UDP趣谈：Go语言实现的重传机制与丢包应对策略

2023-08-01 00:57:41

UDP 可靠传输：在 Go 语言中实现无连接协议的可靠性

重构无连接的 UDP 协议

UDP（用户数据报协议）以其轻量级和高性能而著称，但它是一种无连接协议，这意味着它不维护发送者和接收者之间的状态。虽然这种无状态特性对于许多应用程序（例如视频流或语音通话）非常适合，但在需要可靠传输的情况下可能会造成问题。网络拥塞等因素可能会导致 UDP 数据包丢失，从而损害数据完整性。

为了克服这些限制，我们可以在 Go 语言中实现 UDP 的可靠传输机制。通过采用重传、序列号/确认号 (seq/ack) 和超时重传等技术，我们可以提高 UDP 的可靠性，使其能够胜任更多类型的应用程序。

可靠传输的利器

重传机制

重传机制是最简单也是最直接的可靠传输方法。当发送者检测到数据包丢失时，它会重新发送该数据包。为了在 Go 语言中实现重传，我们可以利用 time.After 函数来创建定时重传机制。

func sendWithRetry(conn *net.UDPConn, data []byte) error {
    for {
        _, err := conn.Write(data)
        if err != nil {
            time.After(100 * time.Millisecond)
            continue
        }
        break
    }
    return nil
}

seq/ack 机制

seq/ack 机制是一种更复杂的可靠传输方法，它使用序列号和确认号来跟踪数据包的传输状态。发送者为每个数据包分配一个唯一的序列号，而接收者发送一个确认号来确认已收到的最大序列号。

type packet struct {
    seqNum  uint32
    ackNum  uint32
    data    []byte
}

func sendWithSeqAck(conn *net.UDPConn, data []byte) error {
    seqNum := uint32(time.Now().UnixNano())
    ackNum := uint32(0)

    buf := bytes.NewBuffer(nil)
    binary.Write(buf, binary.BigEndian, seqNum)
    binary.Write(buf, binary.BigEndian, ackNum)
    buf.Write(data)

    for {
        _, err := conn.Write(buf.Bytes())
        if err != nil {
            time.After(100 * time.Millisecond)
            continue
        }
        break
    }

    return nil
}

超时重传机制

超时重传机制通过将超时时间添加到数据包中来进一步增强可靠性。如果在超时时间内没有收到确认号，则发送者将重新发送数据包。

func sendWithTimeout(conn *net.UDPConn, data []byte) error {
    seqNum := uint32(time.Now().UnixNano())
    ackNum := uint32(0)

    buf := bytes.NewBuffer(nil)
    binary.Write(buf, binary.BigEndian, seqNum)
    binary.Write(buf, binary.BigEndian, ackNum)
    buf.Write(data)

    timer := time.AfterFunc(100*time.Millisecond, func() {
        _, err := conn.Write(buf.Bytes())
        if err != nil {
            log.Println("Error sending data:", err)
        }
    })

    for {
        _, err := conn.Read(buf.Bytes())
        if err != nil {
            timer.Reset(100 * time.Millisecond)
            continue
        }

        timer.Stop()
        break
    }

    return nil
}