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基于混合TCP-UDP的HTTP协议实现方法

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

  摘要:目前,用于Web页面访问的应用都是基于HTTP应用协议的,而在下层则使用传输控制协议(TCP)[1]作为传输协议;但TCP并不适合于短会话,即只有少量的数据交换的情况。因为建立、撤销TCP链接的开销即使对于短会话也是必需的。在用于PDA(个人数字助理)中浏览器的设计中,根据无线网络延迟大、带宽窄的特点提出了一种混合TCP-UDP传输协议的方法来解决这一问题。本方法使用UDP[2]作为短会话时的传输层协议,而对于有大量数据需要传输时则使用TCP作为传输层的协议。这样,对于短会话可以避免TCP的额外开销,而对于长会话又可以得到由TCP提供的可靠传输和拥塞控制。
  关键词:TCPUDPHTTPPDA
  
  引言
  
  超文本传输协议(HTTP)是目前通过Internet进行信息交换最主要的方式。HTTP协议是建立在请求/响应(request/response)模型上的。首先由客户建立一条与服务器的TCP链接,并发送一个请求到服务器,请求中包含请求方法、URI、协议版本以及相关的MIME(MultipurposeInternetMailExtensions)样式的消息。服务器响应一个状态行,包含消息的协议版本、一个成功和失败码以及相关的MIME式样的消息(包含服务器的信息、资源实体的信息和可能的资源内容)。图1给出了HTTP协议实现的一个简单模型。HTTP/1.0[3]为每一次HTTP的请求/响应建立一条新的TCP链接,因此一个包含HTML内容和图片的页面将需要建立多次的短期的TCP链接。一次TCP链接的建立将需要3次握手。另外,为了获得适当的传输速度,则需要TCP花费额外的回路链接时间(RTT)。每一次链接的建立需要这种经常性的开销,而其并不带有实际有用的数据,只是保证链接的可靠性,因此HTTP/1.1[4]提出了可持续链接的实现方法。HTTP/1.1将只建立一次TCP的链接而重复地使用它传输一系列的请求/响应消息,因此减少了链接建立的次数和经常性的链接开销。
  
  可持续链接减少了每次TCP链接建立的时间,但是一个空闲的TCP链接将需要一个Socket和相应的存储缓冲区。一个Socket缓冲区的最小长度必须大于一个TCP包的最大长度,即64KB,而且很多实现方法在链接建立时将预分配一些缓冲区。可用的Socket的数量是有限的,很多基于BSD的操作系统对于能够同时打开的链接数都有一个缺省的最大值。
  
  无线掌上设备PDA的应用(如浏览器)[5]特点表现在:①因为页面是针对掌上设备制作的,一般在1K~2K字节,比较小;②目前无线通信网络的带宽很窄,GSM的数据信道带宽只有9.6K。当前Web页面的访问大多通过HTTP协议,并使用TCP作为下层的传输控制协议。但不幸的是,TCP并不适合短会话的应用情况,不同于现在采用的使用单一TCP传输协议进行数据传输的方式。本文提出了采用动态选择传输层协议(TCP、UDP)的方法来改善取回页面的延迟、网络拥塞以及服务器的负荷。
  
  这种混合TCP-UDP的方法结合两个方面的优点:首先,对于需要比较少数据传输的情况,它将使用UDP作为传输层的协议,从而避免了TCP链接的多次握手开销;另外,对于需要较多数据传输的情况,它将使用可靠的带有重排序和拥塞控制的TCP协议作为传输层的协议。混合TCP-UDP的实现方法只需要对应用层的改动,而操作系统的核心代码不用任何更改。仅采用UDP协议的缺点在于,需要在应用层建立一套类似于TCP复杂的控制协议,从而进行重排序和拥塞控制来保证传输的可靠性。
  
  1背景
  
  HTTP是一个请求/响应协议,客户端的应用程序通过提供一个URL可以从服务器上得到所需的数据。HTTP可以用来访问各种不同类型的资源,其中包括文本、图形、影音、可执行文件、数据库查询结果等等。
  
  图2给出了在客户端发起HTTPGET请求后,在客户端和服务器之间进行数据包交换的示意。图中只有两个数据包是有用的(即携带了数据):一个是HTTPGET请求,另一个是HTTP的响应。其它的都是TCP用来进行握手操作的数据包。为了减轻Web服务器的负荷,经常采用重定向机制。这样从服务器发来的重定向响应报文是很短的数据包。使用TCP作为传输协议需要至少7个数据包,而使用UDP则只需要2个数据包就足够了。
  
  2设计
  
  我们使用混合传输层[6]的方法即对于少量数据传输的链接采用UDP,而对于大量数据传输的链接采用TC

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