Как да осигурим гарантирана доставка на данни по…

Гарантирана доставка по UDP, като протокол без установяване на връзка и без гаранция за доставка, изисква реализиране на механизми за надеждност на ниво приложение или с използване на middleware. Основните подходи включват:

Механизми за потвърждение (Acknowledgements - ACK): Изпращачът включва в всеки датаграм идентификатор (например, пореден номер). Получателят изпраща потвърждение за получаване за всеки успешно получен датаграм.
Механизми за повторно изпращане (Retransmission): Изпращачът задава таймер след изпращане на датаграма. Ако потвърждение не бъде получено преди изтичане на таймера, датаграмът се счита за загубен и се изпраща отново.
Механизми за контрол на дублиращите се пакети: Получателят следи идентификаторите на получените датаграми и отхвърля дублиращите се, ако се появят в резултат на повторна изпращане.
Механизми за контрол на реда: Въпреки че UDP не гарантира реда, приложението може да използва поредни номера за преаранжиране на датаграмите от страната на получателя.
Контрол на потока: При необходимост може да се реализира механизъм, който предотвратява препълването на буфера на получателя.

Реализацията на тези механизми изисква значителни усилия на ниво приложение или използване на специализирани библиотеки/protocols, например:

Reliable User Datagram Protocol (RUDP): Разширение на UDP, което добавя надеждност.
Quic: Транспортен протокол, разработен от Google, който работи върху UDP и предоставя функционалност, подобна на TCP (надеждност, управление на потока, сигурност), но с подобрено време за установяване на връзка и по-малко въздействие от загуба на пакети.
Протоколи за реално време с частична надеждност: Например, Secure Real-time Transport Protocol (SRTP) може да включва опционални механизми за надеждност.

Примерна логика на страната на изпращача:

# псевдокод за илюстрация

data_to_send = [...] # списък с датаграми
sent_packets = {}    # речник: пореден номер -> (данни, време на изпращане)
next_seq_num = 0
ack_timeout = 0.1    # секунди
max_retransmissions = 5

за data в data_to_send:
    paket = (next_seq_num, data)
    send_udp(paket)
    sent_packets[next_seq_num] = (paket, time.time(), 0) # пакет, време на изпращане, брой повторения
    next_seq_num += 1

докато sent_packets:
    # чакаме потвърждения
    acks = receive_acks() # симулация на получаване на потвърждения
    за seq_num в acks:
        ако seq_num в sent_packets:
            del sent_packets[seq_num] # премахваме от списъка за изчакване

    # проверка за изтичане на таймера и повторно изпращане
    current_time = time.time()
    packets_to_retransmit = []
    за seq_num, (paket, send_time, retransmit_count) в sent_packets.items():
        ако current_time - send_time > ack_timeout:
            ако retransmit_count < max_retransmissions:
                packets_to_retransmit.append(seq_num)
            други:
                # пакетът е окончателно загубен след MaxRetransmissions
                handle_packet_loss(seq_num)
                del sent_packets[seq_num]

    за seq_num в packets_to_retransmit:
        paket, _, retransmit_count = sent_packets[seq_num]
        send_udp(paket)
        sent_packets[seq_num] = (paket, time.time(), retransmit_count + 1) # обновяване на време и брой

Тази реализация по същество създава протокол върху UDP, който имитира поведението на TCP по отношение на надеждността. Изборът на конкретен подход зависи от изискванията към приложението (например, закъснение, пропускателна способност). За повечето случаи, изискващи надеждност, е по-подходящо да се използват готови протоколи (TCP, QUIC) или проверени библиотеки.

Как да осигурим гарантирана доставка на данни по протокола UDP?