UDP数据报IP分片传输方式研究
刘阳
摘要：本文介绍了TCP/IP协议中的UDP数据传输协议和IP数据分片的传输方式，分析了IP数据分片的优势和劣势。针对IP数据分片的优劣，提出了现有信息传输系统以太网数据传输方式的改进，为提高系统的数据吞吐量打下了一定基础
关键词：TCP/IPUDPIP分片
1引言
网络和网络应用的普遍化使得各种设备如何接入网络并充分应用现成网络以进行远距离集中控制成为人们所关注的问题。其中如何解决设备与网络之间的接口问题就成为重中之重。因此对于以太网接口系统的研究既有理论意义，也有实际价值。
网络协议中有一种简单的面向数据的传输层协议UDP数据报，UDP数据报产生于进程中的每个输出操作，并在发送时组装成一份待发送的IP数据,这个数据的长度是有一定限制的，如果一个进程中发送的数据长度超过网络的MTU，就要对IP数据进行分片。本文分析了IP分片在UDP数据传输的优势和劣势，提出了切实可行的改进方案。
2UDP数据报和IP分片协议介绍
2.1UDP数据报传输协议
一个UDP数据报由UDP首部和用户数据组成，UDP首部中包括16位的源端口号，16位的目的端口号，16位的UDP长度，16位的UDP校验和共8个字节组成。
在传输层中，一个UDP数据报加上了20个字节的IP数据报首部，组成一个IP数据报。在整个IP包首部加上6字节的目的物理地址、6字节的源物理地址和2字节的IP报类型数据，这些数据被一起发送给下一层网络层进行传输。在某系统地面站分系统中，地面收发单元给地面综合数据处理单元发送的UDP包。
2.2IP分片协议
当UDP数据包进行分片后，每一片都具有自己的首部，因此可以看成一个完整独立的IP包，并且与其他UDP包进行分片后的IP包是相互独立的。然而接收端接收这些IP包时有可能不会按照原来的顺序接收，但是IP包的首部中有足够的信息，因此接收端能正确的还原出原来的数据报。
3UDP数据报和IP分片的优劣
3.1IP分片的优势
分片技术是一种降低CPU处理负荷的技术，这种技术的基本思想主要是为了降低CPU对协议的处理的负担，由高速网卡或者高速线卡等硬件来完成对包括TCP、IP、UDP、ICMP等子协议的处理。
具体来说，对UDP数据报进行IP分片有以下的优势：
分片可以大大减少中断次数。如果进行分片处理，每个以太网包触发一次CPU的中断改为应用程序的每次网络I／O操作触发一次中断，CPU响应中断处理的负荷会大大减少。
IP数据分片一般由高速网卡专用协议芯片完成，而专用协议芯片的对网络协议的处理速度远不是通用CPU可以比拟的。省略了数据识别、重组拷贝的过程。采用专用协议处理芯片处理后，先在本地进行协议处理，然后才通知CPU将数据上传，避免了CPU对待处理数据缓冲这一环，以及占用时间很大的搬移数据的工作量。
3.2IP分片的缺点
UDP数据报被分片后，每一片都具有自己的IP首部，是独立的，与其他UDP数据包的分片也没有任何关系，因此，当接收端接收到这些数据分片时，有可能顺序会被打乱。目的端将分片重组时，重组的顺序，单片长度等信息完全依赖于每个分片中的IP首部。由于IP数据包是一种不可靠的数据传输服务，它不保证IP数据包能到达目的地，因此，如果在网络传输中丢失了某一个IP分片，则在目的端将无法将整个UDP数据报重组起来。对应用层来说，整个分片和重组过程对它来说是透明的，若底层无法将UDP数据报重组的话，应用层将无法收到这一整个UDP数据报。
4对现有系统的改进
为充分发挥IP数据分片的优势，避免不足之处对系统数据传输的影响，可对网络接口模块的软件作一定的改进：利用在网络数据传输中可以利用不同的端口号进行不同类型数据的传输，将下行复合数据中的各种信息在地面收发单元拆分后分不同的端口传输。遥测数据要求实时、高可靠性传输，但数据量不大；图像等任务数据数据量较大，可以容忍一定的时延，出现偶发的错误时也对信息的解码和恢复也不会造成太大影响。
大量的数据传输到地面综合数据处理单元后，先由网卡对IP分片数据进行重组，重组完成后才利用中断通知CPU将整个UDP数据报取走，由于可以累积一定量的数据才发送中断给CPU，中国期刊库zgqkk.com最权威期刊论文发表网。IP分片传输大大降低了中断的次数，减轻了CPU的负担；同时由于IP数据分片对应用层来说是透明的，而且可以采用DMA等技术，减轻了CPU搬移大容量数据的负担，提高了CPU的程序执行效率。
5结论
随着技术的发展，在类似的信息传输系统中传输的数据量越来越大，而以太网作为一种协议开放，高速的数据传输方式获得了越来越广泛的应用。利用各种类型的数据的不同特点，采用不同的方式进行传输，对提高真个系统的可靠性，降低误码率，提高实时性可以发挥较大的作用，同时也为更高数据量的传输奠定坚实的基础。
参考文献
[1]（美）W.RichardStevens.TCP/IP详解卷1：协议.机械工业出版社.
[2]（美）HeatherOsterloh.TCP/IPPrimerPlus中文版.人民邮电出版社.
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