一种基于TCP的FTP下载方法与流程

本发明属于数据传输的技术领域，特别涉及基于TCP的FTP下载方法。

背景技术：

FTP是TCP/IP协议组中协议之一。FTP协议包括两个部分，其一为FTP服务器，其二为FTP客户端。如图1所示，其中FTP服务器用来存储文件，用户可以使用FTP客户端通过FTP协议访问位于FTP服务器上的资源。在开发网站的时候，通常利用FTP协议把网页或程序传到Web服务器上。此外，由于FTP传输效率非常高，在网络上传输大的文件时，一般也采用该协议。

但是目前的FTP技术也有其缺点，即在网络不拥塞的情况，实际下载速率远远达不到标称速率。特别是为客户安装完网络硬件设备之后，在网络上启用基于FTP协议的网络应用，结果发现FTP的下载速率与标称的规格有很大差距。传统方法在遇到这样的问题是通过增大缓存，可是增大缓存的方法一方面增加设备的成本，另一方面也未能很明显的提升带宽。

如专利申请201410764780.7公开了一种用于FTP协议的上传数据的方法及其下载数据的方法，该方法包括：S101，普通节点向关键节点发送上传数据请求；S102，所述关键节点接收上传数据请求，并向所述普通节点发送确认发送信息；S103，所述普通节点接收确认发送信息后，向所述关键节点上传数据；以及S104，所述关键节点接收所述数据，并将所述数据上传至服务器。该用于FTP协议的上传数据的方法及其下载数据的方法通过FTP进行大量小文件传输，保证了文件的快速传输。该方法是通过对文件大小的判断来控制数据的传输，仍然解决不了上述问题。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于TCP的FTP下载方法，该方法能够在不增加缓存和硬件成本的基础上大大提升了FTP的实际下载速率。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下。

一种基于TCP的FTP下载方法，其特征在于所示方法在FTP开始运行后，基于两种算法来增加拥塞窗口，在稳定状态时，使用拥塞避免算法线性增加拥塞窗口；在传输开始时，或者超时重传或者空闲很长时间，这时使用慢启动算法来增加拥塞窗口。

慢启动算法为：

cwnd_n+1＝cwnd_n+MTU

拥塞避免算法：

${\mathrm{cwnd}}_{n+1}={\mathrm{cwnd}}_n+\frac{{\mathrm{MTU}}^2}{{\mathrm{cwnd}}_n}$

其中，cwnd_n是当前窗口大小。

具体步骤如下：

101、启动FTP服务器，指定下载的数据；

102、用户端与FTP服务器建立TCP会话；

103、启动下载；下载中，启动拥塞避免算法线性增加拥塞窗口；在传输开始时，或者超时重传或者空闲很长时间，使用慢启动算法来增加拥塞窗口；

104、下载结束。

所述103步骤中，FTP服务器和用户端程序不断监控实时带宽和链路往返延时。

进一步，所述103步骤中，包括有：

1031、判断当前网络是否拥塞，是则进入下一步启动慢启动算法，否则进入启动拥塞避免算法步骤；

1032、启动慢启动算法，保持A值不变，或者减少A，减慢开窗速度，减小下载带宽；

1033、启动拥塞避免算法，增大A值，加快开窗速度，增大下载带宽。

更进一步，在判断完网络是否拥塞后，还包括有：判断当前链路往返延时(RTT)是否过大？如若正常则保持A值不变，保持正常开窗和下载速度；如若过大，则增大A值，加快开窗速度，增大下载带宽。

本发明通过该方法，能够在不增加缓存和其它硬件成本的基础上，实现对下载网络的实时监控，通过增加拥塞窗口来提高下载速度，在不增加缓存的情况下，能够大大提高FTP的实际下载速率。

附图说明

图1是现有技术所实施的下载硬件结构图。

图2是本发明所实施的软件控制流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明所实施的方法，在FTP开始运行后，基于两种算法来增加拥塞窗口。在稳定状态时，使用拥塞避免算法线性增加拥塞窗口；在传输开始时，或者超时重传或者空闲很长时间，这时使用慢启动算法来增加拥塞窗口。这两个过程所使用的公式分别如下：

慢启动算法为：

cwnd_n+1＝cwnd_n+MTU (1)

拥塞避免算法：

${\mathrm{cwnd}}_{n+1}={\mathrm{cwnd}}_n+\frac{{\mathrm{MTU}}^2}{{\mathrm{cwnd}}_n}---\left(2\right)$

其中，cwnd_n是当前窗口大小。

因为FTP一旦开始经过慢启动后，将一直处于拥塞避免阶段，因此影响速率的主要在拥塞避免阶段，所以只关注公式(2)。从公式(2)看出这是一个增函数，但是增量会越来越小，它应该有个极限值。

为便于计算，将公式(2)改成算式(3)的一般形似。

$x_{t+\mathrm{\Δ}t}=x_t+\frac{A}{x_t}---\left(3\right)$

其中A＝MTU²，然后进一步简化，得

$x+\mathrm{\Δ}x=x+\frac{A}{x}---\left(4\right)$

左右两边同乘以x，得

x²+x^*Δx＝x²+A (5)

进一步化简，得

x^*Δx＝A (6)

假设从最初的最大窗口的一半调整到最大窗口所需要时间为T。由于拥塞避免时窗口的大小在每个RTT(网络延时)调整一次，那么T时间内，窗口调整的次数：M＝T/RTT。于是，将算式(6)在每个时刻的值求和，得

$x_{t_0}*{\mathrm{\Δx}}_{t_0}+x_{t_1}*{\mathrm{\Δx}}_{t_1}+x_{t_2}*{\mathrm{\Δx}}_{t_2}+\mathrm{............}+x_{t_{M-1}}*{\mathrm{\Δx}}_{t_{M-1}}=A*M---\left(7\right)$

算式(7)左边表达式中，是一个微小量，因此左边表达式的求和运算等价于下面的积分运算：

$x_{t_0}*{\mathrm{\Δx}}_{t_0}+x_{t_1}*{\mathrm{\Δx}}_{t_1}+x_{t_2}*{\mathrm{\Δx}}_{t_2}+\mathrm{............}+x_{t_{M-1}}*{\mathrm{\Δx}}_{t_{M-1}}\underset{X_{\max }/2}{\overset{X_{\max }}{\∫}}xdx---\left(8\right)$

其中X_max为最大窗口，结合算式(7)和(8)得：

$\underset{X_{\max }/2}{\overset{X_{\max }}{\∫}}xdx=A*M---\left(9\right)$

$\frac{x^2}{2}{|}_{X_{\max }/2}^{X_{\max }}=A*M---\left(10\right)$

$\frac{3*{X_{\max }}^2}{8}=A*M---\left(11\right)$

再引入一个公式：

$\frac{X_{\max }}{RTT}=r_{\max }---\left(12\right)$

其中r_max为FTP的最大带宽，将(12)和M＝T/RTT带入(11)，得

$T=\frac{3*{r_{\max }}^2*{\mathrm{RTT}}^3}{8*A}---\left(13\right)$

从算式(13)可以看出：

1.算式左侧的T表示从最初的最大窗口的一半调整到最大窗口所需时间。它越大，表明调整到最大窗口的时间越长，也表明平均带宽越小。

2.由于窗口大小和实际带宽是正相关的关系。r_max越大，T成3次方增大，这样窗口调整时间T就越长，于是平均带宽与期望带宽的偏差就越大。而r_max比较小时，平均带宽与期望带宽的偏差并不明显。

3.式中RTT参数是链路往返延时，这个延时很大的话同样会增加T，从而影响FTP吞吐量。因此要尽量减少网络延时(如减少数据流传输路径，使用低延时的传输媒介)，添加适当的缓存，防止网络过早丢包，可以减少RTT，但是如果缓存太大则会增加RTT。

因此通过使用较大的A值，或者在协议中使用自适应的A值，即在小带宽应用中使用较小的A值，在大带宽应用中使用较大的A值。这样在高速率(r_max)和高延时RTT(有些地方的网络它的延时就很大，而且难以改变)，可以通过A来抵消高速率(r_max)和高延时RTT的影响，从而获得较小的T，从而FTP的带宽可以获得显著提升。

基于此，本发明所实现的方法包括具体步骤如下：

S101、启动ftp server，指定下载的数据。

S102、用户端，打开ftp下载软件，输入ftp server IP地址，与ftp server建立TCP会话。

S103、会话建立后，启动下载。

S104、ftp server和用户端程序不断监控实时带宽和链路往返延时。

S105、判断当前网络是否拥塞？是则进入S106，否则进入S107步骤。

S106、启动慢启动算法，保持A值不变，或者减少A，减慢开窗速度，减小下载带宽。

S107、启动拥塞避免算法，增大A值，加快开窗速度，增大下载带宽。

S108、判断当前链路往返延时(RTT)是否过大？如若正常则进入步骤S110，如果过大，则进入步骤S109。

S109、增大A值，加快开窗速度，增大下载带宽。

S110、保持A值不变，保持正常开窗和下载速度。

S111、下载结束。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。