CN101925125B - 一种与移动ip结合的具有移动性的多路径tcp的方法 - Google Patents

Abstract

一种与移动IP结合的具有移动性的多路径TCP的方法属于多径TCP技术应用领域，目的是为支持多径TCP的移动主机提供的移动性的支持，可以满足用户同时使用多个接口并随时随地进行通信的需求。本发明的特征在于利用多径TCP和移动IP结合的方式来实现多连接和移动性支持。修改的移动IP层负责移动性的支持，多路径TCP层负责多路径的建立与管理。因此主机的移动以及多路径的传输数据对于应用层来说是透明的，实现了具有移动性的多路径TCP。

Description

一种与移动IP结合的具有移动性的多路径TCP的方法

技术领域

多路径TCP技术应用领域。

背景技术

高速增长的网络带宽以及具有多接口的终端的普及促进了传输层协议的发展。然而传统的TCP协议在单个TCP连接上只使用单一的路径，这样并没有充分利用现有的网络传输资源，并也使终端的多个接口形同虚设。另外，当移动终端从本地网络漫游到外地网络时，由于IP地址发生了变化，而通信的对端主机又无法获知移动节点的新的IP地址，最终导致路由失效使得移动节点的通信中断。

针对上述的两个缺陷，互联网工程工作小组(Internet Engineering TaskForce，简称IETF)提出了多路径TCP(简称MPTCP)和移动IP的概念。MPTCP是基于传统TCP协议的基础之上，对传统TCP进行的系列的扩展，以期望让单个TCP连接能够同时使用通信双方存在的多条路径。MPTCP把每个TCP流划分成多个子流(sub-flow)，在家乡网络中部署家乡代理的实体，每个移动节点都有一个家乡地址。当用户离开了原来的网络(称为家乡网络)，获得一个新的接入网络地址后，移动节点必须向家乡代理发起注册，并建立之间的双向隧道，这样通信对端所有发往移动节点的数据分组都会被家乡代理截获，所有的分组将通过家乡代理转发给移动节点。

发明内容

本发明的目的在于提供了与一种移动IP结合的具有移动性的多路径TCP的方法。

为实现上述发明目的，本发明对移动节点和通信节点的传输层和网络层进行扩展，对传输层进行扩展修改来支持多路径TCP，对移动IP的修改来实现主机的移动性。如图1所示，在此方案中大致分为五个模块：多路径调度模块(MPS)，路径管理模块，多路径协商和检测模块，调度策略管理模块和子TCP流控制管理模块。多路径调度模块是整个多径TCP系统的核心模块，它负责调用各个子模块以实现MPTCP的整体功能。调度策略管理模块负责数据向各个子流分配的策略。子TCP流控制管理模块负责子流的创建和删除等。移动性的支持是由下层的移动IP来负责完成的，上层的MPTCP只负责传输层相关的操作，网络层的路径管理模块需要负责向MPTCP层提供当前多路径地址表。

本发明的特征在于，所述方法是由移动节点在移动IP网络中从家乡网络向任何一个外地网络漫游，并且继续保持与当地一个固定的通信节点进行通信的一种多路径TCP方法，依次按以下步骤实现的：

步骤(1)：所述的移动IP网络初始化；

步骤(1.1)，本地网络的初始化；

设置一个家乡代理，这是一个所述移动节点家乡链路上的路由器，移动节点已经通过其注册了当前的转交地址，当移动节点远离家乡，家乡代理截取家乡链路上发往移动节点家乡地址hoa的包，封装，并以隧道模式发往移动节点已经注册的所述转交地址；

步骤(1.2)所述移动节点和通信节点的设置；

各自至少一个接口mesh，至少一个所述接口mesh的地址标识maddr，所述移动节点和通信节点的家乡地址hoa以及至少一个接口地址caddr，

该移动节点和通信节点中还设有：多路径调度模块、路径管理模块、多路径协商和检测模块、调度策略模块以及子TCP流控制管理模块，其中：所述多路径调度模块与所述路径管理模块、多路径协商和检测模块、调度策略模块、子TCP流控制管理模块互连，实现了多路径TCP的运，。调度策略管理模块负责数据向各所述子TCP流的分配，子TCP流控制管理模块负责所述子TCP流的创建和删除，路径管理模块负责向所述多路径TCP层提供多路径地址表，多路径协商和检测模块负责获取对方的多个接口地址标识与接口地址并与对方建立多路径的TCP；

步骤(2)建立所述移动节点和通信节点间的连接：

步骤(2.1)：所述移动节点接入外地网络并向其家乡代理发送绑定更新，其内容包括：所述移动节点的家乡地址hoa，多个接口的地址标识，多个接口的所述转交地址；

步骤(2.2)：所述家乡代理在收到步骤(2.1)所述的绑定更新后，首先查找本地用于存贮绑定更新的绑定缓存，若存在所述的绑定更新，则回复绑定错误消息，若不存在，则回复绑定应答消息，并把所述绑定更新添加到所述绑定缓存中；

步骤(2.3)：所述通信节点向所述移动节点发起连接请求，把数据报文发送到所述移动节点的家乡网络；

步骤(2.4)：所述家乡代理在所述家乡网络中截获步骤(2.3)所述的数据报后，根据本地的所述绑定缓存中与所述移动节点对应的绑定缓存项对数据报文进行封装，把封装后的数据包转发给所述移动节点；

步骤(2.5)：所述移动节点收到步骤(2.4)所述数据包后，向所述通信节点回复应答，应答数据报经过移动IP层时，移动IP层对数据报进行封装，使其首先发送到所述家乡代理，所述家乡代理收到数据报后，对此数据报进行解封装，转发给所述通信节点；

步骤(2.6)：所述通信节点收到步骤(2.5)所述家乡代理转发的数据包后，按步骤(2.3)至步骤(2.4)所述方法向所述移动节点发送应答报文；

步骤(3)：多路径TCP的协商与建立；

步骤(3.1)：所述移动节点向所述通信节点注册，发送所述的绑定更新，内容包括所述移动节点的家乡地址hoa，至少一个接口的地址标识，至少一个接口的所述转交地址；

步骤(3.2)：所述通信节点收到步骤(3.1)中所述绑定更新后，查找本地存贮绑定更新的绑定缓存，若此绑定更新存在，则回复绑定更新错误消息，若此绑定更新不存在，则回复绑定应答消息，并将自己的接口标识和接口地址作为移动选项的一部分附加在所述绑定更新应答中，然后添加一个对应绑定缓存选项；

步骤(3.3)：所述移动节点收到步骤(3.2)中所述绑定应答后，向本地缓存添加一个对应绑定缓存项；

步骤(3.4)：所述通信节点的路径管理模块查询本地所述的绑定缓存，获知所述移动节点的地址信息，然后根据所述通信节点的接口地址信息，建立起一个所述通信节点与所述移动节点之间的多路径信息表，包括路径ID号和其对应的所述通信双方的源地址和目的地址对，并把所述多路径信息表提供给所述通信节点的多路径调度模块；

步骤(3.5)：步骤(3.4)中的所述多路径调度模块根据所述多路径信息表，向所述移动节点发起新的连接请求；

步骤(3.6)：所述移动节点收到步骤(3.5)连接请求后，在经过TCP三次握手以后与所述通信节点建立新的连接，所述移动节点的路径管理模块在收到步骤(3.2)中所述通信节点的绑定更新应答后，也维护一个与所述通信节点对应的多路径地址表；

步骤(3.7)：所述通信节点向所述移动节点发送数据时，该通信节点中的多路径调度模块根据所述多路径地址表把数据分配到各路径上去，经网络层的路径管理模块将各路径ID替换为源地址与目的地址对后查询步骤(3.2)中所述绑定缓存，将数据发送给所述移动节点；

步骤(3.8)：所述移动节点收到数据报后，该移动节点的路径管理模块把所述源地址与目的地址对替换成路径ID，经过数据组装后发送给应用层；

步骤(3.9)：当所述移动节点向所述通信节点发送数据报时，进行类似步骤(3.7)和步骤(3.8)的过程；

本发明的优点在于，把多路径TCP与移动IP结合，充分利用现在移动设备多接口的特点，很大程度上提高了数据的传输速度。

附图说明

图1、结合移动IP的多路径TCP的结构图；

图2、系统整体流程图；

图3、具体实例流程图；

图4、绑定更新选项格式图；

图5、移动节点向家乡代理信令交互图；

图6、路由优化信令交互图；

图7、多路径协商与建立信令交互图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明具体实施方式进行说明：

图2是实施实例的整体流程图，传输层的多径TCP负责利用与通信对端之间的多条路径建立多条子流，将应用程序的数据通过不同的子流向通信对端发送。路径管理部分协商与通信对端之间的多条路径，移动节点与通信对端的每个不同的地址对即为一条路径，每条路径都有一个路径索引作为标识，这些路径索引将通告给多径TCP的MPS(Multi-Path Schedule)，MPS选择某一条路径建立子流，路径管理同时负责翻译路径索引与地址对之间的对应关系。当主机发生移动时，路径管理还要负责对主机的移动性进行管理，与通信对端重新进行多路径的协商。数据传输部分则根据路径管理部分所提供的地址对选择不同的路由项进行分组的发送。

图3是具体实例流程图，具体的步骤包括：

步骤S101：移动节点接入外地网络并向其家乡代理发送绑定更新，其内容包括：移动节点的家乡地址hoa，多个接口的地址标识，多个接口的转交地址；

步骤S102：通信节点向移动节点发送连接请求；

步骤S103：通信节点在发送数据之前，首先会检查绑定缓存；

步骤S104：如果此时还没有进行路由优化，所以绑定缓存中没有包含此连接请求目的地址项的一项。此时数据包将发送到所述移动节点的家乡网络；

步骤S105：所述家乡代理在家乡网络中截获此数据报，查询绑定缓存，由于移动节点此前已经在家乡代理处注册过，所以存在与其对应的绑定缓存项，家乡代理根据此绑定缓存项对数据包进行封装，转发给所述移动节点；

步骤S106：移动节点收到上述数据包后，向所述通信节点回复应答，应答数据报经过移动IP层时，移动IP层对数据报进行封装，使其首先发送到所述家乡代理；

步骤S107：所述家乡代理收到数据报后，对此数据报进行解封装，转发给所述通信节点；

步骤S108：所述通信节点收到上述数据报后，再次向所述移动节点发送数据报，进行应答，过程进行步骤S104至步骤S105；

步骤S109：移动节点向通信节点发送绑定更新，内容包括所述移动节点的家乡地址hoa，多个接口的地址标识，多个接口的转交地址；

步骤S110：通信节点收到上述绑定更新后，首先查找本地存贮绑定更新的绑定缓存，若此绑定更新存在，则回复绑定错误消息，若此绑定更新不存在，则回复绑定应答消息(将自己的接口标识和接口地址附加到移动选项中)，并添加对应绑定缓存选项；

步骤S111：移动节点收到绑定应答后，向本地缓存添加对应缓存项；

步骤S112：通信节点的路径管理模块(PM)查询绑定缓存，获知所述移动节点的地址信息，然后根据自己接口地址信息，建立起与移动节点之间的多路径信息表，内容包括pathID号和其对应的所述通信双方的地址对。并将上述多路径信息表提供给上层多路径调度模块；

步骤S113：通信节点的多路径调度模块根据上述多路径信息表，向所述移动节点发起新的连接请求；

步骤S114：移动节点收到连接请求后，对此连接请求应答，移动节点的路径管理模块在收到绑定应答后也维护与所述通信节点对应的多路径地址表；

步骤S115：通信节点收到移动节点发送的应答后再次回复确认；

步骤S116：通信节点与移动节点互相发送数据时，多路径调度模块根据多路径地址表把数据分配到路径ID为path0、path1等的路径上去，经过网络层时，路径管理模块将路径ID替换为源地址与目的地址对，然后移动IP层查询绑定缓存，将数据发送给所述移动节点；

步骤S117：移动节点移动到其他网络；

步骤S118：移动节点向家乡代理发送绑定更新，注册自己新的多个接口的转交地址以及初始化时的家乡地址hoa和多个接口的地址标识；

步骤S119：移动节点判断上次传输是否结束，如果结束则进行步骤S109至步骤S116，如果上次传输没有结束则进行步骤S102至步骤S116

结果上述步骤，本发明实现了与MIP结合的具有移动性的多路径TCP。

Claims (1)

1.一种与移动IP结合的具有移动性的多路径TCP的方法，其特征在于，

所述方法是由移动节点在移动IP网络中从家乡网络向任何一个外地网络漫游，并且继续保持与当地一个固定的通信节点进行通信的一种多路径TCP方法，依次按以下步骤实现的：

步骤(1)：所述的移动IP网络初始化；

步骤(1.1)，本地网络的初始化；

设置一个家乡代理，这是一个所述移动节点家乡链路上的路由器，移动节点已经通过其注册了当前的转交地址，当移动节点远离家乡，家乡代理截取家乡链路上发往移动节点家乡地址hoa的包，封装，并以隧道模式发往移动节点已经注册的所述转交地址；

步骤(1.2)所述移动节点和通信节点的设置；

各自至少一个接口mesh，至少一个所述接口mesh的地址标识maddr，所述移动节点和通信节点的家乡地址hoa以及至少一个接口地址caddr，该移动节点和通信节点中还设有：多路径调度模块、路径管理模块、多路径协商和检测模块、调度策略模块以及子TCP流控制管理模块，其中：所述多路径调度模块与所述路径管理模块、多路径协商和检测模块、调度策略模块、子TCP流控制管理模块互连，实现了多路径TCP的正常运行；调度策略管理模块负责数据向各所述子TCP流的分配，子TCP流控制管理模块负责所述子TCP流的创建和删除，路径管理模块负责向所述多路径TCP层提供多路径地址表，多路径协商和检测模块负责获取对方的多个接口地址标识与接口地址并与对方建立多路径的TCP；

步骤(2)建立所述移动节点和通信节点间的连接：

步骤(2.1)：所述移动节点接入外地网络并向其家乡代理发送绑定更新，其内容包括：所述移动节点的家乡地址hoa，多个接口的地址标识，多个接口的所述转交地址；

步骤(2.2)：所述家乡代理在收到步骤(2.1)所述的绑定更新后，首先查找本地用于存贮绑定更新的绑定缓存，若存在所述的绑定更新，则回复绑定错误消息，若不存在，则回复绑定应答消息，并把所述绑定更新添加到所述绑定缓存中；

步骤(2.3)：所述通信节点向所述移动节点发起连接请求，把数据报文发送到所述移动节点的家乡网络；

步骤(2.4)：所述家乡代理在所述家乡网络中截获步骤(2.3)所述的数据报文后，根据本地的所述绑定缓存中与所述移动节点对应的绑定缓存项对数据报文进行封装，把封装后的数据包转发给所述移动节点；

步骤(2.5)：所述移动节点收到步骤(2.4)所述的封装后的数据包后，向所述通信节点回复应答数据包，应答数据包经过移动IP层时，移动IP层对应答数据包进行封装，使其首先发送到所述家乡代理，所述家乡代理收到封装后的应答数据包后，对此数据包进行解封装，转发给所述通信节点；

步骤(2.6)：所述通信节点收到步骤(2.5)所述家乡代理转发的应答数据包后，按步骤(2.3)至步骤(2.4)中发送数据报文的方法向所述移动节点发送应答报文；

步骤(3)：多路径TCP的协商与建立；

步骤(3.1)：所述移动节点向所述通信节点注册，发送所述的绑定更新，内容包括所述移动节点的家乡地址hoa，至少一个接口的地址标识，至少一个接口的所述转交地址；

步骤(3.2)：所述通信节点收到步骤(3.1)中所述绑定更新后，查找本地存贮绑定更新的绑定缓存，若此绑定更新存在，则回复绑定更新错误消息，若此绑定更新不存在，则回复绑定更新应答，并将自己的接口标识和接口地址作为移动选项的一部分附加在所述绑定更新应答中，然后添加一个对应绑定缓存选项；

步骤(3.3)：所述移动节点收到步骤(3.2)中所述绑定更新应答后，向本地缓存添加一个对应绑定缓存项；

步骤(3.4)：所述通信节点的路径管理模块查询本地所述的绑定缓存，获知所述移动节点的地址信息，然后根据所述通信节点的接口地址信息，建立起一个所述通信节点与所述移动节点之间的多路径信息表，包括路径ID号和其对应的所述通信双方的源地址和目的地址对，并把所述多路径信息表提供给所述通信节点的多路径调度模块；

步骤(3.5)：步骤(3.4)中的所述多路径调度模块根据所述多路径信息表，向所述移动节点发起新的连接请求；

步骤(3.6)：所述移动节点收到步骤(3.5)连接请求后，在经过TCP三次握手以后与所述通信节点建立新的连接，所述移动节点的路径管理模块在收到步骤(3.2)中所述通信节点的绑定更新应答后，也维护一个与所述通信节点对应的多路径地址表；

步骤(3.7)：所述通信节点向所述移动节点发送数据时，该通信节点中的多路径调度模块根据所述多路径地址表把数据分配到各路径上去，经网络层的路径管理模块将各路径ID替换为源地址与目的地址对后查询步骤(3.2)中所述绑定缓存，将数据发送给所述移动节点；

步骤(3.8)：所述移动节点收到数据后，该移动节点的路径管理模块把所述源地址与目的地址对替换成路径ID，经过组装后发送给应用层；

步骤(3.9)：当所述移动节点向所述通信节点发送数据时，该移动节点中的多路径调度模块根据所述多路径地址表把数据分配到各路径上去，经网络层的路径管理模块将各路径ID替换为源地址与目的地址对后查询步骤(3.2)中所述绑定缓存，将数据发送给所述通信节点；所述通信节点收到数据后，该移动节点的路径管理模块把所述源地址与目的地址对替换成路径ID，经过组装后发送给应用层。

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