廣域網(wǎng)并行TCP加速系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)

黃滔　葉立芳

摘 要：本文主要對廣域網(wǎng)并行TCP加速系統(tǒng)進行研究，對并行TCP加速系統(tǒng)的實現(xiàn)提出了一些看法，以供參考。

關鍵詞：互聯(lián)網(wǎng)；廣域網(wǎng)；加速系統(tǒng)

中圖分類號：TP39 文獻標識碼：A

一、概述

網(wǎng)絡技術(shù)發(fā)展至今，其功德無量造福著全人類。在各種迅速發(fā)展的電子商務、網(wǎng)游等業(yè)務中，提出了對處理數(shù)據(jù)速度及網(wǎng)絡的傳輸速度更高的要求。在高帶寬延時廣域網(wǎng)的發(fā)展中，傳統(tǒng)的TCP將難以適應。在高帶寬延時的網(wǎng)絡條件下，TCP流將有抖動的發(fā)生，在不停的抖動下讓路由器中的隊列長度產(chǎn)生未穩(wěn)定性狀態(tài)，且TCP的性能方面會伴隨著鏈路帶寬或延時的增加而降低。一些學者們對TCP的擁塞控制機制加以改進，經(jīng)由加以改變TCP擁塞窗口的調(diào)整參數(shù)，使其在互聯(lián)網(wǎng)中發(fā)揮更好的性能，而并行TCP主要是經(jīng)由TCP流之間的相互協(xié)作及讓TCP連接的數(shù)目有所增加，從而有助于網(wǎng)絡傳輸?shù)男阅芊矫娴奶岣摺?/p>

并行TCP加速系統(tǒng)的設計

二、在當前的廣域網(wǎng)中，主要存在著三個方面的問題，它們分別是帶寬、延遲與可靠性，對并行TCP廣域網(wǎng)加速系統(tǒng)的設計采取雙網(wǎng)關模式，該加速系統(tǒng)主要由系統(tǒng)配置、會話控制的接入、數(shù)據(jù)應用管理與網(wǎng)關間傳輸控制該四個模塊構(gòu)成。

1 系統(tǒng)配置。該模塊方便用戶針對各種不同服務同其側(cè)重的優(yōu)化指標配置系統(tǒng)參數(shù)，同時能達成加速效應，例如設置并發(fā)流的數(shù)目和調(diào)度方式，以及多種策略自身的參數(shù)等等。

2 會話控制的接入。此模塊可讓管理會話、同步控制會話與會話數(shù)據(jù)流量的控制得以實現(xiàn)。按用戶的需求而言，能對局域網(wǎng)中的各種服務應用進行訪問，在系統(tǒng)中分組管理各種會話，可按服務應用的端口同IP地址來進行。在管理會話當中經(jīng)由所接入會話設置的ID碼，促使會話的迅速控制與定位得以實現(xiàn)。因進行設計時采取雙網(wǎng)關加速模式，數(shù)據(jù)傳輸是由網(wǎng)關兩端會話接入同網(wǎng)間并行TCP隧道一同協(xié)作得以完成，在啟動系統(tǒng)的時候服務器端會話已成功創(chuàng)建，在準許會話接入負載時，服務器端網(wǎng)關會分配一個空閑會話連接于接入客戶端網(wǎng)關新會話里，共同與網(wǎng)間隧道組成數(shù)據(jù)鏈路1條，以此達成用戶與服務器間進行傳輸數(shù)據(jù)。

3 數(shù)據(jù)應用管理。此模塊功能是對數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)發(fā)，當中含有分塊封裝的會話數(shù)據(jù)、分配轉(zhuǎn)發(fā)控制及分發(fā)控制、網(wǎng)間數(shù)據(jù)的重組解析。

該模塊經(jīng)由對會話類型加以判斷，分別完成對會話數(shù)據(jù)的接入與網(wǎng)間隧道會話數(shù)據(jù)的操作處理。系統(tǒng)將按會話接入的會話號同組標識進行分塊封裝其數(shù)據(jù)，分配給相對應的網(wǎng)間隧道會話需依據(jù)分配數(shù)據(jù)的策略，然后對網(wǎng)間隧道會話數(shù)據(jù)加以解析，然后進行獲取控制信息，把當中的有效數(shù)據(jù)分發(fā)至對應的接入會話。

4 網(wǎng)關間的傳輸控制。在此模塊中，可實現(xiàn)隧道TCP會話的接入控制與輸送隧道數(shù)據(jù)，也就是網(wǎng)關間并行TCP隧道的管理，在隧道TCP會話接入的控制過程中，它是按配置文件的服務器端網(wǎng)關的IP及隧道偵聽端口對隧道TCP會話分組進行有效管理，由此產(chǎn)生并行TCP隧道。該系統(tǒng)的準確定位是經(jīng)由隧道TCP會話標識同隧道標識一起加以實現(xiàn)， socket可以完成其隧道數(shù)據(jù)的傳輸。

三、廣域網(wǎng)并行TCP加速系統(tǒng)的實現(xiàn)

據(jù)此種設計，使系統(tǒng)加速的客戶端網(wǎng)關模式與服務器端網(wǎng)關模式得到了實現(xiàn)。

1 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)發(fā)的控制。若要使轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)發(fā)中的網(wǎng)關間數(shù)據(jù)與會話數(shù)據(jù)得以實現(xiàn)，數(shù)據(jù)應用管理對網(wǎng)關間數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌庋b格式有所定義；數(shù)據(jù)包的用處是對會話數(shù)據(jù)加以攜帶，能對控制信息的確認包與同步包加以攜帶，其在會話流量控制和會話同步控制過程中分別得到很好的應用。

在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)控制中，若果實現(xiàn)對會話數(shù)據(jù)進行重組，可在會話的發(fā)送緩存過程中所獲得。而會話的發(fā)送緩存為BC （BlockContainer）對象，BC對象是以指向數(shù)據(jù)包中有效數(shù)據(jù)的指針同數(shù)據(jù)包序列號構(gòu)成映射，對數(shù)據(jù)包加以解析完后，能夠于會話發(fā)送的緩存BC對象里增添對應表項，這樣可使大量避免數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)儲存。

在會話中發(fā)送數(shù)據(jù)的時候，能夠?qū)彺鍮C中的表項進行有效讀取，若果返回的為非空指針的話，可在對應內(nèi)存地址中進行對數(shù)據(jù)塊讀取，若果為空指針的話，數(shù)據(jù)包則有延遲現(xiàn)象產(chǎn)生，產(chǎn)生阻塞的必是發(fā)送線程，仍需等待該數(shù)據(jù)包來對此發(fā)送線程進行有效激活。

2 會話管理。在加速網(wǎng)關系統(tǒng)會話類型的實現(xiàn)中，分別有網(wǎng)間隧道中的TCP會話與系統(tǒng)可外接入會話?；趕ocket編程中建立連接的方式有偵聽接收與主動請求兩種，系統(tǒng)對服務器端與會話的客戶端分別能夠?qū)崿F(xiàn)異同的管理模式。

在服務器端管理的層次中，它同客戶端管理存在異曲同工之處，它們的區(qū)別主要在于服務端的管理目標為TS（TcpServer），是以其監(jiān)聽的套接字同端口號為主鍵創(chuàng)建Map對象。

3 會話同步的控制。在實現(xiàn)系統(tǒng)的過程當中，可以使著布爾型數(shù)組得到維護的是每個會話分組，數(shù)組位序也可當作待分配的會話號資源，在兩端網(wǎng)關上，其數(shù)組布爾型元素的值也有著不同尋常的意義。

在服務器端中的網(wǎng)關，它所能標記的是其位序?qū)獣挼臓顟B(tài)為忙碌或空閑；在客戶端的網(wǎng)關中，它標識其位序?qū)獣挼膭?chuàng)建或斷開。該系統(tǒng)功能可達成會話號充分使會話狀態(tài)及會話的綁定，由此通過對網(wǎng)關兩端同樣的會話號資源進行靈活設置，最終達成會話的同步性。

4 會話流量的控制。在TCP滑動窗口的機制里，為實現(xiàn)流量的控制，該系統(tǒng)中卻選用相似TCP滑動窗口流量控制機制，需經(jīng)由返回信息確認進行統(tǒng)計數(shù)據(jù)量。

依據(jù)用戶的配置來看，該系統(tǒng)為每個會話分組設定一個接收窗口值RCV_W與發(fā)送窗口值SND_W，并且要確保RCV_W不大于SND_W。而各個接入會話對兩個變量進行了聲明，在整個流量控制的過程里，完全可由兩端處會話的發(fā)送線程和接收線程一起協(xié)同來完成。

結(jié)語

在當今互聯(lián)網(wǎng)上，廣域網(wǎng)廣泛存在著一些瓶頸，而能解決廣域網(wǎng)遇到的瓶頸卻是并行TCP加速網(wǎng)關系統(tǒng)。該系統(tǒng)可實現(xiàn)會話接入的重定向、會話數(shù)據(jù)的截獲和數(shù)據(jù)網(wǎng)關間的并行傳輸?shù)?。為了在實際網(wǎng)絡中可得到應用，還需進行完善網(wǎng)關的控制，客戶端網(wǎng)關同服務器端網(wǎng)關之間需要使狀態(tài)信息的交互得以實現(xiàn)，以便應付網(wǎng)絡異常情況的產(chǎn)生，從而能使系統(tǒng)的健壯性得到有效提高。

參考文獻

[1]詹海菊.基于Linux的傳感器網(wǎng)絡網(wǎng)關設計[J].微計算機信息，2009（17）.