專(zhuān)利名稱(chēng)：一種計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)tcp流量控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制方法，尤其是一種計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)TCP流量控制方法。
背景技術(shù)：
隨著互聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)規(guī)模急劇增大、網(wǎng)絡(luò)新應(yīng)用的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)帶寬資源被以P2P為代表的高突發(fā)流量大量侵占，一些關(guān)鍵業(yè)務(wù)無(wú)法得到保證，完成旨在提高網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)管理日益困難。在這種背景之下，流量控制技術(shù)作為一種有效的網(wǎng)絡(luò)管理手段越來(lái)越被網(wǎng)絡(luò)研究者和產(chǎn)業(yè)界所重視。流量控制將業(yè)務(wù)流進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)的流量速率控制在限制范圍內(nèi)。通過(guò)流量控制，可以緩解網(wǎng)絡(luò)擁塞、為網(wǎng)絡(luò)安全提供防御手段以及保證關(guān)鍵業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量，從而達(dá)到優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能、增加可用網(wǎng)絡(luò)帶寬、提高網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的目的。傳統(tǒng)流量控制方法大多數(shù)是基于隊(duì)列模型的流量控制算法，例如RED、WFQ，通過(guò)緩存或丟棄數(shù)據(jù)包調(diào)節(jié)業(yè)務(wù)流速率，并通過(guò)隊(duì)列的優(yōu)先級(jí)調(diào)度完成不同類(lèi)型業(yè)務(wù)流的帶寬分配，對(duì)不同業(yè)務(wù)流提供不同服務(wù)并實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量保證。傳統(tǒng)方法存在以下一些不足:1.隊(duì)列的排隊(duì)延時(shí)和調(diào)度延時(shí)增加了數(shù)據(jù)包的往返時(shí)延。尤其是隊(duì)列的規(guī)模較大時(shí)，產(chǎn)生的延時(shí)將增加，可能會(huì)對(duì)高實(shí)時(shí)性要求的業(yè)務(wù)流造成影響；2.丟包會(huì)造成TCP流的數(shù)據(jù)包重傳，浪費(fèi)網(wǎng)絡(luò)帶寬，降低網(wǎng)絡(luò)帶寬的利用率。同時(shí)由于TCP協(xié)議的擁塞控制機(jī)制會(huì)對(duì)丟包采取抑制發(fā)送速率的措施，TCP發(fā)送速率會(huì)自主下降，導(dǎo)致UDP流過(guò)多的占用帶寬，造成了 TCP流和UDP流的不公平性；3.流量控制策略的設(shè)置不夠靈活，所依賴(lài)的策略指標(biāo)不夠全面。大部分流量控制系統(tǒng)不能區(qū)分不同層次上的協(xié)議，尤其是不能針對(duì)應(yīng)用層的業(yè)務(wù)類(lèi)型進(jìn)行區(qū)分；4.難以保證業(yè)務(wù)流之間的流量控制相互獨(dú)立，不能針對(duì)單個(gè)業(yè)務(wù)流采用獨(dú)立的流量控制結(jié)構(gòu)(以基于隊(duì)列的流量控制方法為例，多個(gè)業(yè)務(wù)流共用一個(gè)隊(duì)列緩存，業(yè)務(wù)流之間的流量控制相互干擾，降低了控制精度)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種低延時(shí)、控制策略靈活配置、不丟包的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)TCP流量控制方法。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)TCP流量控制方法，包括如下步驟:(I)將數(shù)據(jù)包采集后按照自定義格式封裝:在數(shù)據(jù)包原有頭部封裝數(shù)據(jù)包有關(guān)信息、時(shí)間戳以及根據(jù)五元組計(jì)算的Hash值，封裝完成的數(shù)據(jù)包將送入用戶(hù)空間供用戶(hù)程序進(jìn)行解析；(2)根據(jù)用戶(hù)配置，構(gòu)建一個(gè)五元組規(guī)則庫(kù):該五元組規(guī)則庫(kù)主要包括源IP、目的IP、源端口、目的端口和協(xié)議，同時(shí)還需要對(duì)出入境流量進(jìn)行區(qū)分，增加對(duì)進(jìn)入物理端口的匹配，匹配成功后得到流量控制策略號(hào)；(3)根據(jù)用戶(hù)配置，構(gòu)建流表:流表按照業(yè)務(wù)流五元組Hash值索引，表項(xiàng)中寫(xiě)入內(nèi)容為用戶(hù)配置的流量控制策略號(hào)；(4)比較步驟(2)和步驟(3)分別得到的流量控制策略號(hào)，如果二者不等，則選擇步驟(3)所得到的流量控制策略號(hào)作為最終結(jié)果；(5)根據(jù)得到的流量控制策略號(hào)，系統(tǒng)將業(yè)務(wù)流送入對(duì)應(yīng)的速率控制管道，同時(shí)用戶(hù)將速率管道配置到約定的速率閾值，從而保證業(yè)務(wù)流的通過(guò)速率不會(huì)超過(guò)這個(gè)速率閾值。本發(fā)明的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)TCP流量控制方法的有益效果如下:(I)不需要通過(guò)緩存通過(guò)的數(shù)據(jù)包來(lái)降低其速率，因此降低了數(shù)據(jù)包的處理延時(shí)；(2)提供了多樣的業(yè)務(wù)流匹配方式，既能后完成基于五元組規(guī)則的匹配識(shí)別，同時(shí)能夠配合上層軟件根據(jù)流量識(shí)別特征庫(kù)完成業(yè)務(wù)流應(yīng)用協(xié)議的匹配識(shí)別。(3)在流量控制過(guò)程中，本發(fā)明通過(guò)修改ACK確認(rèn)包中接收端窗口值大小，達(dá)到發(fā)送端自主調(diào)節(jié)其發(fā)送速率的目的，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)TCP流的流量控制。并且在動(dòng)態(tài)修改接收端窗口過(guò)程，對(duì)發(fā)送端TCP報(bào)文長(zhǎng)度實(shí)時(shí)采樣來(lái)估算當(dāng)前TCP報(bào)文段長(zhǎng)度，并以此作為修改接收端窗口值的最小單位，以提高控制粒度。由于流量控制過(guò)程中不丟棄數(shù)據(jù)包，較好地克服數(shù)據(jù)包重傳問(wèn)題，提高了網(wǎng)絡(luò)帶寬的利用率。(4)通過(guò)速率控制管道陣列結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，使并發(fā)業(yè)務(wù)流的速率控制相互獨(dú)立，并提供了業(yè)務(wù)流級(jí)的精確速率控制效果。


圖1為本發(fā)明的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)TCP流量控制方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)TCP流量控制方法，包括如下步驟:(1)將數(shù)據(jù)包采集后按照自定義格式封裝:在數(shù)據(jù)包原有頭部封裝數(shù)據(jù)包有關(guān)信息、時(shí)間戳以及根據(jù)五元組計(jì)算的Hash值，封裝完成的數(shù)據(jù)包將送入用戶(hù)空間供用戶(hù)程序進(jìn)行解析；(2)根據(jù)用戶(hù)配置，構(gòu)建一個(gè)五元組規(guī)則庫(kù):該五元組規(guī)則庫(kù)主要包括源IP、目的IP、源端口、目的端口和協(xié)議，同時(shí)還需要對(duì)出入境流量進(jìn)行區(qū)分，增加對(duì)進(jìn)入物理端口的匹配，匹配成功后得到流量控制策略號(hào)；(3)根據(jù)用戶(hù)配置，構(gòu)建流表:流表按照業(yè)務(wù)流五元組Hash值索引，表項(xiàng)中寫(xiě)入內(nèi)容為用戶(hù)配置的流量控制策略號(hào)；(4)比較步驟(2)和步驟(3)分別得到的流量控制策略號(hào)，如果二者不等，則選擇步驟(3)所得到的流量控制策略號(hào)作為最終結(jié)果；(5)根據(jù)得到的流量控制策略號(hào)，系統(tǒng)將業(yè)務(wù)流送入對(duì)應(yīng)的速率控制管道，同時(shí)用戶(hù)將速率管道配置到約定的速率閾值，從而保證業(yè)務(wù)流的通過(guò)速率不會(huì)超過(guò)這個(gè)速率閾值。如圖1所示，本發(fā)明的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)TCP流量控制方法的具體實(shí)施的步驟如下:(I)為速率管道設(shè)置速率閾值；(2)設(shè)置速率高門(mén)限thresholdhig和速率低門(mén)限thresholdlow ;
(3)截獲業(yè)務(wù)流接收端返回確認(rèn)包，獲得其接收端窗口值大小；(4)根據(jù)最近Is截獲的返回確認(rèn)包接收端窗口值大小計(jì)算平均接收端窗口大小，作為修改接收端窗口的單位長(zhǎng)度，以下稱(chēng)為單位長(zhǎng)度；(5)計(jì)算當(dāng)前業(yè)務(wù)流通過(guò)速率；(6)當(dāng)前速率是否超出速率高門(mén)限thresholdhigh，如果是，跳轉(zhuǎn)(8)；(7)當(dāng)前速率是否小于速率低門(mén)限thresholdlow，如果是，跳轉(zhuǎn)(12);否則跳轉(zhuǎn)
(9)；(8)擬修改接收端窗口大小減小至一個(gè)單元長(zhǎng)度，跳轉(zhuǎn)(10)；(9)擬修改接收端窗口大小增加一個(gè)單元長(zhǎng)度；跳轉(zhuǎn)(10)；(10)判斷擬修改后接收端窗口大小是否大于實(shí)際接收端窗口值大小，如果小于，跳轉(zhuǎn)(12)算法結(jié)束；(11)修改接收端窗口值；(12)修改結(jié)束；對(duì)以上步驟可以概括為:當(dāng)實(shí)際速率大于預(yù)約速率閾值時(shí)，減小接收端窗口 ；當(dāng)實(shí)際速率小于預(yù)約速率閾值時(shí)，逐步增加接收端窗口。同時(shí)，對(duì)超出速率低門(mén)限和超出速率高門(mén)限兩種越界情況分別采取了不同程度的控制力度，當(dāng)實(shí)際速率超出速率高門(mén)限時(shí)，接收端窗口馬上降至一個(gè)單元長(zhǎng)度，目的是保證實(shí)際速率不能超出預(yù)約速率閾值，當(dāng)實(shí)際速率低于速率低門(mén)限時(shí)，接收端窗口增加一個(gè)單元長(zhǎng)度，逐步恢復(fù)傳輸速率。在這種控制機(jī)制的作用下，實(shí)際的速率被控制在速率低門(mén)限thresholdlow和速率高門(mén)限thresholdhigh兩個(gè)門(mén)限值之間。本發(fā)明的一種計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)TCP流量控制方法，通過(guò)硬件加速處理的方式降低處理延時(shí)，通過(guò)采取不丟包的方式克服TCP不公平性問(wèn)題和TCP數(shù)據(jù)包重傳問(wèn)題，并且提供了靈活的策略制定方式，除此之外設(shè)計(jì)了速率控制管道陣列結(jié)構(gòu)保證各個(gè)TCP業(yè)務(wù)流的速率控制相互獨(dú)立。上面所述的實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)精神前提下，本領(lǐng)域普通工程技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案做出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明的權(quán)利要求書(shū)確定的保護(hù)范圍內(nèi)。技術(shù)術(shù)語(yǔ)解釋:業(yè)務(wù)流:指一個(gè)包括通信雙方的源IP、目的IP、源端口、目的端口和協(xié)議的五元組。流量控制策略號(hào):指定速率控制管道的標(biāo)識(shí)。數(shù)據(jù)包捕獲設(shè)備:指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，可以從互聯(lián)網(wǎng)上像用戶(hù)空間提供數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)的專(zhuān)用硬件設(shè)備。Hash函數(shù):指滿(mǎn)足下列特征的一類(lèi)函數(shù):1)將有限的定義域映射到有限的值域。2)對(duì)于某一確定的輸入，存在一確定的輸出與之對(duì)應(yīng)。3)對(duì)于不同的輸入數(shù)據(jù),其輸出結(jié)果也不同。流表:根據(jù)業(yè)務(wù)流特征建立數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，流表按照業(yè)務(wù)流五元組按照特定Hash函數(shù)(如CRC32)計(jì)算的Hash值索引，在流表表項(xiàng)中記錄業(yè)務(wù)流有關(guān)信息，在本發(fā)明中流表用于記錄業(yè)務(wù)流的流量控制策略號(hào)。
權(quán)利要求
1.一種計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)TCP流量控制方法，包括如下步驟: (1)將數(shù)據(jù)包采集后按照自定義格式封裝:在數(shù)據(jù)包原有頭部封裝數(shù)據(jù)包有關(guān)信息、時(shí)間戳以及根據(jù)五元組計(jì)算的Hash值，封裝完成的數(shù)據(jù)包將送入用戶(hù)空間供用戶(hù)程序進(jìn)行解析； (2)根據(jù)用戶(hù)配置，構(gòu)建一個(gè)五元組規(guī)則庫(kù):該五元組規(guī)則庫(kù)主要包括源IP、目的IP、源端口、目的端口和協(xié)議，同時(shí)還需要對(duì)出入境流量進(jìn)行區(qū)分，增加對(duì)進(jìn)入物理端口的匹配，匹配成功后得到流量控制策略號(hào)； (3)根據(jù)用戶(hù)配置，構(gòu)建流表:流表按照業(yè)務(wù)流五元組Hash值索引，表項(xiàng)中寫(xiě)入內(nèi)容為用戶(hù)配置的流量控制策略號(hào)； (4)比較步驟(2)和步驟(3)分別得到的流量控制策略號(hào)，如果二者不等，則選擇步驟(3)所得到的流量控制策略號(hào)作為最終結(jié)果； (5)根據(jù)得到的流量控制策略號(hào)，系統(tǒng)將業(yè)務(wù)流送入對(duì)應(yīng)的速率控制管道，同時(shí)用戶(hù)將速率管道配置到約定的速率閾值，從而保證業(yè)務(wù)流的通過(guò)速率不會(huì)超過(guò)這個(gè)速率閾值。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種低延時(shí)、控制策略靈活配置、不丟包的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)TCP流量控制方法，包括如下步驟(1)將數(shù)據(jù)包采集后按照自定義格式封裝在數(shù)據(jù)包原有頭部封裝數(shù)據(jù)包有關(guān)信息、時(shí)間戳以及根據(jù)五元組計(jì)算的Hash值，封裝完成的數(shù)據(jù)包將送入用戶(hù)空間供用戶(hù)程序進(jìn)行解析；(2)根據(jù)用戶(hù)配置，構(gòu)建一個(gè)五元組規(guī)則庫(kù)；(3)根據(jù)用戶(hù)配置，構(gòu)建流表；(4)比較步驟(2)和步驟(3)分別得到的流量控制策略號(hào)，如果二者不等，則選擇步驟(3)所得到的流量控制策略號(hào)作為最終結(jié)果；(5)系統(tǒng)將業(yè)務(wù)流送入對(duì)應(yīng)的速率控制管道，同時(shí)用戶(hù)將速率管道配置到約定的速率閾值，從而保證業(yè)務(wù)流的通過(guò)速率不會(huì)超過(guò)這個(gè)速率閾值。
文檔編號(hào)H04L12/801GK103200112SQ201210002440
公開(kāi)日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2012年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月6日
發(fā)明者彭策力, 謝海燕, 王建東 申請(qǐng)人:北京奇策科技有限公司