｔ１２Ｔ１３Ｔ１４Ｔ１５ ｐａｒｅｎｔ２＝Ｘ２１Ｘ２２Ｘ２３Ｘ２４Ｘ２５Ｘ２６Ｘ２７Ｘ２８｜Ｔ１１Ｔ１２Ｔ１３Ｔ１４Ｔ１５ 交叉后生成的子代染色体如下： ｃｈｉｌｄ１＝Ｘ１１Ｘ１２Ｘ２３Ｘ２４Ｘ２５Ｘ２６Ｘ２７Ｘ２８｜Ｔ１１Ｔ１２Ｔ１３Ｔ２４Ｔ２５ ｃｈｉｌｄ２＝Ｘ２１Ｘ２２Ｘ１３Ｘ１４Ｘ１５Ｘ１６Ｘ１７Ｘ１８｜Ｔ２１Ｔ２２Ｔ２３Ｔ１４Ｔ１５
进合理的协议会和 ＵＤＰ 协议进行融合， 来满足不同场合的需要。
一 、其 功 能 特 点 和 作 用
（１）ＵＤＰ 是一个无连接协议， 传输数据 之 前 源 端 和 终 端 不 建 立 连
接， 当它想传送时就简单地去抓取来自应用程序的数据， 并尽可能快
地把它扔到网络上。在发送端， ＵＤＰ 传送数据的速度仅仅是受应用程
信息包的额外开销很小。
（４）吞吐量不受拥挤控制算法的调节， 只受应用软件生成数据的速
率 、传 输 带 宽 、源 端 和 终 端 主 机 性 能 的 限 制 。
虽然 ＵＤＰ 在可靠性方面不如 ＴＣＰ 协议， 是一个不可靠的协议， 但
由于它的无连接性、低资源占用率、吞吐量与算法的无关性， 又可以作
为 分 发 信 息 的 理 想 协 议 。最 为 显 著 的 使 用 如 股 票 卡 中 股 票 信 息 的 发 送
一个结构， 或者说一个概念。它包括： 源地址， 目的地址， 协议类型，
ＵＤＰ 长度， 共 １２ 个字节。如果校验和计算为 ０， 则存入的值为全 １， 即
６５５３５。而如果传送的校验和为 ０， 说明发送端没有计算校验和。（ 这发
生在调试或者高层协议不关心的时候） 。伪首部的结构如下所示：
０
７８
１５１６
标 准 的 ＴＣＰ／ＩＰ 协 议 是 建 立 在 ＯＳＩ 七 层 模 型 的 基 础 之 上 的 ， ＵＤＰ
协议和 ＴＣＰ 协议同属这一模型中的传输层， 它关注端到端的 （ 源 端 到
目的端） 的最终结果， 它的主要功能包括： 流控、多路技术、虚电路管理
和 纠 错 及 恢 复 等 。其 中 多 路 技 术 使 多 个 不 同 应 用 的 数 据 可 以 通 过 单 一
２．各 字 段 意 义
１） 、源端口： 可选字段。
当它有有效数值时表示的是发送进程使用的端口号， 如果没有其
他信息， 此端口被用来作为返回消息的目的端口， 如果不用， 置 ０。
２） 、目的端口： 目的主机接受此数据包的端口。
３） 、长度： 为 ＵＤＰ 首部加上数据部分的长度， 单位为字节。
（ 这意味着最小长度为 ８ 字节。）
序生成数据的速度、计算机的能力和传输带宽的限制； 在接收端， ＵＤＰ
把每个消息段放在队列中， 应用程序每次从队列中读一个消息段。
（２）由于传输数据不建立连接 ， 因 此 也 就 不 需 要 维 护 连 接 状 态 ， 包
括收发状态等， 因此一台服务机可同时向多个客户机传输相同的消
息。
（３）ＵＤＰ 信息包的标题很短， 只有 ８ 个字节， 相对于 ＴＣＰ２０ 个字节
上接第107的连接握手过程会占用cpu的资源同时程序本身还要处理不同设备的工作状态这必然会对显示仪表程序工作的可靠性产生影响不断变化的物理量也没有太大必要进行严格的数据验而非连接的udp协议正可以满足这样的数据传送要求但是其传输的不可靠性需要采用重发机制来进行改进
科技信息
○计算机与信息技术○
ＳＣＩＥＮＣＥ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ
本 文 采 用 线 性 代 数 中 欧 氏 空 间 距 离［２］的 思 想 来 对 种 群 中 的 个 体 进
行优胜劣汰。在该组卷问题中，把用户需求的参数定为 ｎ 维向量 ａ（ａ１，ａ２， …，ａｎ），把 种 群 中 的 个 体 的 各 属 性 看 为 ｎ 维 向 量 ｂｉ（ｂ１ｉ，ｂ２ｉ，…，ｂ３ｉ），ｗｉ 为 对 应第 ｉ 项指标对组卷的重要程度的权重， 则第 ｉ 个个体向量 ｂｉ 与向量 ａ 的欧氏距离：ｄｉ＝［ｗ１（ａ１－ ｂ１ｉ）２＋ｗ２（ａ２－ ｂ１２）２＋…＋ｗ３（ａｎ－ ｂ１ｎ）２］１／２。定义目标函数 ｆ （ｉ）＝ｄｉ，如果欧氏距离越短，ｆ 越小， 则该个体与用户需求越接近。而适应 度函数是越大越好， 所以要将目标函数转换成适应度函数。因指数比 例既可让非常好的个体保持多的复制机会，同时又限制其复制数目以 免其很快控制整个群体，提高了相近个体间的竞争，故采用指数比例变 换方法将其转换为适应度函数。采用指数变换法： Ｆ＝ｅｘｐ（－ ａｆ），这种变换 法的基本思想来源于模拟退火过程（ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ａｎｎｅａｌｉｎｇ，ＳＡ） ，其中的系 数 ａ（一般可取值 ０．０５） 决定了复制的强制性， 其值越小， 复制的强度就 越趋向于那些具有最大适应度的个体。
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源地址
目的地址
０
协议
协议
４）、与 ＩＰ 模块接口： ＵＤＰ 模块必须能从 ＩＰ 包头中分离出源 ＩＰ 地 址 ， 目 的 ＩＰ 地 址 和 协 议 字 段 。 对 应 与 用 户 的 接 受 操 作 ， ＵＤＰ／ＩＰ 接 口 应 该 返 回 完 整 的 Ｉｎｔｅｒｎｅｔ 数 据 报 文 （ 包 括 ＩＰ 头 ） ； 而 对 应 与 用 户 的 发 送 操 作 ， ＵＤＰ／ＩＰ 接 口还应该提供一个完整的 Ｉｎｔｅｒｎｅｔ 数据报文给 ＩＰ 模块。而 ＩＰ 模块将 校验某些字段的一致性， 计算 ＩＰ 头部分的校验和。 三 、其 优 点 缺 点 和 改 进 思 想 软件编程时可以采用经过优化的算法及一些 技 术 来 提 高 ＴＣＰ 数 据传输速度， 在使用 ＵＤＰ 协议时同样也可以采用一些算法和编程技 巧来提高 ＵＤＰ 的数据传输速度。特别是近年来 ３Ｇ 网络的牌照发放， 网络视频、网 络 电 视 、ＶＯＩＰ、ＰＤＡ、无 线 视 频 传 输 等 等 都 需 要 实 时 的 大 数 据 量 传 输 ， 这 正 是 ＵＤＰ 协 议 的 优 势 所 在 ， 在 ＵＤＰ 优 势 的 基 础 上 进 行算法和协议的优化， 使之具有一定的纠错能力， 提高 ＵＤＰ 数据包传 输的可靠性就具有一定的实际意义。针对 ＵＤＰ 协议的弱项， 可以进行 如下几个方面的改进： １．针对其 ＵＤＰ 协议的不可靠性， 加入重发机制 在一些车内网络 中， 车内有多种外挂设备需要和显示仪表设备进行数据通信， 这些通 信的特点是周期性， 大数据量， 各种不同设备的复杂工作状态如断电 等 ， 如 果 采 用 ＴＣＰ 协 议 进 行 数 据 交 互 ， 则 一 方 面 严 格 （ 下 转 第 ３８ 页 ）
３．４ 选择 选择算子的作用在于根据个体的优劣程度决定它在 下一代是被淘汰还是被复制。一般来说，通过选择，将使适应度高即优 良的个体有较大的生存机会。在遗传算法中，常常采用轮盘方式复制 对象。轮盘算法可以简单地描述如下：
１）依次累计群体内各个体的适应度，得到相 应 的 累 计 值 Ｓｉ，最 后 一 个累计值为 Ｓｎ；