移動互聯網視頻實驗平臺中UDP網絡傳輸的研究

張桂雷

摘 要： 新疆目前有2200萬人口，互聯網城市覆蓋率為100%，移動互聯網城市覆蓋率為93.1%。新疆市場規模大，受眾群體廣，移動互聯網視頻實驗平臺的建設有利于滿足新疆人民的文化需求。目前流媒體傳輸方式種類繁多，為滿足移動互聯網視頻實驗平臺的建設，迫切需要選擇一種合適、有效的網絡傳輸技術。UDP數據報傳輸協議實現了點對點的通信和組播，使用UDP組播傳輸技術進行視頻傳輸，能更好地實現一對多的數據傳輸，提高數據傳輸效率，有利于移動互聯網視頻實驗平臺的建設。

關鍵詞： 移動互聯網； UDP； 組播； 實驗平臺

中圖分類號：G250.73 文獻標志碼：A 文章編號：1006-8228（2017）08-24-02

Abstract： Xinjiang currently has a population of 22 million. The Internet urban coverage rate reaches 100% and the mobile Internet urban coverage rate is 93.1%. Since Xinjiang has a huge market and a vast audience， the development of mobile Internet video experimental platform will meet the cultural need of Xinjiang people. At present， there are many kinds of streaming media transmission methods. To meet the need for the development of a mobile Internet video experimental platform， it's imperative to select an effective network transmission technology. User Datagram Protocol （UDP） can realize the point to point communication and multicast， and utilizing UDP multicast technique to transmit videos can better achieve one-to-many data transmission and enhance data transmission efficiency， which is beneficial to the construction of the mobile Internet video experimental platform.

Key words： mobile Internet； UDP； multicast； experimental platform

0 引言

UDP是一種用戶數據報協議，是一個無連接的簡單的面向數據報的運輸層協議。UDP把應用程序傳給IP層的數據報發送出去。UDP在傳輸數據之前，服務端與客戶端之間不需要先建立連接，數據傳輸時不需要經過數據校驗，所以沒有數據重發機制，數據傳輸的時效性[1]。UDP通信時不需要建立連接，數據的傳輸自然是不可靠的，UDP一般用于多點通信和實時的數據業務，比如語音廣播、視頻、QQ、TFTP、SNMP、RTP等等，注重速度流暢。

1 UDP組播傳輸的研究

移動互聯網視頻實驗平臺是新疆廣播電視傳統媒體向新媒體融合轉型的先導實驗平臺。完成移動互聯網視頻實驗平臺的建設需完成設計并建成媒體內容分發CDN網絡實驗節點，組成一個覆蓋全網絡的大規模分布存儲分發網絡。其中結合新一代UDP網絡傳輸技術是實現該功能的一個重要組成部分。UDP網絡傳輸技術可以有效保障視頻內容播發的流暢性和時效性。

1.1 UDP組播傳輸簡介

UDP協議是無面向連接的、不可靠的、無序的、無流量控制的傳輸層協議，UDP發送的每個數據報是記錄型數據報，所謂的記錄型數據報就是接收進程可以識別接收到的數據報的記錄邊界[2]。

1.2 UDP組播傳輸研究的關鍵點

實現UDP組播傳輸需要解決的幾個關鍵點如下。

⑴ UDP在發送每個數據報時，并不等候多個數據報集中在一起以一個較大的數據報發送，而是實時發送，它是記錄型的協議。接受進程每次獲得的數據報不定時發送進程所發送的那個數據報，不會是多個。接收進程可記錄并識別發送的每個數據報的邊界[3]。

⑵ UDP協議在發送進程的每個數據報不會按照發送的順序到達接受的進程，接收進程會有限接收先到達的數據報。因為數據報在數據傳輸時會因為數據報的傳送路徑或其他原因導致數據報不是按發送順序到達的，所以UDP協議是無序的傳輸協議[4]。

⑶ UDP協議沒有流量控制，當接收進程無法被數據報塞滿時就會丟棄數據，而發生這種情況時，UDP協議不會停止發送數據，也不會減低數據發送速率。

1.3 UDP組播的主要特點

⑴ UDP在發送數據之前不需要建立連接；

⑵ UDP使用盡最大努力交付，即不保證可靠交付，同時也不使用擁塞控制；

⑶ UDP是面向報文的。UDP沒有擁塞控制，很合適多媒體通信的要求；

⑷ UDP支持一對一、一對多、多對一和多對多的交互通信；

⑸ UDP的首部開銷小，只有8個字節。

2 UDP組播傳輸的設計

2.1 設計實現目標

基于移動互聯網視頻實驗平臺的流媒體支撐測試網絡是在充分調研網絡運營服務商的基礎上，設計全新應用層組播運營承載網絡實驗系統。內容分發實驗節點在保證流媒體服務特征的前提下， UDP網絡傳輸技術可以非常高效地應用在互聯網視頻直播、點播及下載等業務中。

2.2 UDP組播傳輸技術設計路線

采用UDP用戶數據報傳輸協議，實現點對點的通信和組播。在播發服務器與客戶之間建立數據通信后，采用組播方式進行視頻播發。可實現一對多的視頻直播。保證第三方科技單位實現科技資源配置優化，提高平臺的綜合使用效益。UDP客戶端與UDP服務器通信如圖1所示。

2.3 設計依據原理

UDP組播傳輸實現的依據原理如下。

⑴ 根據協議的作用范圍，組播協議分為主機-路由器之間的協議，即組播成員管理協議，以及路由器-路由器之間協議，主要是各種路由協議。組成員關系協議包括IGMP（互聯網管理協議）；組播路由協議又分為域內組播路由協議及域間組播路由協議兩類。域內組播路由協議包括 PIM-SM、PIM-DM、DVMRP等協議，域間組播路由協議包括 MBGP、MSDP等協議。同時為了有效抑制組播數據在二層網絡中的擴散，引入了IGMP Snooping等二層組播協議[5]。

⑵ UDP（User Data Protocol）協議是將網絡數據量壓縮成數據包的形式在網絡中進行傳輸，是一種無連接的協議。使用UDP傳輸數據時，每個數據段都是一個獨立的信息，包括完整的源地址和目的地，在網絡上以任何可能的 路徑傳到目的地，因此，能否到達目的地，以及到達目的地的時間和內容的完整性都不能保證。不過UDP報頭攜帶的信息比TCP的少的多，有更多的數據空間。

⑶ 組播報文的轉發相對復雜。一方面，組播路由類型與單播路由不同，是點到多點的一棵路由樹；另一方面組播報文轉發的。

3 結束語

UDP網絡傳輸技術的研究可以非常高效地應用在互聯網視頻直播、點播等業務中，可以有效的保障視頻內容播發的流暢性和時效性，能更好地實現一對多的數據傳輸，提高數據傳輸效率。

這一研究有利于移動互聯網視頻實驗平臺流媒體實時傳輸模塊的實現。有效的提高了移動互聯網視頻實驗平臺的建設中的網絡傳輸能力。

UDP網絡傳輸技術的研究可以更廣泛的應用在移動互聯網的在線視頻、語音廣播、網絡社交等領域，為今后的業務發展做技術儲備。

UDP網絡傳輸不是按發送順序到達的，所以UDP協議是無序的傳輸協議，在數據傳輸中不會進行數據包校驗，在數據傳輸過程中容易發生丟包現象。在今后的研究中，我們將在保證數據傳輸的效率的前提下努力減小丟包率，提高UDP網絡傳輸性能。

參考文獻（References）：

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[3] 葉樹華等著.網絡編程實用教程[M].清華大學出版社，2009.

[4] 王海軍，劉彩霞，程東年.一種基于UDP 的可靠傳輸協議分析與研究[J].計算機應用研究，2005.22（11）.

[5] 劉步中，高毅.基于UDP協議的視頻圖像傳輸研究與實現[J].電腦知識與技術，2011.6.

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