UDP流对网络Qos的影响分析

【摘要】随着网络的不断普及，现在网上娱乐也越来越流行，而网上娱乐业务中大部分是基于UDP协议的。本文重点分析了大量增加的UDP数据包对于整个网络Qos的影响，通过设置网络丢包率持续增大到一定的值为临近点，在这一点便开始进行有效的UDP数据包的流量控制，以免出现拥塞后付出更高的代价。通过仿真结果显示，解决方案可以在一定程度上减少丢包率，提高链路利用率，提高网络的Qos。

【关键词】UDP流；Qos；丢包率

网络协议是指网络上在各网络终端间进行通信时要彼此遵循的一系列的规则、标准或者约定的集合。随着网络技术的不断研究和应用，目前，互联网上广泛使用的协议为TCP协议。但是，随着网络用户的增加和所承载的多媒体UDP流的多元化，网络Qos面临着的稳定、质量等都面临不同的挑战。逐渐增多的面向无连接的多媒体UDP流很容易造成网络拥塞和网络瓶颈，严重影响网络上网Qos。

1.前言

QoS（Quality of Service）即服务质量，是网络的一种安全机制，是用来解决网络延迟和阻塞等问题的一种技术。QoS包括网络带宽、网络延迟、丢包率等几个方面。在一般情况下，比如Web应用，并不需要QoS，但是对于多媒体应用就是必不可少的。当网络过载或拥塞时，QoS能确保重要业务量不受延迟或丢弃，同时保证网络的延迟和丢包率在一定范围之内。通过使用QoS（Quality of Service），在网络业务中，可以对网络传输的带宽、传送的时延、数据的丢包率等进行管理，以此提高网络质量。

2.UDP与TCP流

UDP（User Datagram Protocol）是用户数据报协议的英文简写，在网络中，是OSI参考模型中一种基于无连接服务的传输层协议，用于处理提供面向事务的简单、且不可靠信息的UDP数据包和完成传送服务，处于IP协议的上一层，其正式规范是IETF RFC 768。UDP相对于面向连接的TCP服务，不提供数据包分组、数据组装，并且不负责数据包的丢包问题的处理。因此，网络对于UDP流就缺少足够的控制作用，当网络中有大量的UDP流丢失或者阻塞时，而网络节点接收不到反馈并继续不断的发送UDP流，这样就造成了网络中数据流的大量丢失，以致于要花费很大的代价才能解决。而TCP（Transmission Control Protocol）是传输控制协议的英文简称，是当前网络技术中最流行的网络协议，在计算机网络OSI体系模型中，负责完成第四层传输层所指定的相关功能。TCP是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的运输层主要通信协议，但在局域网中，TCP/IP协议的通信效率并不高、缺少灵活性。

对于一般情况下进行仿真。仿真网络拓扑结构如图1，源节点V1发送TCP流，窗口最大阈值为10，节点V2发送UDP流，数据包大小为1000字节，实验中不断改变UDP的发送速率，接收端为V3、V4。路由器缓冲区队列长度为50个包，测试时间为50秒。

如图2所示，有结果可得，随着UDP发送速率不断增大，TCP吞吐量明显不断减小，同时，整个网络中的流量在大幅度减少，证明网络已经处于高度拥塞状态。所以在不进行任何控制的情况下，随着UDP发送速率的不断增大，网络中TCP受到UDP流的排挤，并且UDP发送速率到了一定程度后UDP流的吞吐量也不会随着发送速率的增大而增大。而TCP的吞吐量则是在明显减少。

3.相应对策

本文提出的解决网络Qos的解决方法是：当网络中检测到大量增加的UDP流时，通过设置网络丢包率持续增大到一定的值为临近点，在这一点便开始进行有效的控制UDP流，使得它控制在一定范围内，避免真正出现拥塞而造成更大的资源浪费。这种支持服务质量QSo和控制UDP流的拥塞控制相结合的拥塞控制机制，能有效处理多媒体数据流本质上基于速率的特点，并按网络拥塞度进行适当调整发送速率的策略，更适合发送速率相对稳定、时延抖动受限的多媒体UDP流[4]。

首先，可以进行流量试探，通过逐渐增大UDP的发送频率，观察网络吞吐量，当吞吐量有比较明显的减小时，这时就把UDP的发送速率降低到原来的9/10，在进行观察，如果吞吐量仍然没有明显增大，再把UDP发送速率降低到之前的9/10，如果这时网络吞吐量有提高，那么UDP就按照上面的速率发送。这样可以最大限度的利用网络链路，减少丢包率。提高整个网络的Qos。

下面对以上策略进行仿真实验。拓扑结构如图1，实验结果如图3。

4.结论

通过本文的分析，在不断增大的UDP应用中，处理好UDP应用对于整个网络的影响是至关重要的。本文通过试探性的发送UDP速率，并且到检测到网络中有明显变化的吞吐量时，就对UDP速率进行一定的控制，这样可以在一定程度上防止网络拥塞的出现。当网络中，检测到大量的UDP应用出现时，QoS通过调节网络传输的带宽、传送的时延、数据的丢包率等管理功能，确保重要业务量减少延迟或丢弃，同时保证网络的延迟和丢包率在一定范围之内，以此提升整个网络的Qos。

参考文献

[1]林闯，单志广，盛立杰.新一代网络传输控制的模型与机制[J].计算机世界，2000（5）.

[2]Y.Wang，Q.-F.Zhu.“Error Control and Concealment for Video Communication A Review”.Proceedings of the IEEE，Vol.86，No.5，pp.974-997.May 1998.

[3]Srinivas Vegesna.IP服务质量[M].人民邮电出版社，2001.

[4]罗万明.支持服务质量QSo的拥塞控制及其机制的研究[D].中国科学院博士学位研究生学位论文，2007-02-02：3-40.

作者简介：董成武（1977-），男，大学本科，临沂职业学院讲师，研究方向：计算机网络、数据库技术及应用。