TCP与UDP网络流量对比分析研究.doc
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1、TCP与UDP网络流量对比分析研究doi:10.3969/j.issn.1001-3695.2010.06.056 Comparative analysis on TCP and UDP network traffic ZHANG Yibin1,2a,2b, ZHANG Zhibin1,2b, ZHAO Yong1,2a,2b, GUO Li1,2b (1.Institute of Computing Technology, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China; 2.a.Graduate School, b. National
2、Engineering Laboratory for Information Security Technologies, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China) Abstract:With the increase of network bandwidth, more and more new applications like audio, video and online games become the major force in network traffic. Based on realtime considerat
3、ions, these new applications mostly used UDP as transport layer protocol, which made UDP traffic increase. While previous traffic measurements were generally based on TCP and ignore UDP protocol. This paper made a continuous 12hour online measurement on a backbone environment. Firstly, it did a deta
4、iled analysis on TCP and UDP in transport and application layer, including total number of the flow, length distribution, duration distribution, and flow rate distribution. Secondly, gave a detailed classification on application layer protocols according to flow size, length, and speed. Our analysis
5、 and conclusions can present a data support for other studies as the traffic classification, network behavior analysis, and the network design etc. Key words:TCP; UDP; protocol characteristics; traffic classification; port 0 引言 随着网络带宽不断增长,网络行为模式日益复杂,各种新网络应用的产生,使人们对于网络的依赖性越来越强,同时也对网络提出了更高的要求。传统的基于文字和
6、图片的网络服务已经不能满足人们的需求,越来越多的音/视频、在线游戏等内容生动且互动性强的网络应用开始成为网络空间的主体。根据2008年IResearch咨询公司通过Cisco System提供的数据统计结果,P2P和在线视频服务流量已经超过了网页浏览、电子邮件这些传统的网络服务,其正在占用越来越多的网络带宽。以2008年为例,在线视频(包括PC和电视终端)和P2P流媒体产生的数据流量将占据全球互联网总流量的75.9%,达到4 034 PB,而预计到2012年这一数字会上升至81.2%。显然,以网络视频为主的新兴网络应用服务将成为未来带宽增加的最大推动者和受益方。 一般来说,网络应用服务在选择传
7、输层协议时有两大选择,即TCP或UDP。TCP是一种面向连接的、具备可靠传输特性的协议;UDP是一种面向无连接的传输协议。曾占据网络中绝大部分流量的TCP目前仍然是网络流量的较大组成部分,但UDP流量伴随着新型网络服务的发展而迅猛增加。由于音/视频通信、在线游戏等服务数据冗余性较强,对个别数据包的丢失不敏感,但是都具有较强的实时性要求,而且希望占用尽量少的管理资源从而可以支持更多的同时在线用户,目前这些新兴的网络服务越来越多地选择UDP作为其底层的传输协议。 传统的测量工作都是基于TCP进行的,忽略了当前网络流量中越来越重要的UDP,因此测量结果并不能完全代表网络实质。为此,本文将对高速网络中
8、TCP和UDP流进行测量研究,分析对比两者的统计特性,促进对当前网络流量中TCP和UDP流的理解,为网络和应用服务的设计提供借鉴。本文有下述两点主要贡献:a)在传输层和应用层分别对TCP和UDP及其应用层协议的流的总数、长度分布、持续时间分布、流的速度分布等作了详尽的分析;b)对TCP和UDP的应用层协议流的大小、长短、快慢作了详细的分类。 1 相关工作 面向网络层面的流量测量工作在20世纪80年代就已经起步,较早的研究工作多是以数据包(packet)作为理解网络流量行为的基本单位(building block)。Leland等人1通过对1989年8月1992年2月间数以亿计的以太网数据包的统
9、计分析,发现以太网流量具有自相似(selfsimilar)特性。但是正如Clark2指出的,基于包级别流量测量由于粒度小,在很多方面无法满足对于网络流量理解的需要。几乎在相同时期,Jain等人3也提出了相似的看法,他们提出了一种包列模型(pac?勃?ket train)。后续的很多研究4,5将包列模型扩展到传输层或者应用层分析中,或者专门对TCP流进行分析6,7。Claffy等人8在包列模型的基础上根据流量在时间和空间上的局部性特征定义了带参量的流(flow)模型。 经过实时测量,得到TCP和UDP的流的平均字节数,如图6所示。 TCP流的平均字节数在不同的网络情况下不同,从12001700流
10、的平均字节数在10 00025 000 Byte,随着网络流量的减少,在1800之后,流的平均字节数稳定在平均每个流25 000 Byte。UDP流的平均字节数在不同的网络情况下比较稳定,流的平均字节数在5 000 Byte左右。TCP流的平均字节数比UDP流多,结合图5,每一个TCP流包含的包数多,且字节数也多。TCP流的平均包数是UDP的2.5倍左右,但TCP流的平均字节数却是UDP的4.5倍左右。这表明,TCP中每个包所占的字节数也比UDP多,说明TCP流较UDP而言是大流。 3.2.3 流的平均速率 流的速率指的是流的总字节数与流的持续时间的比值,这一比值可以反映流的快慢,定义如下:
11、avg_rate_perflow=fi=1bi/(ei-si)f 经过测量,可以得到TCP和UDP的流的速率,如图7所示。TCP流的平均速率在不同的网络状况下比较稳定,维持在250 Bps,表明在各种情况下,TCP的使用是比较均衡的。UDP流在网络流量较大的12001800,流的平均速率稳定在150 Bps,但在1800之后,总的网络流量减小,而UDP流的平均流速却有所提高。这表明在夜间高速的UDP流的成分有所提升,如在夜晚观看P2P在线视频的人数增加,导致UDP的平均流速增加。对比而言,TCP流的速率明显比UDP快,作为大流的TCP,同时也是快流。 3.2.4 流的平均持续时间 流的持续时间
12、指的是流的第一个包到达的时间和最后一个包到达的时间间隔,定义如下: avg_duration_perflow=fi=1(ei-si)f 经过测量,可以得到TCP和UDP流的平均持续时间如图8所示。 TCP流的平均持续时间随着网络流量的减小而缓慢增加,一定程度上可以反映出在白天人们对信息的索取是简单快速的,而到了夜间,人们的生活节奏变缓,更加倾向于慢慢地浏览信息。UDP流在网络流量较大的12001800,流的持续时间不稳定,但在1800之后,总的网络流量减小, UDP流的平均持续时间却有所提高。这表明在夜间长流的UDP流的成分有所提升,如在夜晚观看P2P在线视频的人数比例增加,导致UDP的平均持
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- TCP UDP 网络流量 对比 分析研究
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