CN102356601B - 网络中的路径特性 - Google Patents

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Abstract

一种利用经由网络中的多个节点(15)从源(11)向目的地(19)转发的数据单元向数据网络(10)中的节点提供与诸如网络拥塞的网络特性有关的路径特征信息的方法和装置，该方法包括：在第一代理服务器节点(13)处从源(11)接收数据单元，各数据单元包括指示预期目的地的目的地指示；针对所指示的预期目的地，识别网络中的第二代理服务器节点(17)，数据单元被转发到预期目的地之前被转发到第二代理服务器节点；及将第一数据单元和至少一个随后的数据单元从第一代理服务器节点通过一个或更多个中间节点(15)转发至第二代理服务器节点；该方法还包括：针对穿过从第一代理服务器节点至第二代理服务器节点的网络的路径的数据单元，将初始状况分配给路径特性指标，初始状况取决于第一代理服务器节点从第二代理服务器节点所接收的信息。

Description

网络中的路径特性
技术领域
本发明涉及网络中的路径特性。更具体地，本发明的方面涉及利用通过数据网络中的节点从源转发至目的地的数据单元将与网络特征(例如拥塞)相关的路径特性信息提供给数据网络中的节点的方法和装置。
发明背景和现有技术
我们先介绍一些基本概念以便更好理解进一步提出的机制。
分组
数据网络通常将其所承载的数据分成被称为分组的小的单元。每个分组承载由多种通信协议定义的若干报头。由如今的商业网络所承载的大多数分组是所谓的TCP-IP分组。TCP是传输控制协议。它确保数据可靠地到达(以正确的序列并且没有差错)并且数据被发送到接收器上的正确的应用。IP是互联网协议。它确保分组正确地从源传送到目的地。理论上，IP是无连接(connectionless)协议，意味着各数据分组能够采用不同的路由到达目的地。实际上，互联网上的路由机制显示这种情况很少发生(除非存在某种形式的设备故障)。
再反馈(re-Feedback)
IP报头的一个功能是承载从发送器到接收器的路径信息。该路径信息允许下游的节点(更靠近接收器的节点)得知上游路径的状态。有时存在允许接收器将该信息反馈至发送器的机制。再反馈提议(在下面被引用为[Briscoe05c]的文章中进行了讨论)提供了一种机制，该机制可以将由接收器反馈至源的路径信息再次插入到前向数据路径中，从而允许沿该路径的节点得到下游的信息和上游的信息。然而为了实现再反馈，需要一端或者两端的主机主动参与提供额外的信令。
[Briscoe05c]：B Briscoe，A Jacquet，C Di Cairano-Gilfedder，A Salvatori，A Soppera& M Koyabe：“Policing Congestion Response in an Internetwork using Re-feedback”，InProc ACM SIGCOMM′05，Computer Communications Review 35(4)(Sep 2005).
国际专利申请WO 2005/096566和WO 2005/096567涉及数据网络和构成数据网络各部分的节点，被设置为根据再反馈提议得到与在网络中的节点之间穿行的数据所采用的路径的特性相关的信息。
分布式带宽共享和拥塞
数据在各种路由协议的控制下，沿着一系列路由器之间的路径穿过互联网。各路由器设法将分组移向更靠近其最终目的地的位置。如果过多的业务穿过网络中的同一路由器，则该路由器变得拥塞，并且在使用该网络路径时，分组开始经历严重的延迟。如果源坚持通过该路由器发送业务，它就会变得严重超载(拥塞)甚至丢弃业务(当其缓冲器溢出时)。如果源仍然坚持在该瓶颈周围发送业务，则会迫使更多的路由器变得拥塞，并且如果这种现象持续蔓延，将会导致整个互联网的拥塞崩溃(这种情况在八十年代中期经常出现)。
该问题的解决方案是通过实施拥塞控制机制来确保源对其通过互联网进行数据发送的速率负责。源监视路径特性指标以检测何时传送其数据的路径变得拥塞，在路径变得拥塞的情况下，通过减少源的吞吐量来做出反应(当没有路径变得拥塞的迹象时，源的吞吐量会缓慢增加)。源所监视的典型的路径特性指标是数据路径的平均往返时间(RTT)、往返时间的差异(抖动)以及路径上的拥塞程度。拥塞是控制源通过拥塞的路径发送数据的速率自适应的一个参数。
可以隐式地通知拥塞程度(通过拥塞的路由器在这些拥塞的路由器的缓冲器溢出时或者为了保护这些拥塞的路由器自身时，丢弃分组)，或者显式地通知拥塞程度(通过例如显式拥塞通知(详见下一小节))。现在最通常的选择是隐式地进行通知。历史上，当路由器变得完全饱和时，路由器会丢弃分组(当路由器的缓冲器不能容纳业务突发时会发生这种情况)，该策略被称为弃尾(Droptail)。随机早期监测(RED)[RED]是个改进，其中，路由器监视在其缓冲器中的平均队列长度，并且当平均队列长度高于给定的阈值时，路由器开始以随着队列超出阈值的长度的增大而增大的概率丢弃分组。因为允许源更加迅速地对初期的拥塞做出反应，所以该方案广泛地用于当今的互联网。因为分组丢失导致序列中的断裂，所以采用TCP的源能够检测丢失；每当TCP源检测到丢失，都意味着将其数据传输速率减半，以减轻瓶颈处的路由器的拥塞。
[RED]：S Floyd & V Jacobson：“Random Early Detection Gateways for CongestionAvoidance”，IEEE/ACM Transactions on Networking，Vol 1-4(397-413)Aug 1993.
显式拥塞通知
显式拥塞通知(ECN)【ECN】通过在IP报头中利用2比特ECN字段来通告拥塞，在RED上进一步进行了改进。它采用和RED同样的算法，但是它将其ECN字段设置为遭受拥塞(CE：Congestion Experienced)码点，而不是丢弃分组。ECN标准要求发送器对于数据中标识的任何拥塞标记进行响应；例如，TCP接收器在TCP报头中设置遭受拥塞回响(ECE：Echo Congestion Experienced)标签，其中，TCP源将该标签解读为为了进行速率控制而丢弃了分组。进而，源接着通过将其传送速率减半对拥塞做出响应，并且利用拥塞窗口减小码点将这种情况通知给接收器。
[ECN]：K Ramakrishnan，S Floyd & D Black：″The Addition of Explicit CongestionNotification(ECN)to IP″，RFC 3168，Sep 2001.
在IP报头中的2比特ECN字段的四个值为：
●非ECT，其表示分组属于不支持ECN的流；
●ECT(0)和ECT(1)，其表示分组属于支持ECN的流，但是上游的路由器不必标识该分组；
●遭受拥塞(CE)，其表示分组遭受了初期的拥塞。
应理解的是，允许发送器最初将两个不同的码点(即，“ECT(0)”和“ECT(1)”)的任何一个分配到分组，使得发送器能够检测是否网络元素正在伪擦除该CE码点。如果已经遭受拥塞并且因此随后已被标记有“CE”码点的分组把CE码点移除以试图隐藏该分组经历了拥塞的指示，那么发送器将可以检测出这种行为，除非已经将CE码点改变回两个可能的初始的码点中的正确的一个。
Re-ECN(再显式拥塞通知)
Re-ECN(参见[Briscoe08]和[Briscoe09])是这样的系统的示例，该系统利用再反馈来提供贯穿网络的上游的拥塞信息和下游的拥塞信息。它和ECN类似，但是在分组报头中使用额外的比特。该比特使得能够使用若干新的码点。一种用以理解该协议的简单的方式是想象每个分组具有不同颜色的标记(码点)。在流的起始端，利用绿色的标记(FNE或者反馈未建立)来指示现在对于路径不具有认知。当发送器不确定路径的当前状态时，也使用绿色的标记。默认用灰色标记来标记分组。如果分组在通过网络的进程中遇到拥塞，则用红色标记来标记它们。目的地将会发送回它所见到的红色标记的总数。对于每个被通知的红色标记，发送器应当发送带有黑色标记的分组(再回响)。这些黑色标记一旦被发送器设置，则不能进行更改。在任一中间节点处，通过所见到的红色标记的数目来给出上游的拥塞，并且通过红色标记的数目和黑色标记的数目之间的差异来给出下游的拥塞。
[Briscoe08]：B Briscoe，A Jacquet，T Moncaster & A Smith：“Re-ECN：AddingAccountability for Causing Congestion to TCP/IP”，IETF Internet Draftdraft-briscoe-tsvwg-re-ecn-tcp-05，Jan 2008.
[Briscoe09]：B Briscoe et al：“Re-ECN：Adding Accountability for CausingCongestion to TCP/IP“，IETF Internet Draft draft-briscoe-tsvwg-re-ecn-tcp-07，March2009.
应当注意，虽然这两篇文献提及了代理服务器的应用，但是它们并没有指出如何在实际系统中实现这种使用，以提供有关于网络中节点的拥塞或者任何其它网络特性的信息。
前拥塞通知(Pre-Congestion Notification)
前拥塞通知(PCN)[PCN]是用于保护在网络指定区域内的某些流的服务质量的机制。仅当流不会引起太多拥塞时才被允许进入网络。为了了解是否可以允许流进入，针对通过网络的每条路径监视网络内部的初期的拥塞。这允许入口节点预测是否对于任何请求进入的指定的流将可能存在拥塞。
[PCN]：P Eardley(editor)：“Pre-Congestion Notifcation Architecture”，IETFinternet draft draft-ietf-pcn-architecture-02，Nov 2007.
IP隧道(IP tunnels)
在数据网络的语境中，隧道包括将一个协议封装到另一个协议内部，并且旨在改进网络服务，例如连通性(它允许数据通过其原本不能通过的网络)和安全性(数据被加密，因此如果它被拦截将不能被使用)，等等。
隧道的一种特殊情况是IP-in-IP隧道，其中，原始报头被完整地保留，并且在隧道的入口处被简单地封装在另一标准的IP报头中。外部IP报头源地址和目的地址识别隧道的“端点”，而内部报头保留针对分组的原始的源地址和目的地址。当分组穿过隧道，可以将外部报头可以象相同路径上的任何其它分组的报头一样地修改。当分组到达隧道的另一端时，发生解封装：外部报头被剥离，如果需要，则更新原始报头字段，并且将分组转送至其原始目的地。
其他已知技术
针对例如HTTP的应用，代理服务器被广泛地使用在应用层上，其中，通过自己服务常用的文件，它们能够减少服务器和网络的负荷。代理服务器的其它流行的应用在于规避安全控制，例如，为了访问已经被用户的互联网服务提供商(ISP)阻止的网站或者使用户的网络使用匿名化。
美国专利US 6,101,549涉及当在缺少目的地的精确的细节的情况下建立路径预留时使用针对指定的目的地的代理服务器，引入了使用代理服务器报头，以便将来自其原始目的地的数据重新引导至代理服务器的思想。这与发送RSVP(资源预留协议)消息以促进路径的预留相关地进行了讨论。
TCP代理服务器的另一种使用是使用在高延迟带宽无线网络中(例如那些通过卫星进行操作的网络)。这些网络被设计以改进TCP的性能和可靠性，当往返时间(RTT)延迟特别严重时，TCP的性能和可靠性会特别差[Meyer]。
[Meyer]：M Meyer，J Sachs & M Holzke：“Performance Evaluation of a TCP Proxyin WCDMA Networks”，IEEE Wireless Communications Vol 10 Issue 5，October 2003.
其它现有技术
S Kent & K Seo：″Security Architecture for the Internet Protocol″，RFC 4301(Dec2005)描述了一种“IP安全架构”的更新的方案，用于提供针对IP层业务的安全服务。具体地，它指定了针对IPsec相容系统的基础架构，IPsec(“互联网协议安全性”)是用于通过对数据流的各个IP分组进行认证和加密来确保IP通信安全的协议族。
B.Briscoe撰写的题为“Emulating Border Flow Policing using Re-ECN on BulkData”的文档(IETF互联网草案draft-briscoe-re-pcn-border-cheat-01(2008年2月))，涉及按比例调整(scaling)每个进入互联网的数据流的准许控制，并且讨论了将DiffServ和PCN进行结合以提供略好于控制负载的IntServ的方法如何能够按比例调整至任何大小的网络，但这只有各个域彼此信任地遵循进入控制和速率监控才可以实现。该文档涉及在不丧失可测量性的情况下解决该信任问题，并且描述了大数据块边界监控，该监控在re-ECN的帮助下对每个数据流的监控提供了充分地仿真，并且解释了如何仅在边界进行被动的大块数据的测量来对欺骗网络进行制裁。应当注意，虽然该文档提到了代理服务器的使用，但是没有指出如何在实际系统中实现这种使用、以将与网络特性相关的信息提供给数据网络中的节点。
美国专利申请US 2008/225715(“Plamondon”)涉及连接的带宽的动态控制。用于一个或者更多个连接的代理服务器可以通过一个或者更多个连接分配、分发或者产生网络拥塞的指示，用以引导连接的发送器降低其传输速率。代理服务器可以通过以下方式来实现这一点：向一个或更多个连接提供服务质量，或者确保若干连接在可接受的带宽限制中进行传送。
由Ming-Jye Sheng等撰写的题为“Analysis of ECN on TCP Performance EnhancingProxy performance for satellite networks”的论文(IEEE，MILCOM 2008，2008年11月)涉及针对卫星连接中的TCP的代理服务器，并且建议使用代理服务器将TCP连接分为两个或者更多个部分，用以提高性能。
国际专利申请WO 01/97446涉及对于无线和/或移动网络应用的ECN的提升，以避免在TCP/IP分组交换网络中的网络拥塞。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种利用经由数据网络中的多个节点从源转发至目的地的数据单元向所述数据网络中的节点提供与网络特性有关的路径特征信息的方法，所述方法包括以下步骤：
在所述网络中的第一代理服务器节点处接收来自源的数据单元，各个数据单元包括目的地指示，所述目的地指示指示所述数据单元的期望目的地；
针对与在所述第一代理服务器节点处所接收的多个数据单元相关地指示的期望目的地，识别所述网络中的第二代理服务器节点，在所述数据单元被转发到所述期望目的地之前，所述数据单元被转发到所述第二代理服务器节点；以及
将具有指示所述期望目的地的目的地指示的第一数据单元和至少一个随后的数据单元从所述第一代理服务器节点通过所述网络中的一个或更多个中间节点转发至所述第二代理服务器节点；
所述方法还包括：
针对要从所述第一代理服务器节点转发至所述第二代理服务器节点的多个数据单元中的每一个数据单元，将初始状况分配给路径特性指标，所述初始状况取决于从第二代理服务器节点所接收的信息；
当所述数据单元穿过从所述第一代理服务器节点到所述第二代理服务器节点的所述网络的路径时，根据在所述一个或更多个中间节点处的所述网络特性的当前测量结果，针对从所述第一代理服务器节点向所述第二代理服务器节点转发的数据单元更新所述路径特性指标的状况；
针对从所述第一代理服务器节点转发的、并且被所述第二代理服务器节点所接收的数据单元监视所述路径特性指标的最终状况；以及
将信息从所述第二代理服务器节点提供至所述第一代理服务器节点，由此能够针对随后的数据单元向路径特征指标分配初始状况，由此减小由预定的时期期间内被分配了第一类型的初始状况的数据单元所指示的所述网络特性的第一测量结果和在预定的时期期间内具有第二类型的最终状况的数据单元所指示的所述网络特性的第二测量结果之间的差异。
根据本发明的第二方面，提供了一种利用从源通过所述网络中的多个节点转发至目的地的数据单元向数据网络中的节点提供与网络特性相关的路径特性信息的装置，所述装置包括：
第一代理服务器节点，其能够操作从源接收数据单元，各个数据单元包括指示所述数据单元的期望目的地的目的地指示；针对与在所述第一代理服务器节点处所接收的多个数据单元相关地指示的期望目的地，识别所述网络中的第二代理服务器节点，在所述数据单元被转发到所述期望目的地之前，所述数据单元可以被转发到所述第二代理服务器节点；将具有指示所述期望目的地的目的地指示的第一数据单元和至少一个随后的数据单元从所述第一代理服务器节点通过所述网络中的一个或更多个中间节点转发至所述第二代理服务器节点，当所述数据单元穿过从所述第一代理服务器节点到所述第二代理服务器节点的所述网络的路径时，根据在所述一个或更多个中间节点处的所述网络特性的当前测量结果，所述一个或更多个中间节点能够操作来针对从所述第一代理服务器节点向所述第二代理服务器节点转发的数据单元更新所述路径特性指标的状况；以及
第二代理服务器节点，其能够操作接收从所述第一代理服务器节点转发的所述第一数据单元和所述至少一个随后的数据单元；
其中，所述第一代理服务器节点还可操作针对要从所述第一代理服务器节点转发至所述第二代理服务器节点的多个数据单元中的每一个数据单元，将初始状况分配给路径特性指标，所述初始状况取决于从第二代理服务器节点所接收的信息；
其中，所述第二代理服务器节点还可操作地针对从所述第一代理服务器节点转发的、并且被所述第二代理服务器节点所接收的数据单元监视所述路径特性指标的最终状况；并且将信息提供给所述第一代理服务器节点，由此能够针对随后的数据单元将初始状况分配给路径特征指标，由此减小由在预定的时期期间被分配了第一类型的初始状况的数据单元所指示的所述网络特性的第一测量结果和由在预定的时期期间所具有第二类型的最终状况的数据单元所指示的所述网络特性的第二测量结果之间的差异。
本发明的优选实施方式涉及上文讨论的再反馈提议，但是当前的再反馈依赖于端主机，端主机利用现有的信令信道来提供必要的反馈并馈送至前向环路，本发明的实施方式允许利用代理服务器将再反馈功能引入具有合适能力的(suitably-capable)网络的边缘。代理服务器可以在它们之间建立独立的控制信道来进行所需的通告以能够进行再反馈。其实现方法会涉及利用支持re-ECN的外部报头为数据开辟隧道与利用单独的控制分组(其中，发送不充足的数据，以确保可靠的反馈)的组合。
该机制可以涉及或者非常类似于在两个代理服务器之间建立隧道，以能够监视拥塞信息，利用隧道来帮助实现本发明的实施方式。简单的隧道本身不足以提供再反馈功能，这是因为缺少用于路径特征反馈的机制。通过将适当的路径特征反馈与用于承载控制信息和反馈信息的隧道进行结合，即使在没有更高层协议机制的情况下，本发明的实施方式也允许提供这种反馈。
根据任一方面的优选的实施方式，可以由所述预定时期期间被分配了所述第一类型的初始状况的数据单元的数目来指示所述网络特性的第一测量结果，通过在预定时期期间被分配了所述第二类型的最终状况的数据单元的数目来指示所述网络特性的第二测量结果。这种实施方式特别适用于这样的网络，其中，由单独的数据单元所承载的路径特性指标的状况可以是仅仅两种(或少量的)不同的状态中的一种，因此指示所讨论的网络的仅两种(或少量的)不同的状态中的一种。其中，网络特性是拥塞，例如，各个单独的数据单元可以承载路径特征指标，所述路径特征指标的状况可以仅指示该数据单元已遭受了拥塞、或者该数据单元还未遭受拥塞，然而，监视多个数据单元可以提供对路径上的拥塞程度的当前的测量结果。
另选地，可以由在所述预定时期期间被分配了所述第一类型的初始状况的单个数据单元所承载的信息来指示所述网络特性的第一测量结果，通过在所述预定时期期间具有所述第二类型的最终状况的单个数据单元所承载的信息来指示所述网络特性的第二测量结果。这种实施方式特别适用于这样的网络，其中，由单独的数据单元所承载的路径特性指标的状况可以是众多不同的状态中的任何一个，或者可以是连续的变量，因此能够指示所讨论的网络特性的众多不同的状态中的任何一个。
根据优选的实施方式，与其相关地提供了路径特性信息的网络特性可以是网络拥塞。在这种实施方式中，所述网络特性的第一测量结果可以与穿过从所述第一代理服务器节点到所述第二代理服务器节点的所述网络的路径上当前所预期的下游拥塞总数量的测量结果相关，并且所述网络特性的第二测量结果可以与在穿过从所述第一代理服务器节点到所述第二代理服务器节点的所述网络的路径上的数据单元所遭受的拥塞的数量的测量结果有关。
与其相关地提供了路径特征信息的网络特性是拥塞的实施方式特别适用于这样的情况，其中，第一代理服务器节点和第二代理服务器节点以及其间路径上的任何节点能够分配、更新或者监视在承载拥塞信息的字段(例如，ECN字段)中的码点的状况。具体地，这种实施方式适用于这样的情况：中间节点根据例如ECN的标准进行操作，由此，被分配了第一类型的状况(在ECN的情况下的“遭受拥塞”)的数据单元保持为其分配的所述状况。
根据其它实施方式，与其相关地提供了路径特性信息的网络特性可以是网络拥塞以外的特性，例如，延迟、电池有限的资源的拥塞或者状态有限的资源的拥塞。
控制共享不同特性的资源的网络需要不同类型路径指标的传达，以确保端系统在做出控制决定时考虑了所有这些因素。例如，某些源具有有限的电池电源(例如，路径上的节点之一是没有连接到主电网上的无线节点)或者有限的可用状态(例如，如果一个节点针对许多同时发生的连接操作网络地址转换(NAT：Network AddressTranslation))。这些指标中的每一个都可能需要在数据分组中传达不同的指标，这需要在分组报头中使用额外的字段或者码点。
附图说明
现在将参照附图来描述本发明的优选实施方式，在附图中：
图1示出了具有两台计算机的简单的网络方案，其中，每台计算机连接到代理服务器，代理服务器之间的业务沿同样的方向流动，并且在代理服务器之间建立了反馈环路以提供信息来进行再反馈；
图2是示出了新的分组到达时，网络入口处的发送端代理服务器的处理行为的流程图；
图3是示出了当分组从发送端代理服务器穿过网络到达时，在网络出口处的接收端代理服务器的处理行为的流程图；并且
图4示出了接收端代理服务器如何处理探测分组。
具体实施方式
优选的实施方式提供了一种机制，使得在端主机没有明确地支持再反馈的情况下，网络中的代理服务器能够提供所需的反馈信令以允许使用再反馈。这使得操作者或者一组操作者能够在没有端系统(end-system)支持的情况下对再反馈信令进行配置，或者代表没有进行再反馈通告所需要的适当的性能的发送器和/或接收器。要注意的关键点是，优选的实施方式仅在网络层操作。也就是说无论更高层的协议将如何做，代理服务器都将所有从给定的源到给定的目的地的IP分组视为单独的流。这是重要的，因为它使该机制能够针对所有的传输协议运作，而并不仅仅针对TCP(比如在端到端re-ECN的情况下)。
虽然很明显，发送端的代理服务器和接收端的代理服务器经常被集成在单个机器中，但是为简单起见，假设它们是分开的设备。
参照图1，我们从设想一个包含两台计算机的简单的网络开始，这两个计算机“计算机A”11和“计算机B”19通过网络10连接起来，中间有若干路由器15。在计算机A和计算机B之间可以存在多个互相连接的网络10a、10b等(如虚线所示)，这些互相连接的网络也许是不同的类型、或者由不同的实体进行操作，而不是单个的、同类的、统一控制的网络，但是为了说明的目的，将其视为单个的网络。计算机A通过“代理服务器P1”13连接到网络10，计算机B通过“代理服务器P2”17连接到网络10。为了简化说明，随后的解释涉及计算机A单纯地充当数据的发送器、计算机B单纯地充当数据的接收器的情况。应理解的是，这两台计算机实际上都可以执行发送和接收功能。
现在将参照图2、图3和图4，针对能够进行ECN的网络这一特定情况来描述提供路径特性所涉及的步骤。简单起见，将按照如前所述的“re-ECN”模型来描述分组的情况，其中，它们被如所说的那样标识为“灰色”(在代理服务器P1处被默认)、“绿色”(针对反馈未建立)、“红色”(在代理服务器P1和代理服务器P2之间的任一节点，在该节点处，分组在通过网络的过程中遇到拥塞)或者“黑色”(对代理服务器P1从代理服务器P2所接收的反馈进行再回响(re-echo)，以表明代理服务器P2已经接收了“红色”分组)。应理解的是，例如，将这些颜色用于表示与在分组的IP报头的ECN字段中所承载的信息相关的码点(codepoint)。
我们以设想在计算机A和计算机B之间没有发生通信作为开始。然后计算机A发送目的地为计算机B的分组。参见图2，代理服务器P1拦截该分组(步骤s201)并且进行检查来查看是否存在针对该流的任何状态(步骤s202)。如果没有发现任何状态，则转发该分组(步骤s205)，并且针对该流创建某个软状态(步骤s203)。与此同时，创建去往同样地址的探测分组(步骤s204)。该探测分组承载有关于针对代理服务器P2的新的流的信息。这通常包括作为源的代理服务器P1的地址以及验证码(或者散列(hash))。以与针对re-ECN中的FNE分组类似的方式，用绿色标记标识该探测分组。参照图4，图4例示了在代理服务器P2处对探测分组进行的处理，代理服务器P2拦截该探测分组(步骤s41)，并且检查是否已经存在针对该流的软状态(步骤s42)。如果不存在，则创建针对该流的自己的状态(步骤s43)。然后将指示其自己的地址、并包括所述验证码的响应发送回代理服务器P1(步骤s44)。在计算机A和计算机B之间的任何随后的业务现在都可以属于该流，因此对于相同的流的进一步的分组，代理服务器P2不重复步骤s43，而是在将任何适当的回应发送回代理服务器P1之前，在步骤s45中适当地更新流状态。
对于在同一流中的随后的分组，代理服务器P1(针对发送器)现在具有简单的任务。再次参照图2，将任何随后的从A到达并去往B的分组都封装到新的IP报头中(步骤s206)。该报头是能够进行re-ECN的，如果再回响中没有拥塞，则该报头将承载灰色标识，或者如果再回响中存在显著的拥塞，则该报头承载黑色标识(步骤s207至s212)。目标地址是P2的地址，并且验证码将被散列进入到IP报头或者被包含为IP选项。根据当前确定的回响拥塞增量(ECI：Echo Congestion Increment)的值来确定标识的颜色(在步骤S207)，根据从代理服务器P2接收到的反馈来进行设定回响拥塞增量(随后将说明)。代理服务器P1将本地ECI和它所发送的标识为黑色的分组的数目进行比较(s208)，例如，有效地比较在近期之内的值、自上一次复位操作之后的值或者在流的存在期之内的值，并且采用以下的方式标识分组：
-如果在本地ECI和先前发送的黑色分组数量之间不存在失衡，则下一分组被分配灰色标识(s209)。
-如果在本地ECI和先前发送的黑色分组数量之间存在失衡，则下一分组被分配黑色标识(s210)，并且更新被分配了黑色标识的分组的总计数(步骤s211)。
对分组分配灰色或者黑色标识本质上表明代理服务器P1是否已经从代理服务器P2接收到增量信息，该增量信息表明之前的对从代理服务器P1到代理服务器P2的路径上的预期的下游拥塞水平进行的指示低估了完成了从代理服务器P1到代理服务器P2的行程的先前分组所遭受的拥塞的实际数量。(稍后将参照图3说明由代理服务器P2来对此进行确定的方式)。
然后，将本地ECI增加至分组(步骤s212)，接着通过网络将分组向代理服务器P2转发(步骤s213)。
参照图3，代理服务器P2(接收器)接收到从计算机A向计算机B转发的分组(步骤s301)。接着解封装这些分组并且在检测出这些分组是该流的真实部分时，将这些分组发送到计算机B(步骤s302)。如果它们不是现存的流的一部分，则代理服务器P2可以为此创建软状态，并将其视为新的流，并等待与其相关的探测分组的到达(步骤s303)。如果它们是现存的流的一部分，则适当地更新流状态(步骤s304)。在这些情况的每一个中，代理服务器P2都检查分组(步骤s305)。如果发现分组标记了红色标识(指示“遭受拥塞”)，则其将增加其本地拥塞计数(步骤s306)。这将会被发送到本地发送器代理服务器以返回至代理服务器P1，所以代理服务器P1可以决定是否需要用黑色标识来标记任一随后的分组，如果需要，需要多少，如前所述，参照图2中的步骤s207至s212。
然后将分组转发至其最终的目的地(步骤s307)。
如果数据流全部(或者绝大多数)是单向的，则在连接的下游端的代理服务器需要定期将更新信息发送回其它代理服务器，以向其通知链路的当前拥塞状态(下游端的代理服务器已经发现的红色标识的数目)。这可能是没有数据的IP分组，但其使用IP选项来承载拥塞标识的更新的数量。
以上的说明涉及这样的情况，即，其中计算机A仅充当数据的发送器，计算机B仅充当数据的接收器，但两个计算机实际上都可以执行发送功能和接收功能两者，在这种情况下，每个代理服务器P1和P2都可以接收来自另一代理服务器的反馈，使得每个代理服务器都能够执行两者的功能。在这种情况下(即，正在发生双向通信，并且存在双向运行的re-ECN或者其它反馈)，代理服务器P2也可以执行例如由步骤s308和s309所指示的步骤，这些步骤从步骤s304至步骤s305沿虚线箭头行进，而不是沿直接连接这些步骤的实线行进。
如果在计算机A和计算机B之间没有最近的业务，则任何流的状态都变得陈旧并且必须被丢弃。在这种情况下，必须以与针对新连接同样的方式重新启动连接。
本机制可以很容易地适合于用于一端存在代理服务器而另一端存在能够进行再反馈的主机的情况。在这种情况下，可能需要改变对流进行认证的机制。
采用单比特或者多比特拥塞指示的实施方式
已经在能够进行ECN的网络的语境下描述了上述主要的实施方式，其中，采用提供这样的指示的方式来标识分组：分组现在已经到达哪个节点；分组在来自该节点的上游的路径上是否遭受了拥塞。如以上在“re-ECN”的章节中所述的，利用从路径(或其分段)的末端的节点向路径(或其分段)的起始的节点所提供的适当的信息的反馈，使得分组不仅能提供上游拥塞信息，并且提供对网络的该路径(或其分段)上的任一点处的节点的下游拥塞的精确的、最新的预测，这利用了这样的事实：通过节点从路径上的端到端拥塞的精确的、最新的测量结果中减去实际的上游拥塞的数量可以得到这种预测。这些测量结果可以被路径上的流的分组携带到该路径上的任一节点。
通过单个比特的二进制字段能够实现简单地指示是否分组已遭受了拥塞(例如，“0”代表“至今没有遭受拥塞”；“1”代表已遭受了某种拥塞)。ECN采用额外的比特，但是如上所述，这部分地是为了提供足够的不同的码点以允许这样的机制：所述机制使得发送器能够验证网络元素没有擦除“遭受拥塞”的码点，该信息由单个分组所承载，通常仅指示是否单个的分组“已遭受了某种拥塞”或者“至今没有遭受拥塞”，而不指示分组可能遭受过“多少”拥塞的测量结果。即使采用re-ECN，由单个分组所承载的单独的信息通常也涉及该分组是否已遭受了“某种拥塞”或者“没有拥塞”。为了测量路径上的拥塞程度，因此通常采用多于一个的分组对该信息进行编码。例如，对于正在经受3％拥塞的路径，针对所发送的100个分组的序列，代理服务器P1将发送3个具有“黑色”标记的分组，并且如果路径维持在3％的拥塞，代理服务器P2会接收到3个“黑色”分组和3个“红色”分组。
然而，另选的实施方式可以使用多比特信号用以使得单个的分组能够承载路径上的拥塞程度的测量结果。针对以上情况，对于正在经受3％的拥塞的路径，如果采用多比特信号，则代理服务器P1能够发送各个单独的分组(第一多比特拥塞字段被设置为指示3％的“预期的拥塞”)，如果路径保持3％的拥塞，代理服务器P2将接收到第二多比特拥塞字段被设置为指示“遭受拥塞”被设置为3％的那些分组。

Claims (15)

1.一种利用经由数据网络中的多个节点从源向目的地转发的数据单元向所述数据网络中的节点提供与网络特性有关的路径特征信息的方法，所述方法包括以下步骤：
在所述网络中的第一代理服务器节点处接收来自源的数据单元，各个数据单元包括目的地指示，所述目的地指示指示所述数据单元的期望目的地；
针对与在所述第一代理服务器节点处所接收的多个数据单元相关地指示的期望目的地，识别所述网络中的第二代理服务器节点，在所述数据单元被转发到所述期望目的地之前，所述数据单元被所述第一代理服务器节点转发到所述第二代理服务器节点；以及
将各自具有指示所述期望目的地的目的地指示的第一数据单元和至少一个随后的数据单元从所述第一代理服务器节点通过所述网络中的一个或更多个中间节点转发至所述第二代理服务器节点；
所述方法还包括：
针对要从所述第一代理服务器节点转发至所述第二代理服务器节点的多个数据单元中的每一个数据单元，将初始状况分配给路径特性指标，所述初始状况取决于从所述第二代理服务器节点所接收的信息；
当所述数据单元沿从所述第一代理服务器节点到所述第二代理服务器节点的所述网络的路径穿过时，根据在所述一个或更多个中间节点处的所述网络特性的当前测量结果，针对从所述第一代理服务器节点向所述第二代理服务器节点转发的数据单元更新所述路径特性指标的状况；
针对从所述第一代理服务器节点转发的、并且被所述第二代理服务器节点所接收的数据单元监视所述路径特性指标的最终状况，针对特定数据单元的所述最终状况是当所述数据单元被所述第二代理服务器节点接收时所述数据单元的所述路径特性指标的状况；以及
将信息从所述第二代理服务器节点提供至所述第一代理服务器节点，由此能够针对随后的数据单元向所述路径特征指标分配初始状况，由此减小由预定的时期期间内被分配了第一类型的初始状况的数据单元所指示的所述网络特性的第一测量结果和在预定的时期期间内具有第二类型的最终状况的数据单元所指示的所述网络特性的第二测量结果之间的差异。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，由在所述预定的时期期间被分配了所述第一类型的初始状况的数据单元的数目来指示所述网络特性的第一测量结果，并且其中，由在所述预定的时期期间具有所述第二类型的最终状况的数据单元的数目来指示所述网络特性的第二测量结果。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，由在所述预定的时期期间被分配了所述第一类型的初始状况的单个数据单元所承载的信息来指示所述网络特性的第一测量结果，并且其中，由在所述预定的时期期间具有所述第二类型的最终状况的单个数据单元所承载的信息来指示所述网络特性的第二测量结果。
4.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的方法，其中，所述网络特性是拥塞。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述网络特性的第一测量结果与沿从所述第一代理服务器节点到所述第二代理服务器节点的所述网络的路径穿过当前所预期的下游拥塞总数量的测量结果相关。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其中，所述网络特性的第二测量结果与沿从所述第一代理服务器节点到所述第二代理服务器节点的所述网络的路径穿过的数据单元所遭受的拥塞的数量的测量结果有关。
7.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的方法，其中，所述网络特性是延迟、电池有限的资源的拥塞或者状态有限的资源的拥塞。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一代理服务器节点和所述第二代理服务器节点、以及，所述第一代理服务器节点和所述第二代理服务器节点之间的路径上的一个或更多个节点能够分配、更新或者监视在承载与所述数据单元有关的拥塞信息的字段中的码点的状况，并且其中，所述路径特性指标的状况与所述码点的状况有关。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述第一代理服务器节点和所述第二代理服务器节点、以及所述第一代理服务器节点和所述第二代理服务器节点之间的路径上的一个或更多个节点能够分配、更新或者监视在所述数据单元的ECN字段中的码点的状况。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，各中间节点根据协议进行操作，由此，被分配了所述第一类型的状况的数据单元保持为其分配的所述状况。
11.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括以下步骤：将所述第一数据单元和所述至少一个随后的数据单元从所述第二代理服务器节点向所述期望目的地转发。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述数据网络包括多个互相连接的网络。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，针对从所述第一代理服务器节点向所述第二代理服务器节点转发的数据单元的路径特性指标的所述最终状况是所述第二代理服务器节点接收到该数据单元时的所述数据单元的路径特性指标的状况。
14.一种利用从源通过数据网络中的多个节点向目的地转发的数据单元向所述数据网络中的节点提供与网络特性相关的路径特性信息的装置，所述装置包括：
第一代理服务器节点，其能够操作从源接收数据单元，各个数据单元包括指示所述数据单元的期望目的地的目的地指示；针对与在所述第一代理服务器节点处所接收的多个数据单元相关地指示的期望目的地，识别所述网络中的第二代理服务器节点，在所述数据单元被转发到所述期望目的地之前，所述数据单元可以被所述第一代理服务器节点转发到所述第二代理服务器节点；并且将各自具有指示所述期望目的地的目的地指示的第一数据单元和至少一个随后的数据单元从所述第一代理服务器节点通过所述网络中的一个或更多个中间节点转发至所述第二代理服务器节点，当所述数据单元沿从所述第一代理服务器节点到所述第二代理服务器节点的所述网络的路径穿过时，根据在所述一个或更多个中间节点处的所述网络特性的当前测量结果，所述一个或更多个中间节点能够操作来针对从所述第一代理服务器节点向所述第二代理服务器节点转发的数据单元更新所述路径特性指标的状况；以及
第二代理服务器节点，其能够操作接收从所述第一代理服务器节点转发的所述第一数据单元和所述至少一个随后的数据单元；
其中，所述第一代理服务器节点还操作以针对要从所述第一代理服务器节点转发至所述第二代理服务器节点的多个数据单元中的每一个数据单元，将初始状况分配给路径特性指标，所述初始状况取决于从所述第二代理服务器节点所接收的信息；
其中，所述第二代理服务器节点还能够操作以针对从所述第一代理服务器节点转发的、并且被所述第二代理服务器节点所接收的数据单元监视所述路径特性指标的最终状况，针对特定数据单元的所述最终状况是当所述数据单元被所述第二代理服务器节点接收时所述数据单元的所述路径特性指标的状况；并且将信息提供给所述第一代理服务器节点，由此能够针对随后的数据单元将初始状况分配给路径特征指标，由此减小由在预定的时期期间被分配了第一类型的初始状况的数据单元所指示的所述网络特性的第一测量结果和由在预定的时期期间具有第二类型的最终状况的数据单元所指示的所述网络特性的第二测量结果之间的差异。
15.根据权利要求14所述的装置，所述第二代理服务器节点还能够操作以向所述期望目的地转发所述第一数据单元和所述至少一个随后的数据单元。
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