面试题：网络编程之Socket数据报文处理优化

Question

假设你正在开发一个基于UDP的实时数据传输系统，需要处理大量小数据报文。如何设计一种高效的机制来避免丢包，并且能对乱序到达的报文进行正确重组？

Answer 1

1. 序列号机制
   • 在每个UDP报文头部添加一个序列号字段。发送方按照顺序依次递增该序列号，从0开始，每发送一个报文，序列号加1。这样接收方可以根据序列号判断报文是否乱序，并对乱序到达的报文进行正确排序。
2. 窗口机制
   • 接收方维护一个接收窗口。窗口大小根据网络状况和系统资源动态调整。例如，初始窗口大小可以设置为10个报文。接收方只接收序列号在窗口范围内的报文。如果接收到窗口外的报文，先缓存起来，等待窗口滑动。
   • 发送方也维护一个发送窗口，限制未确认报文的数量。当发送窗口内的报文都已发送且未收到确认时，停止发送新的报文，避免网络拥塞导致丢包。
3. 确认机制
   • 接收方收到报文后，发送一个确认报文给发送方。确认报文中包含已成功接收的最大序列号。发送方根据确认报文，从发送窗口中移除已确认的报文，并滑动窗口，继续发送新的报文。
4. 超时重传机制
   • 发送方为每个发送的报文设置一个超时定时器。如果在超时时间内没有收到确认报文，就重传该报文。超时时间需要根据网络的往返时间（RTT）动态调整，例如，可以使用Jacobson算法来估算RTT，并设置合适的超时时间。
5. 报文缓存与重组
   • 接收方设置一个缓存区，用于缓存乱序到达的报文。当接收到一个报文时，首先检查序列号。如果序列号在窗口内且是期望接收的下一个序列号，直接处理该报文；如果序列号大于期望接收的下一个序列号，将其存入缓存区；如果序列号小于期望接收的下一个序列号，丢弃该报文（因为已经处理过）。
   • 当接收方处理完当前窗口内的所有报文后，检查缓存区，将缓存区内序列号连续的报文按顺序取出进行处理，完成报文的重组。