专利名称：具有传输控制协议汇聚模块的传输控制协议主机的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及通过第一网络节点和第二网络节点之间的网段传送传输控制协议(TCP)流的效率，所述网络节点均结合了TCP主机。TCP主机可以是TCP客户机、TCP服务器或TCP代理。TCP代理是担任客户机和被称为目的服务器的另一个服务器之间的中介的服务器。典型地，TCP客户机建立至TCP代理服务器的连接或流，然后TCP代理服务器建立至另一个TCP代理服务器或目的服务器的连接。因此，TCP代理服务器终止了一端上的TCP连接并发起至另一端的连接。第一和第二网络节点可以是任何类型的网络设备，包括但是不限于用户终端，例如数字用户线(DSL)调制解调器、机顶盒(STB)、光纤网络终端(ONT)；接入节点，例如数字用户线接入复用器(DSLAM)、数字环路载波机(DLC)、光缆调制解调器终端系统(CMTS)、光纤聚合器、宽带接入服务器；路由选择节点，例如边缘IP路由器、核心IP路由器，等等。
背景技术：
因特网业务当前由TCP业务占主导地位。一些调查显示，TCP构成了整个因特网业务的90％。部分TCP业务涉及所谓的鼠数据业务(micedata traffic)传送少量数据的具有短持续时间的TCP流。另外一部分TCP业务涉及所谓的象数据业务(elephant data traffic)传送大量数据的具有长持续时间的TCP流，例如多媒体下载等。在当前的网络中，鼠数据业务典型地遭受不公平的带宽配额。
广泛使用的TCP的Reno变体是当前因特网中最具优势的实施方式。标准的TCP或TCP Reno在IETF RFC 1122中作了定义。通过以下URL可以在因特网上检索到该RFC
http://www.ietf.org/rfc/rfc1122.txt？number＝1122尽管大量更有效的变体存在(例如TCP Fast、TCP Vegas、TCPWestwood...)，TCP Reno一般不会被这些更有效的任何TCP实施方式取代，因为TCP Reno趋向于使这些其它变体“挨饿”。可选的TCO协议调查在M.Goutelle等作者的“A Survey of Transport Protocaols otherthan Standard TCP”中给出。该出版物以通过以下URL能检索到http://www.unix.gridforum.org/Meetings/ggf10/GGF10％20Documents/Survey％20DT-RG.pdf更好的执行TCP变体不能与TCP Reno共存，因为TCP Reno在带宽争用方面富有侵略性地胜于其它TCP变体。这阻碍了在如因特网的公用网络中引入更好的执行TCP变体，在所述公用网络中已经广泛地使用了TCPReno。更有效的TCP变体的使用当前仅限于未实施TCP Reno的专用网络。作者Kenji Kurata、Go Hasegawa、Masayuki Murata的文章“FairnessComparisons Between TCP Reno and TCP Vegas for Future Deploymentof TCP Vegas”推断尽管TCP Vegas归因于其从TCP Reno的拥塞避免算法的增强而得到的高性能成为最有前途的TCP机制之一，但是它贯穿因特网是不可能的。原因在于这样一种状况其中，TCP Vegas连接和TCPReno连接必须在网络中共存，TCP Vegas连接可能遭受明显的不公平。该文章比较了TCP Reno和TCP Vegas的拥塞避免算法，并包含作者对于TCP Reno和TCP Vegas连接共享链路这一状况的研究结果，整篇文章可以通过以下URL下载http://www.nal.es.osaka-u.ac.jp/achievements/web1999/papers/k-kurata/k-kurata 00inet-ComparisionsRenoVegas.pdf另一公开出版物是，作者Ao Tang、Jiantao Wang、Sanjay Hegde和Steven H.low2005年3月11日发表的“Equilibrium and Fairness ofNetworks Shared by TCP Reno and Vegas/FAST”，该文论证原则上通过TCP Fast参数的适当选择，能够获得TCP Reno和TCP Fast之间的任何目标协议间公平性。但是，该文的结论是，实际中必须如何计算参数并不清楚，因此对于TCP Reno和TCP Fast在共享链路上的公平共存保留了理论上的可能性而不是可行的实践。Tang等人的该出版物在以下URL上通过因特网可以得到http://www.sisl.caltech.edu/pubs/equilibrium.pdf在传统的TCP实施中，TCP源(或客户)为每个TCP流开放插槽并在TCP源和目的之间建立端到端连接。标准的TCP协议，如TCP Reno将经历通常的过程三方握手、慢启动和拥塞控制(拥塞避免、快速重发和快速恢复)。一旦所有的数据都发送，则启动TCP关闭过程。标准的TCP(TCP Reno)的不同阶段在IETF RFC 2001中详细描述，通过以下URL从因特网能检索之http://www.ietf.org/rfc/rfc2001.txt？number＝2001由于对等应用的成功而导致的对等连接的日益增加，同样TCP连接的数量和跟着发生的在低发送状态(因为它必须经历慢启动和拥塞控制)上传输的数据的数量快速增加。实际上，因特网一直在经历着某些基础上的改变，从接入基础结构的更新到因特网使用方式的变化。诸如对等通信、VoIP和IPTV的新应用以及鼠数据业务的增长要求整个网络的数据和传输结构的改变。然而，多年来，诸如TCP Reno的已经成为因特网主干的机制在因特网的基础设施和使用中，已经不能有效发展来利用这些改变。
发明内容
本发明的目的在于，公开了消除当前TCP实施的低效率的TCP发送和接收主机，以及尤其是在处理因诸如对等通信的新应用而导致的增长的连接数量和在传输被当前TCP协议不公平对待的鼠数据业务的过程中，用于收发TCP流的方法。
本发明的其他目的在于，实现TCP变体的引入，所述变体在公开网络中的执行优于TCP Reno，在所述网络中，这样的新变体，至少临时地，必须与TCP Reno共存而不会出现带宽不足。
上述目的是通过由权利要求1限定的发送TCP主机、由权利要求8限定的接收TCP接收主机以及由权利要求9限定的方法实现的。
事实上，通过聚合或者复用所有通过发送TCP主机(客户机或代理)和接收TCP主机(代理或目的服务器)之间的网段的TCP流，所有TCP数据分组都在单个TCP连接上传输，其中聚合的流之间的公平性可由TCP汇聚模块控制。由于网络单元之间的网段上的TCP流的聚合，将不存在TCP流之间的带宽争用，其中所述网络单元结合了根据本发明的发送和接收TCP主机。聚合给了鼠数据业务更好的机会，因为鼠数据将在根据本发明工作的网段中的更高的拥塞窗口上传输。本发明的附加优点在于，通过对路径进行分段，在该网段上传输的数据将由该网段的端点之间的业务量而不是整个业务状况来支配，其中所述网段由根据本发明的发送和接收TCP主机端接。因此，即使拥塞发生在路径的另一个网段内，在根据本发明工作的聚合TCP连接中聚合TCP的分组，将不会受影响，并且能仍然以最有效的方式被传输。另外，所有流被聚合的单个TCP连接可以使用TCP的更好的变体，例如TCP Vegas或TCP Fast，因为没有TCP Reno连接与聚合TCP Reno流在该网段上共存，因此对于聚合TCP流而言不存在受到不公平对待或变得带宽不足的风险。因此，本发明允许更好的TCP实施的透明使用，意味着本发明将不会打乱出现在网络中的传统TCP业务。
另外，根据本发明的发送TCP主机的可选特征由权利要求2限定。当聚合TCP流是不同于TCP Reno的TCP实施时，传送该聚合TCP流的网段将明显地受益于该TCP变体的更佳性能。TCP实施的选择能根据该网段的物理特性作出。在没有本发明的前提下这样引入更好的TCP实施是不可能的，因为所有的TCP Reno连接将不得不同时被更好的执行TCP取代，或者必须开发出新的、更好的执行TCP变体。
再者，根据本发明的发送TCP主机的可选特征由权利要求3限定。事实上，如果出现高速率的、高性能网段，TCP Fast实施可以选择用于聚合TCP流，因为该TCP实施针对这样的网络特性被最优化。
另外，根据本发明的发送TCP主机的可选特征由权利要求4限定。事实上，在网段内优选来自源侧的增强的拥塞预知的情况下，TCP Vegas可以选择用于聚合TCP流，因为该TCP实施针对其被设计。取代了使用分组丢失作为拥塞测量，TCP Vegas源将监控其期望见到的速率和其实际意识到的速率之间的差异。TCP Vegas的策略是调整源的发送速率，以尝试保持小数量的分组在沿路径的网络单元内缓冲。
另外，根据本发明的发送TCP主机的可选特征由权利要求5限定。事实上，在无线网段的情况下，TCP Westwood实施可以选择用于聚合TCP流，因为这种TCP实施针对无线链路被优化。
根据本发明的发送TCP主机的进一步的可选特征在于，该聚合TCP流可以是TCP Reno流，如权利要求6所限定的。这是因为，即使在聚合TCP流是TCP Reno流的情况下，本发明的特定优势和目的将仍然能实现。例如，从TCP汇聚模块控制到不同TCP流的带宽分配将是可能的，并且结果是在网段上的TCP流之间将不再有带宽争用。此外，与分段有关的优势，即发生在其它网段的拥塞的无关性保留下来。
如权利要求7所述，根据本发明的发送TCP主机的进一步的可选特征在于，其TCP汇聚模块为在聚合TCP流中聚合的每个TCP流控制带宽分配。结果，将存在更少的拥塞，这意味着根据本发明的TCP机制将更少地在诸如慢启动和拥塞避免阶段的低传输状态上工作。
图1显示了网络，其中根据本发明用于接收TCP流的方法实施例在不同的网段上实施；图2显示了DSLAM，在其线路卡上结合了根据本发明的发送和接收TCP主机实施例。
具体实施例方式
在图1绘出的网络中，客户端107通过非对称数字用户线(ADSL)连接到第一数字用户线接入复用器(DSLAM)105。类似地，客户端108和109通过各个ADSL环路连接到第二DSLAM106。这是图1所示网络的接入部分。在该网络的聚合部分，第一和第二DSLAM连接到以太网交换机104。该以太网交换机通过第二以太网交换机103和IP边缘路由器102与IP主干101耦合。
图1进一步示出许多根据本发明工作的聚合TCP流或TCP聚合隧道。第一聚合TCP流111是客户端108和DSLAM106之间的用户至DSLAM隧道。用户或客户端108和DSLAM106之间的所有TCP流都聚合到单个、聚合TCP流中，所述聚合TCP流例如TCP Fast流。客户端108处的ADSLCPE调制解调器中的TCP主机具有TCP汇聚模块，该模块将属于不同流的TCP分组复用到单个TCP Fast连接111内。因此，当用户侧108的应用打开TCP插槽时，TCP汇聚模块将使用特定的TCP插槽缓冲分组并将它们发送到DSLAM106。该特定TCP插槽将是位于传统TCP插槽之上的层，但是使用了更有效的诸如TCP Fast的TCP实施。由于客户端108和DSLAM106之间的所有业务都要通过相同的TCP汇聚模块和相同的聚合TCP流，将TCP Reno流与其它TCP实施的业务混合将没有问题。TCP汇聚模块还控制了不同的TCP流之间的聚合TCPFast连接111范围内的可用带宽分配，其中所述不同的TCP流在聚合TCPFast连接111中被多路复用。解聚点，即DSLAM106，在其线路卡上具有TCP主机，该TCP主机带有的TCP汇聚模块能够执行相反的操作。DSLAM线路卡上的TCP汇聚模块换句话说解复用了来自TCP Fast连接111的属于不同TCP流的分组。注意，作为可选方案，DSLAM106中的TCP汇聚模块可以在网络终端卡(NT)而不是线路卡(LT)上实施。
配置第二聚合TCP隧道112，用于TCP流从DSLAM106向下一个网络单元即图1中的以太网交换机104的转发。形成DSLAM106的NT上的TCP主机一部分的TCP汇聚模块因此聚合了所有TCP流，所述TCP流典型地在单个汇聚TCP管道中传送来自如108和109的不同用户的TCP分组，所述聚合TCP管道终止于以太网交换机104的起解聚作用的TCP汇聚模块上。
图1中示出的另一个聚合TCP隧道是用户至以太网交换机隧道113。其中，由例如PC在用户位置107处建立的TCP流被聚合，并通过特定TCP连接113经由DSLAM105传输到以太网交换机104。来自用户107的TCP分组在TCP汇聚模块的以太网交换机104处被解聚。
图1中所示的最后的聚合TCP隧道是以太网交换机至边缘路由器隧道114，其中所有TCP分组被聚合，并需要在以太网交换机104和边缘路由器102之间传输。该第四个聚合TCP隧道114透明地穿过以太网交换机103并终止于边缘路由器102内的TCP汇聚模块上，其解聚TCP分组并利用传统机制将TCP分组转发给IP主干101中的下一个网络单元。
图2示出例如图1中的DSLAM106的一些更详细的细节，在其线路卡202和203上具有根据本发明的TCP主机。线路卡202例如具有带有TCP汇聚模块的TCP主机，所述TCP汇聚模块终止了聚合TCP流221，其中聚合了两种不同的TCP流，例如来自运行在用户的PC上的不同应用的TCP Reno和TCPFast连接。属于这两种TCP流的分组由TCP汇聚模块在线路卡201上聚合，并通过内部总线或点到点连接转发给网络终端板201。按照类似的方式，线路终端卡203具有带有TCP汇聚模块的TCP主机，所述TCP汇聚模块对来自两个其它TCP流的TCP分组进行解聚，所述两个其它TCP流被复用在单个聚合TCP隧道222上。被解复用之后，来自那两个TCP流的分组还通过内部总线或点到点连接转发给网络终端201。网络终端201可以利用传统机制，也就是说经由4个单独的TCP流211、212、213和214，将TCP分组转发给聚合网络中的下一个网络单元，或者可选地，NT201也可以配备根据本发明的TCP主机，将来自不同TCP流的分组聚合到单个聚合TCP流中。后者具有这样的优势，即不同类型的TCP流不会争用带宽，并且能够在到下一个网络单元的链路上控制带宽分配。
尽管参照特定实施例描述了本发明，对本领域的技术人员来说，在本发明的精神和范围内作出各种改变或调整是显而易见的。因此，打算覆盖落在本专利申请所公开和申明的基本原理精神和范围内的任何所有修改、变体和等效物。例如，ADSL和以太网的背景只是作为例子而给出。对于电信基础设施设计领域的技术人员来说，本发明能在独立于基本物理层和网络层技术的任何网段上实施，这一点是非常清楚的。此外，还应注意到，TCP Vegas、TCP Reno、TCP Westwood等仅仅作为TCP变体的范例而提及，所述TCP变体可以被复用到根据本发明的聚合TCP流中，或者可以用作聚合TCP流本身。存在多个其它TCP变体，其中一些在本专利申请的引言部分的公开出版物中引用。对于所有这些变体，本发明都是可以应用的并具有某些优势。
权利要求
1.一种传输控制协议主机(TCP)，用于在第一网络节点(106)中向网段上的至少一个第二网络节点(104)传送传输控制协议流，其特征在于，所述传输控制协议主机包含传输控制协议汇聚模块，所述模块用于将通过所述第一网络节点(106)和所述第二网络节点(104)之间的所述网段的所有传输控制协议流聚合到聚合传输控制协议流(112)中。
2.根据权利要求1的传输控制协议主机，其特征在于，其中所述聚合传输控制协议流(112)是比TCP Reno流具有更高性能的传输控制协议流。
3.根据权利要求2的传输控制协议主机，其特征在于，所述聚合传输控制协议流(112)是TCP Fast流。
4.根据权利要求2的传输控制协议主机，其特征在于，所述聚合传输控制协议流(112)是TCP Vegas流。
5.根据权利要求2的传输控制协议主机，其特征在于，所述聚合传输控制协议流(112)是TCP Westwood流。
6.根据权利要求1的传输控制协议主机，其特征在于，所述聚合传输控制协议流(112)是TCP Reno流。
7.根据权利要求2的传输控制协议主机，其特征在于，所述传输控制协议汇聚模块包含用于控制在所述传输控制协议流之中的所述聚合传输控制协议流内的可用带宽分配的装置，所述传输控制协议流被聚合在所述聚合传输控制协议流(112)中。
8.一种传输控制协议(TCP)主机，用于在第二网络节点(104)中从网段上的至少一个第一网络节点(106)接收传输控制协议流，其特征在于，所述传输控制协议流主机包含传输控制协议汇聚模块，所述模块用于从聚合传输控制协议流(112)中解聚通过所述第一网络节点(106)和第二网络节点(104)之间的所述网段的所有传输控制协议流。
9.一种用于在网段上的第一网络节点(106)和第二网络节点(104)之间收发传输控制协议流的方法，其特征在于，所述方法包含以下步骤在所述第一网络节点(106)内将通过所述第一网络节点(106)和第二网络节点(104)之间的所述网段的所有传输控制协议流聚合到聚合传输控制协议流(112)中，并且在所述第二网络节点(104)内从所述聚合传输控制协议流(112)中解聚所述传输控制协议流。
全文摘要
一种发送传输控制协议主机(TCP)，用在第一网络节点(106)中通过网段向第二网络节点(104)中的接收TCP主机传送TCP流。发送TCP主机包含TCP汇聚模块，所述模块用于将通过所述第一网络节点(106)和第二网络节点(104)之间的网段的所有TCP流聚合到聚合TCP流(112)中。接收TCP主机包含TCP汇聚模块，所述模块用于从聚合TCP流(112)中解聚TCP流。
文档编号H04L29/06GK1984080SQ200610163349
公开日2007年6月20日 申请日期2006年12月1日 优先权日2005年12月2日
发明者I-J·昌, W·A·J·范利克维克, T·吉塞林格斯 申请人:阿尔卡特公司