Jako dostawca serwerów do przesyłania strumieniowego często spotykam się z pytaniami klientów dotyczącymi różnic między UDP (protokołem datagramów użytkownika) a TCP (protokołem kontroli transmisji) w aplikacjach serwerów przesyłania strumieniowego. Zrozumienie tych różnic ma kluczowe znaczenie dla podejmowania świadomych decyzji podczas konfigurowania i optymalizacji usług przesyłania strumieniowego. W tym wpisie na blogu omówię cechy UDP i TCP oraz zbadam, jak wpływają one na aplikacje serwerów przesyłania strumieniowego.
1. Podstawowe pojęcia UDP i TCP
UDP
UDP to prosty, bezpołączeniowy protokół. Gdy nadawca chce wysłać dane przy użyciu protokołu UDP, po prostu pakuje dane w datagramy i wysyła je do miejsca docelowego bez uprzedniego ustanawiania połączenia. UDP nie gwarantuje dostarczenia danych, kolejności pakietów danych ani integralności danych. Jest to protokół „odpal i zapomnij”. Na przykład, jeśli datagram UDP zostanie utracony podczas przesyłania, w samym UDP nie ma mechanizmu umożliwiającego jego retransmisję.
TCP
Z drugiej strony TCP jest protokołem zorientowanym na połączenie. Przed rozpoczęciem przesyłania danych ustanawiane jest połączenie TCP pomiędzy nadawcą a odbiorcą w drodze trójstronnego uzgadniania. Podczas przesyłania danych protokół TCP zapewnia niezawodne dostarczanie danych. Wykorzystuje potwierdzenia, numery sekwencyjne i mechanizmy retransmisji, aby mieć pewność, że wszystkie pakiety danych zostaną odebrane prawidłowo i w odpowiedniej kolejności. Jeśli pakiet zostanie utracony lub uszkodzony, protokół TCP będzie go retransmitował, dopóki nie zostanie pomyślnie odebrany.
2. Wydajność w aplikacjach serwerów strumieniowych
Utajenie
W aplikacjach do przesyłania strumieniowego opóźnienie jest czynnikiem krytycznym. UDP generalnie ma mniejsze opóźnienia w porównaniu do TCP. Ponieważ protokół UDP nie wymaga ustanawiania połączenia i nie wiąże się z dodatkowymi kosztami retransmisji, dane można przesłać natychmiast. Dzięki temu protokół UDP nadaje się do zastosowań związanych ze strumieniowaniem w czasie rzeczywistym, takich jak transmisje sportowe na żywo, wideokonferencje i gry online. Na przykład w przypadku wydarzenia sportowego na żywo opóźnienie nawet kilkusekundowe może znacząco wpłynąć na wrażenia widza. Charakter UDP o niskim opóźnieniu pozwala na bardziej płynne oglądanie w czasie rzeczywistym.
TCP ze względu na proces nawiązywania połączenia i mechanizm retransmisji wprowadza większe opóźnienia. Trójstronne uzgadnianie na początku połączenia i czas potrzebny na retransmisję utraconych pakietów mogą powodować zauważalne opóźnienia. W scenariuszu transmisji na żywo to opóźnienie może sprawić, że strumień będzie wydawał się niezsynchronizowany, szczególnie w porównaniu ze strumieniem opartym na UDP.
Wydajność przepustowości
UDP zapewnia większą przepustowość - w niektórych przypadkach wydajną. Ponieważ nie wiąże się to z koniecznością retransmisji i potwierdzeń, może efektywniej wykorzystywać dostępną przepustowość do przesyłania danych. W przypadku aplikacji do strumieniowego przesyłania wideo o wysokiej jakości, gdzie trzeba szybko przesłać duże ilości danych, protokół UDP może lepiej wykorzystać przepustowość sieci.
Jednakże protokół TCP może nie być tak wydajny w niektórych sytuacjach. Retransmisja utraconych pakietów może zająć dodatkową przepustowość, szczególnie w sieci o dużej utracie pakietów. Na przykład w sieci bezprzewodowej z dużą ilością zakłóceń protokół TCP może zużywać znaczną część pasma na retransmisję utraconych pakietów, co może prowadzić do pogorszenia ogólnej jakości przesyłania strumieniowego.
Niezawodność
Niezawodność to kolejny kluczowy aspekt przesyłania strumieniowego. Chociaż UDP nie gwarantuje niezawodnego dostarczania, w niektórych aplikacjach do przesyłania strumieniowego tolerowana jest niewielka utrata danych. Na przykład w strumieniu wideo kilka utraconych pakietów może skutkować drobnym artefaktem wizualnym, ledwo zauważalnym dla widza. W takich przypadkach kompromis pomiędzy niskim opóźnieniem a niezawodnością sprawia, że UDP jest dobrym wyborem.
TCP zapewnia wysoką niezawodność. Zapewnia, że wszystkie pakiety danych zostaną odebrane poprawnie i w odpowiedniej kolejności. Jest to ważne w przypadku zastosowań, w których kluczowa jest integralność danych, takich jak pobieranie plików lub niektóre typy strumieniowego przesyłania wideo na żądanie. Na przykład użytkownik pobierający film w wysokiej rozdzielczości oczekuje, że cały plik zostanie pobrany bez żadnych błędów. Cechy niezawodnościowe protokołu TCP sprawiają, że nadaje się on do takich zastosowań.
3. Obsługa błędów w transmisji strumieniowej
UDP
W przypadku przesyłania strumieniowego opartego na UDP obsługa błędów jest często pozostawiona warstwie aplikacji. Ponieważ protokół UDP nie ma wbudowanych mechanizmów korekcji błędów, serwer przesyłania strumieniowego lub aplikacja kliencka musi wdrożyć własne strategie. Jednym z powszechnych podejść jest zastosowanie korekcji błędów w przód (FEC). FEC dodaje nadmiarowe dane do strumienia po stronie nadawcy. Jeśli po stronie odbiorcy utracone zostaną niektóre pakiety, nadmiarowe dane można wykorzystać do odtworzenia utraconych pakietów. Jednak FEC dodaje również dodatkowy narzut do strumienia.
TCP
TCP ma wbudowane - w przypadku błędów - mechanizmy obsługi. Jeśli pakiet zostanie utracony lub uszkodzony, protokół TCP automatycznie go ponownie prześle. Upraszcza to proces obsługi błędów dla twórcy aplikacji. Jednakże, jak wspomniano wcześniej, retransmisja może wprowadzić opóźnienia, co może nie być pożądane w aplikacjach do przesyłania strumieniowego w czasie rzeczywistym.
4. Przypadki użycia w aplikacjach serwerów strumieniowych
Przesyłanie strumieniowe oparte na UDP
- Transmisja na żywo: Jak wspomniano wcześniej, aplikacje do przesyłania strumieniowego na żywo, takie jak transmisje telewizyjne na żywo, koncerty na żywo i wydarzenia sportowe na żywo, korzystają z niskich opóźnień protokołu UDP. Usługi takie jakSerwer strumieniowego przesyłania multimediówmoże używać protokołu UDP w celu zapewnienia transmisji strumieniowej w czasie rzeczywistym dla dużej liczby widzów.
- Gry online: W grach online małe opóźnienia mają kluczowe znaczenie dla płynnej rozgrywki. UDP jest szeroko stosowany w grach online, aby zapewnić aktualizację stanu gry w czasie rzeczywistym pomiędzy graczami.
Przesyłanie strumieniowe oparte na protokole TCP
- Strumieniowe przesyłanie wideo na żądanie: W przypadku usług wideo na żądanie, w których użytkownik może wstrzymywać, przewijać i przewijać wideo do przodu, niezawodność jest ważniejsza niż małe opóźnienia. Często używany jest protokół TCPSerwer transmisji strumieniowej IPTVaplikacje do dostarczania treści na żądanie.
- Przesyłanie strumieniowe oparte na plikach: Podczas przesyłania strumieniowego dużych plików, takich jak filmy lub długie filmy, niezawodność protokołu TCP zapewnia dostarczenie całego pliku bez błędów.
5. Uwagi dla dostawców serwerów do przesyłania strumieniowego
Jako dostawca serwerów strumieniowych, wybierając pomiędzy UDP a TCP, należy wziąć pod uwagę kilka czynników:
- Warunki sieciowe: W stabilnej sieci o niskiej utracie pakietów protokół TCP może być dobrym wyborem, ponieważ zapewnia niezawodne przesyłanie strumieniowe. W sieci o dużej utracie pakietów lub zakłóceniach bardziej odpowiedni może być protokół UDP z odpowiednimi mechanizmami obsługi błędów.
- Wymagania aplikacji: Charakter aplikacji do przesyłania strumieniowego, niezależnie od tego, czy odbywa się w czasie rzeczywistym, czy na żądanie, określi znaczenie opóźnień i niezawodności.
- Skalowalność: W niektórych przypadkach UDP może być bardziej skalowalny, szczególnie w przypadku wydarzeń transmitowanych na żywo na dużą skalę. Ponieważ nie ma narzutu na zarządzanie połączeniem w protokole TCP, może obsłużyć większą liczbę jednoczesnych połączeń.
Wniosek
Podsumowując, zarówno UDP, jak i TCP mają swoje zalety i wady w aplikacjach serwerów strumieniowych. Protokół UDP oferuje niskie opóźnienia i wysoką wydajność przepustowości, dzięki czemu nadaje się do zastosowań związanych ze strumieniowym przesyłaniem danych w czasie rzeczywistym. TCP zapewnia wysoką niezawodność, która jest ważna w przypadku przesyłania strumieniowego na żądanie i opartego na plikach. Jako dostawca serwerów do przesyłania strumieniowego musimy dokładnie ocenić wymagania każdej aplikacji do przesyłania strumieniowego i warunki sieciowe, aby wybrać najodpowiedniejszy protokół.
Jeśli szukasz niezawodnego rozwiązania serwera do transmisji strumieniowej, niezależnie od tego, czy chodzi o transmisję strumieniową na żywo, czy dostarczanie treści na żądanie, jesteśmy tutaj, aby Ci pomóc. Nasz zespół ekspertów może pomóc Ci w konfiguracji i optymalizacji usługi przesyłania strumieniowego pod kątem Twoich konkretnych potrzeb. Skontaktuj się z nami, aby uzyskać więcej informacji i rozpocząć dyskusję dotyczącą zakupów.
Referencje
- Comer, Niemcy (2013). Sieci komputerowe i Internet. Pearsona.
- Tanenbaum, AS i Wetherall, DJ (2011). Sieci komputerowe. Pearsona.