专利名称：消除网络通信中管道效应的方法
技术领域：
本发明涉及一种消除网络通信中“管道效应”的方法，属于网络通信领域。
在目前的因特网传输通信中，信道速率和延时的乘积超过10000比特的定义为“管道”信道。具有“管道”特性的信道对网络的性能具有一定的负面影响，称为“管道效应”。传输控制协议TCP(Transmission Control Protocol)是一种可靠的面向连接的传输层协议，因特网上大部分业务，如WWW、FTP、Telnet、News等均建立在TCP协议之上。TCP/IP协议具有广泛的适应性，它可以可靠工作在具有不同传输速率和延时的传输介质中，无论是信道速率从100bps变化到100Mbps，还是传输延时从1毫秒变化到100秒。即使传输过程中发生数据包错误、重复、次序混乱更异常情况，TCP协议也可保证系统的可靠连接。但是对于TCP协议，其数据吞吐量取决于信道的传输速率与数据往返时间的乘积。这个乘积代表了TCP连接的两个用户之间“数据管道”的大小。在正常的数据通信过程中，“数据管道”必须保持充满状态。当“数据管道”的“尺寸”超过一定数值时，TCP协议数据吞吐量将受到一定的限制。这就是TCP协议的“管道效应”。基于同步卫星的因特网便是一个典型的受“管道效应”影响的系统。对于一个2.048Mbps的卫星传输信道，其“数据管道”的最大“尺寸”将为2048Kbps×560ms＝1.15M比特。高速的光纤局域网也将面临“管道效应”的影响。管道尺寸越大，“管道效应”的影响也越严重。
按照TCP/IP基于滑动窗口的控制协议，应用程序可以使用的最大数据吞吐量是有一定限制的。这个最大数据吞吐量可以由下面的公式得到最大数据吞吐量＝最大窗口尺寸/数据确认往返时延在TCP协议头中，表示窗口长度的字段为16比特，因此TCP协议的窗口最大尺寸为65536字节。数据确认往返时延将成为决定系统吞吐量的决定性因素。例如对于清华校园网，往返时延不超过50毫秒，因此数据吞吐量最大可以达到10Mbps，而对于往返时延月560毫秒的基于同步卫星的数据链路，其理论上最大的数据吞吐量只有约0.9Mbps。实际使用过程中的性能只有极限情况的1/5到1/10。高速光纤网的“管道效应”也存在类似的限制。
目前，国内的“卫星PC”能够支持的最大速率已经达到2Mbps。由于受“管道效应”的影响，用户所能够接收的数据不可能达到1M的理论极限，这就限制了用户的接收速率。从另一个方面，即使信道全部空闲，用户也无法使用全部的信道，造成了信道资源的浪费。
本发明的目的是提供一种消除网络传输过程中的“管道效应”的方法，提高信道利用效率和用户通信的数据速率。
为达到上述目的，本发明所提供的方法是，分别在数据发送端和数据接收端上按装“多路连接”协议软件，建立多个TCP/IP连接，即“多路连接”，以克服“管道效应”的限制。步骤如下——发送端将某一通信协议分为若干个子文件，并依次编号；——同时启动该通信协议的若干个子文件进行传输；——接收端接收该通信协议的若干个子文件，当子文件接收完毕后，将收到的子文件依编号合并为原文件，即完成了传输。
在应用层实现多路连接的步骤是——设计一个应用程序该程序首先接收用户下达的“获取文件”的指令，分析这个指令，得到该文件的网络地址；——通过网络连接，得到这个文件的长度；——查询该文件所在的服务器是否支持“文件续传”，如果支持文件续传，那么将该文件拆分成若干个子文件，利用应用层协议的续传功能传输该若干个子文件；——接收端将收到的若干个子文件按照续传编号合并为原文件，即完成了传输。
在标准的因特网中，TCP/IP的通信协议按照标准的ISO七层模型实现，主要的层次有物理链路层、网络层、传输层和应用层。因特网的服务软件，如WWW，FTP等是基于C/S模型的(即用户/服务器模型)。现有的部分WWW和FTP服务器支持“文件续转”功能。所谓“文件续转”功能，就是服务器允许用户软件指定下载文件的起始地址并进行传输。(指通常情况下，我们不会直接从一个文件中间指定的位置开始传输。由于网络传输质量等各种原因，用户在下载一个文件的过程中可能出现接连断开的情况。“续转”的功能可以让用户跳过已经接收的数据，它通常在传输过程中断后采用)。“管道效应“的影响在于限制一个TCP/IP连接的性能。虽然一个TCP/IP的速度受限制，但是TCP/IP连接的个数没有限制，(正确地说，这个限制取决于计算机内存大小，操作系统的缺省设置等各种其他条件，与本系统讨论无关)。也就是说，我们可以通过“多路连接”，建立一个以上的TCP/IP连接，达到克服“管道效应”的目的。
现结合附图
对本发明做进一步地说明附图一为在发送端和接收端“多路连接”协议软件流程图；附图二为应用层实现TCP多路连接的程序流程框图；附图三为应用层实现TCP多路连接的数据流程框图；附图四为在传输层(TCP层)以下实现多路连接的程序流程图；附图五为传输层(TCP层)多路连接的数据流程框图；附图六为传输层(TCP层)多路连接的协议软件流程图；如图一所示，分别在数据发送端1和数据接收端2上按装“多路连接”协议软件3和4，建立一个以上的TCP/IP连接，即“多路连接”。传输时，发送端1多路连接”协议软件3将网络中某一通信协议拆分为若干个子文件，并依次编号；同时启动该通信协议的若干个子文件进行传输；接收端2接收该通信协议的若干个子文件，当子文件接收完毕后，多路连接”协议软件4将收到的子文件依编号合并为一个原文件，即完成了传输。
如图二所示，在应用层实现TCP“多路连接”，其流程为——设计一个应用程序该程序首先接收用户下达的“获取文件”的指令，分析这个指令，得到该文件的网络地址；——通过网络连接，得到这个文件的长度；——查询该文件所在的服务器是否支持“文件续传”，如果支持文件续传，那么发送端将应用层协议分成若干个子文件，利用应用层协议的续传功能传输该若干个子文件；——接收端将收到的子文件按照续传编号合并为原文件，即完成了传输。
如图三所示，为应用层实现TCP多路连接的数据流程图，发送端将应用协议数据分为若干个子文件；其具体的实施方法为——根据下列公式，求得该信道的实际的工程极限值工程极限值≈1/5通信极限速率——查询租用信道带宽，当租用信道宽度大于工程极限值时，采用多路连接通信方法；——确定应用软件的子文件个数子文件个数＝租用信道带宽÷工程极限值——应用软件启动时，读出需要下载文件的长度；——启动n个子文件，设置第n个子文件位置，同时进行下载文件；——接收端接收到所有子文件后，将收到的n个子文件合并为一个原文件，即传输完毕。
如图四所示，在TCP以下的通信协议中实现多路连接的方法是——在发送端和接收端同时安装支持“多路连接”的TCP/IP协议软件；——发送端启动“多路连接”的TCP/IP协议软件；将这个TCP连接中包含的数据顺序拆分为多个TCP子连接，向接收端发送；——接收端接收该TCP协议子连接，并按照序号将该TCP子连接重新组合为一个标准的TCP连接，直至数据到达接收端的应用层软件。
图五所示，为传输层(TCP层)多路连接的数据流程框图；图六所示为传输层(TCP层)多路连接的协议软件流程图，本发明还可将传输层TCP协议拆分成一个以上的子文件，在发送端和接收端对应建立TCP协议子连接，以实现多路连接。
本发明消除了由于网络管道效应带来的用户数据速度受限、信道利用率低等缺陷，信道利用率可以达到满载，为因特网和卫星技术的结合提供了广泛的使用前景。
权利要求
1.一种消除网络通信中“管道效应”的方法，其特征是分别在数据发送端1和数据接收端2上按装“多路连接”协议软件3和4，建立一个以上的TCP/IP连接。
2.根据权利要求1所述的一种消除网络通信中“管道效应”的方法，其特征在于由下列步骤实现a.发送端，将网络中某一通信协议拆分为若干个子文件，并依次编号；b.同时启动该通信协议的若干个子文件进行传输；c.接收端，接收该通信协议的若干个子文件，当子文件接收完毕后，将收到的子文件依编号合并为一个原文件，即完成了传输。
3.根据权利要求1所述的一种消除网络通信中“管道效应”的方法，其特征是在应用层实现TCP“多路连接”，步骤如下a.设计一个应用程序该程序首先接收用户下达的“获取文件”的指令，分析这个指令，得到该文件的网络地址；b.通过网络连接，得到这个文件的长度；c.查询该文件所在的服务器是否支持“文件续传”，如果支持文件续传，那么发送端将应用层协议分成若干个子文件，利用应用层协议的续传功能传输该若干个子文件；d.接收端将收到的若干个子文件按照续传编号合并为原文件，即完成了传输。
4.根据权利要求1和3所述的一种消除网络通信中“管道效应”的方法，其特征是a.发送端将应用协议数据分为若干个子文件；b.根据下列公式，求得该信道的实际的工程极限值工程极限值≈1/5通信极限速率c.查询租用信道带宽，当租用信道宽度大于工程极限值时，采用多路连接通信方法；d.确定应用软件的子文件个数文件个数＝租用信道带宽÷工程极限值e.应用软件启动时，读出需要下载文件的长度；f.启动N个子文件，设置第N个子文件位置，同时进行下载文件；g.接收端接收到所有子文件后，将收到的n个子文件合并为一个原文件，即传输完毕。
5.根据权利要求1所述的一种消除网络通信中“管道效应”的方法，其特征是在TCP以下的通信协议中实现多路连接的方法在于a.在发送端和接收端同时安装支持“多路连接”的TCP/IP协议软件；b.发送端启动“多路连接”的TCP/IP协议软件；将这个TCP连接中包含的数据顺序拆分为多个TCP子连接，向接收端发送；c.接收端接收该TCP协议子连接，并按照序号将该TCP子连接重新组合为一个标准的TCP连接，直至数据到达接收端的应用层软件。
6.根据权利要求1所述的一种消除网络通信中“管道效应”的方法，其特征是将传输层TCP协议拆分成一个以上的子文件，在发送端和接收端对应建立TCP协议子连接。
全文摘要
本发明提供一种消除网络通信中管道效应的方法,它是分别在数据发送端和数据接收端上安装“多路连接”协议软件,建立多个TCP/IP连接,即采用“多路连接”的方法。本发明消除了由于网络管道效应带来的用户数据速度受限、信道利用率低等缺陷,信道利用率可以达到满载,为因特网和卫星技术的结合提供了广泛的使用前景。
文档编号H04L12/24GK1258974SQ9812651
公开日2000年7月5日 申请日期1998年12月31日 优先权日1998年12月31日
发明者郭新明 申请人:北京市赛得康通信技术有限公司