專利名稱：具有傳輸控制協議匯聚模塊的傳輸控制協議主機的制作方法
技術領域：
本發明一般涉及通過第一網絡節點和第二網絡節點之間的網段傳送傳輸控制協議(TCP)流的效率，所述網絡節點均結合了TCP主機。TCP主機可以是TCP客戶機、TCP服務器或TCP代理。TCP代理是擔任客戶機和被稱為目的服務器的另一個服務器之間的中介的服務器。典型地，TCP客戶機建立至TCP代理服務器的連接或流，然后TCP代理服務器建立至另一個TCP代理服務器或目的服務器的連接。因此，TCP代理服務器終止了一端上的TCP連接并發起至另一端的連接。第一和第二網絡節點可以是任何類型的網絡設備，包括但是不限于用戶終端，例如數字用戶線(DSL)調制解調器、機頂盒(STB)、光纖網絡終端(ONT)；接入節點，例如數字用戶線接入復用器(DSLAM)、數字環路載波機(DLC)、光纜調制解調器終端系統(CMTS)、光纖聚合器、寬帶接入服務器；路由選擇節點，例如邊緣IP路由器、核心IP路由器，等等。
背景技術：
因特網業務當前由TCP業務占主導地位。一些調查顯示，TCP構成了整個因特網業務的90％。部分TCP業務涉及所謂的鼠數據業務(micedata traffic)傳送少量數據的具有短持續時間的TCP流。另外一部分TCP業務涉及所謂的象數據業務(elephant data traffic)傳送大量數據的具有長持續時間的TCP流，例如多媒體下載等。在當前的網絡中，鼠數據業務典型地遭受不公平的帶寬配額。
廣泛使用的TCP的Reno變體是當前因特網中最具優勢的實施方式。標準的TCP或TCP Reno在IETF RFC 1122中作了定義。通過以下URL可以在因特網上檢索到該RFC
//www.ietf.org/rfc/rfc1122.txt？number＝1122盡管大量更有效的變體存在(例如TCP Fast、TCP Vegas、TCPWestwood...)，TCP Reno一般不會被這些更有效的任何TCP實施方式取代，因為TCP Reno趨向于使這些其它變體“挨餓”。可選的TCO協議調查在M.Goutelle等作者的“A Survey of Transport Protocaols otherthan Standard TCP”中給出。該出版物以通過以下URL能檢索到//www.unix.gridforum.org/Meetings/ggf10/GGF10％20Documents/Survey％20DT-RG.pdf更好的執行TCP變體不能與TCP Reno共存，因為TCP Reno在帶寬爭用方面富有侵略性地勝于其它TCP變體。這阻礙了在如因特網的公用網絡中引入更好的執行TCP變體，在所述公用網絡中已經廣泛地使用了TCPReno。更有效的TCP變體的使用當前僅限于未實施TCP Reno的專用網絡。作者Kenji Kurata、Go Hasegawa、Masayuki Murata的文章“FairnessComparisons Between TCP Reno and TCP Vegas for Future Deploymentof TCP Vegas”推斷盡管TCP Vegas歸因于其從TCP Reno的擁塞避免算法的增強而得到的高性能成為最有前途的TCP機制之一，但是它貫穿因特網是不可能的。原因在于這樣一種狀況其中，TCP Vegas連接和TCPReno連接必須在網絡中共存，TCP Vegas連接可能遭受明顯的不公平。該文章比較了TCP Reno和TCP Vegas的擁塞避免算法，并包含作者對于TCP Reno和TCP Vegas連接共享鏈路這一狀況的研究結果，整篇文章可以通過以下URL下載//www.nal.es.osaka-u.ac.jp/achievements/web1999/papers/k-kurata/k-kurata 00inet-ComparisionsRenoVegas.pdf另一公開出版物是，作者Ao Tang、Jiantao Wang、Sanjay Hegde和Steven H.low2005年3月11日發表的“Equilibrium and Fairness ofNetworks Shared by TCP Reno and Vegas/FAST”，該文論證原則上通過TCP Fast參數的適當選擇，能夠獲得TCP Reno和TCP Fast之間的任何目標協議間公平性。但是，該文的結論是，實際中必須如何計算參數并不清楚，因此對于TCP Reno和TCP Fast在共享鏈路上的公平共存保留了理論上的可能性而不是可行的實踐。Tang等人的該出版物在以下URL上通過因特網可以得到//www.sisl.caltech.edu/pubs/equilibrium.pdf在傳統的TCP實施中，TCP源(或客戶)為每個TCP流開放插槽并在TCP源和目的之間建立端到端連接。標準的TCP協議，如TCP Reno將經歷通常的過程三方握手、慢啟動和擁塞控制(擁塞避免、快速重發和快速恢復)。一旦所有的數據都發送，則啟動TCP關閉過程。標準的TCP(TCP Reno)的不同階段在IETF RFC 2001中詳細描述，通過以下URL從因特網能檢索之//www.ietf.org/rfc/rfc2001.txt？number＝2001由于對等應用的成功而導致的對等連接的日益增加，同樣TCP連接的數量和跟著發生的在低發送狀態(因為它必須經歷慢啟動和擁塞控制)上傳輸的數據的數量快速增加。實際上，因特網一直在經歷著某些基礎上的改變，從接入基礎結構的更新到因特網使用方式的變化。諸如對等通信、VoIP和IPTV的新應用以及鼠數據業務的增長要求整個網絡的數據和傳輸結構的改變。然而，多年來，諸如TCP Reno的已經成為因特網主干的機制在因特網的基礎設施和使用中，已經不能有效發展來利用這些改變。

發明內容
本發明的目的在于，公開了消除當前TCP實施的低效率的TCP發送和接收主機，以及尤其是在處理因諸如對等通信的新應用而導致的增長的連接數量和在傳輸被當前TCP協議不公平對待的鼠數據業務的過程中，用于收發TCP流的方法。
本發明的其他目的在于，實現TCP變體的引入，所述變體在公開網絡中的執行優于TCP Reno，在所述網絡中，這樣的新變體，至少臨時地，必須與TCP Reno共存而不會出現帶寬不足。
上述目的是通過由權利要求1限定的發送TCP主機、由權利要求8限定的接收TCP接收主機以及由權利要求9限定的方法實現的。
事實上，通過聚合或者復用所有通過發送TCP主機(客戶機或代理)和接收TCP主機(代理或目的服務器)之間的網段的TCP流，所有TCP數據分組都在單個TCP連接上傳輸，其中聚合的流之間的公平性可由TCP匯聚模塊控制。由于網絡單元之間的網段上的TCP流的聚合，將不存在TCP流之間的帶寬爭用，其中所述網絡單元結合了根據本發明的發送和接收TCP主機。聚合給了鼠數據業務更好的機會，因為鼠數據將在根據本發明工作的網段中的更高的擁塞窗口上傳輸。本發明的附加優點在于，通過對路徑進行分段，在該網段上傳輸的數據將由該網段的端點之間的業務量而不是整個業務狀況來支配，其中所述網段由根據本發明的發送和接收TCP主機端接。因此，即使擁塞發生在路徑的另一個網段內，在根據本發明工作的聚合TCP連接中聚合TCP的分組，將不會受影響，并且能仍然以最有效的方式被傳輸。另外，所有流被聚合的單個TCP連接可以使用TCP的更好的變體，例如TCP Vegas或TCP Fast，因為沒有TCP Reno連接與聚合TCP Reno流在該網段上共存，因此對于聚合TCP流而言不存在受到不公平對待或變得帶寬不足的風險。因此，本發明允許更好的TCP實施的透明使用，意味著本發明將不會打亂出現在網絡中的傳統TCP業務。
另外，根據本發明的發送TCP主機的可選特征由權利要求2限定。當聚合TCP流是不同于TCP Reno的TCP實施時，傳送該聚合TCP流的網段將明顯地受益于該TCP變體的更佳性能。TCP實施的選擇能根據該網段的物理特性作出。在沒有本發明的前提下這樣引入更好的TCP實施是不可能的，因為所有的TCP Reno連接將不得不同時被更好的執行TCP取代，或者必須開發出新的、更好的執行TCP變體。
再者，根據本發明的發送TCP主機的可選特征由權利要求3限定。事實上，如果出現高速率的、高性能網段，TCP Fast實施可以選擇用于聚合TCP流，因為該TCP實施針對這樣的網絡特性被最優化。
另外，根據本發明的發送TCP主機的可選特征由權利要求4限定。事實上，在網段內優選來自源側的增強的擁塞預知的情況下，TCP Vegas可以選擇用于聚合TCP流，因為該TCP實施針對其被設計。取代了使用分組丟失作為擁塞測量，TCP Vegas源將監控其期望見到的速率和其實際意識到的速率之間的差異。TCP Vegas的策略是調整源的發送速率，以嘗試保持小數量的分組在沿路徑的網絡單元內緩沖。
另外，根據本發明的發送TCP主機的可選特征由權利要求5限定。事實上，在無線網段的情況下，TCP Westwood實施可以選擇用于聚合TCP流，因為這種TCP實施針對無線鏈路被優化。
根據本發明的發送TCP主機的進一步的可選特征在于，該聚合TCP流可以是TCP Reno流，如權利要求6所限定的。這是因為，即使在聚合TCP流是TCP Reno流的情況下，本發明的特定優勢和目的將仍然能實現。例如，從TCP匯聚模塊控制到不同TCP流的帶寬分配將是可能的，并且結果是在網段上的TCP流之間將不再有帶寬爭用。此外，與分段有關的優勢，即發生在其它網段的擁塞的無關性保留下來。
如權利要求7所述，根據本發明的發送TCP主機的進一步的可選特征在于，其TCP匯聚模塊為在聚合TCP流中聚合的每個TCP流控制帶寬分配。結果，將存在更少的擁塞，這意味著根據本發明的TCP機制將更少地在諸如慢啟動和擁塞避免階段的低傳輸狀態上工作。


圖1顯示了網絡，其中根據本發明用于接收TCP流的方法實施例在不同的網段上實施；圖2顯示了DSLAM，在其線路卡上結合了根據本發明的發送和接收TCP主機實施例。
具體實施例方式
在圖1繪出的網絡中，客戶端107通過非對稱數字用戶線(ADSL)連接到第一數字用戶線接入復用器(DSLAM)105。類似地，客戶端108和109通過各個ADSL環路連接到第二DSLAM106。這是圖1所示網絡的接入部分。在該網絡的聚合部分，第一和第二DSLAM連接到以太網交換機104。該以太網交換機通過第二以太網交換機103和IP邊緣路由器102與IP主干101耦合。
圖1進一步示出許多根據本發明工作的聚合TCP流或TCP聚合隧道。第一聚合TCP流111是客戶端108和DSLAM106之間的用戶至DSLAM隧道。用戶或客戶端108和DSLAM106之間的所有TCP流都聚合到單個、聚合TCP流中，所述聚合TCP流例如TCP Fast流。客戶端108處的ADSLCPE調制解調器中的TCP主機具有TCP匯聚模塊，該模塊將屬于不同流的TCP分組復用到單個TCP Fast連接111內。因此，當用戶側108的應用打開TCP插槽時，TCP匯聚模塊將使用特定的TCP插槽緩沖分組并將它們發送到DSLAM106。該特定TCP插槽將是位于傳統TCP插槽之上的層，但是使用了更有效的諸如TCP Fast的TCP實施。由于客戶端108和DSLAM106之間的所有業務都要通過相同的TCP匯聚模塊和相同的聚合TCP流，將TCP Reno流與其它TCP實施的業務混合將沒有問題。TCP匯聚模塊還控制了不同的TCP流之間的聚合TCPFast連接111范圍內的可用帶寬分配，其中所述不同的TCP流在聚合TCPFast連接111中被多路復用。解聚點，即DSLAM106，在其線路卡上具有TCP主機，該TCP主機帶有的TCP匯聚模塊能夠執行相反的操作。DSLAM線路卡上的TCP匯聚模塊換句話說解復用了來自TCP Fast連接111的屬于不同TCP流的分組。注意，作為可選方案，DSLAM106中的TCP匯聚模塊可以在網絡終端卡(NT)而不是線路卡(LT)上實施。
配置第二聚合TCP隧道112，用于TCP流從DSLAM106向下一個網絡單元即圖1中的以太網交換機104的轉發。形成DSLAM106的NT上的TCP主機一部分的TCP匯聚模塊因此聚合了所有TCP流，所述TCP流典型地在單個匯聚TCP管道中傳送來自如108和109的不同用戶的TCP分組，所述聚合TCP管道終止于以太網交換機104的起解聚作用的TCP匯聚模塊上。
圖1中示出的另一個聚合TCP隧道是用戶至以太網交換機隧道113。其中，由例如PC在用戶位置107處建立的TCP流被聚合，并通過特定TCP連接113經由DSLAM105傳輸到以太網交換機104。來自用戶107的TCP分組在TCP匯聚模塊的以太網交換機104處被解聚。
圖1中所示的最后的聚合TCP隧道是以太網交換機至邊緣路由器隧道114，其中所有TCP分組被聚合，并需要在以太網交換機104和邊緣路由器102之間傳輸。該第四個聚合TCP隧道114透明地穿過以太網交換機103并終止于邊緣路由器102內的TCP匯聚模塊上，其解聚TCP分組并利用傳統機制將TCP分組轉發給IP主干101中的下一個網絡單元。
圖2示出例如圖1中的DSLAM106的一些更詳細的細節，在其線路卡202和203上具有根據本發明的TCP主機。線路卡202例如具有帶有TCP匯聚模塊的TCP主機，所述TCP匯聚模塊終止了聚合TCP流221，其中聚合了兩種不同的TCP流，例如來自運行在用戶的PC上的不同應用的TCP Reno和TCPFast連接。屬于這兩種TCP流的分組由TCP匯聚模塊在線路卡201上聚合，并通過內部總線或點到點連接轉發給網絡終端板201。按照類似的方式，線路終端卡203具有帶有TCP匯聚模塊的TCP主機，所述TCP匯聚模塊對來自兩個其它TCP流的TCP分組進行解聚，所述兩個其它TCP流被復用在單個聚合TCP隧道222上。被解復用之后，來自那兩個TCP流的分組還通過內部總線或點到點連接轉發給網絡終端201。網絡終端201可以利用傳統機制，也就是說經由4個單獨的TCP流211、212、213和214，將TCP分組轉發給聚合網絡中的下一個網絡單元，或者可選地，NT201也可以配備根據本發明的TCP主機，將來自不同TCP流的分組聚合到單個聚合TCP流中。后者具有這樣的優勢，即不同類型的TCP流不會爭用帶寬，并且能夠在到下一個網絡單元的鏈路上控制帶寬分配。
盡管參照特定實施例描述了本發明，對本領域的技術人員來說，在本發明的精神和范圍內作出各種改變或調整是顯而易見的。因此，打算覆蓋落在本專利申請所公開和申明的基本原理精神和范圍內的任何所有修改、變體和等效物。例如，ADSL和以太網的背景只是作為例子而給出。對于電信基礎設施設計領域的技術人員來說，本發明能在獨立于基本物理層和網絡層技術的任何網段上實施，這一點是非常清楚的。此外，還應注意到，TCP Vegas、TCP Reno、TCP Westwood等僅僅作為TCP變體的范例而提及，所述TCP變體可以被復用到根據本發明的聚合TCP流中，或者可以用作聚合TCP流本身。存在多個其它TCP變體，其中一些在本專利申請的引言部分的公開出版物中引用。對于所有這些變體，本發明都是可以應用的并具有某些優勢。
權利要求
1.一種傳輸控制協議主機(TCP)，用于在第一網絡節點(106)中向網段上的至少一個第二網絡節點(104)傳送傳輸控制協議流，其特征在于，所述傳輸控制協議主機包含傳輸控制協議匯聚模塊，所述模塊用于將通過所述第一網絡節點(106)和所述第二網絡節點(104)之間的所述網段的所有傳輸控制協議流聚合到聚合傳輸控制協議流(112)中。
2.根據權利要求1的傳輸控制協議主機，其特征在于，其中所述聚合傳輸控制協議流(112)是比TCP Reno流具有更高性能的傳輸控制協議流。
3.根據權利要求2的傳輸控制協議主機，其特征在于，所述聚合傳輸控制協議流(112)是TCP Fast流。
4.根據權利要求2的傳輸控制協議主機，其特征在于，所述聚合傳輸控制協議流(112)是TCP Vegas流。
5.根據權利要求2的傳輸控制協議主機，其特征在于，所述聚合傳輸控制協議流(112)是TCP Westwood流。
6.根據權利要求1的傳輸控制協議主機，其特征在于，所述聚合傳輸控制協議流(112)是TCP Reno流。
7.根據權利要求2的傳輸控制協議主機，其特征在于，所述傳輸控制協議匯聚模塊包含用于控制在所述傳輸控制協議流之中的所述聚合傳輸控制協議流內的可用帶寬分配的裝置，所述傳輸控制協議流被聚合在所述聚合傳輸控制協議流(112)中。
8.一種傳輸控制協議(TCP)主機，用于在第二網絡節點(104)中從網段上的至少一個第一網絡節點(106)接收傳輸控制協議流，其特征在于，所述傳輸控制協議流主機包含傳輸控制協議匯聚模塊，所述模塊用于從聚合傳輸控制協議流(112)中解聚通過所述第一網絡節點(106)和第二網絡節點(104)之間的所述網段的所有傳輸控制協議流。
9.一種用于在網段上的第一網絡節點(106)和第二網絡節點(104)之間收發傳輸控制協議流的方法，其特征在于，所述方法包含以下步驟在所述第一網絡節點(106)內將通過所述第一網絡節點(106)和第二網絡節點(104)之間的所述網段的所有傳輸控制協議流聚合到聚合傳輸控制協議流(112)中，并且在所述第二網絡節點(104)內從所述聚合傳輸控制協議流(112)中解聚所述傳輸控制協議流。
全文摘要
一種發送傳輸控制協議主機(TCP)，用在第一網絡節點(106)中通過網段向第二網絡節點(104)中的接收TCP主機傳送TCP流。發送TCP主機包含TCP匯聚模塊，所述模塊用于將通過所述第一網絡節點(106)和第二網絡節點(104)之間的網段的所有TCP流聚合到聚合TCP流(112)中。接收TCP主機包含TCP匯聚模塊，所述模塊用于從聚合TCP流(112)中解聚TCP流。
文檔編號H04L29/06GK1984080SQ200610163349
公開日2007年6月20日 申請日期2006年12月1日 優先權日2005年12月2日
發明者I-J·昌, W·A·J·范利克維克, T·吉塞林格斯 申請人:阿爾卡特公司