CN102970118B - 一种tcp ack报文处理方法、装置及无线网络设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种TCP ACK报文处理方法、装置及无线网络设备，其中，该方法包括：根据待聚合的报文的头部，判断所述待聚合的报文中是否存在连续的TCP ACK报文；当存在连续的TCP ACK报文时，根据预设的阈值对所述连续的TCP ACK报文进行处理；将得到的帧聚合队列送入帧聚合单元进行帧聚合。本发明通过对待聚合的报文中的TCP ACK报文进行特殊的处理，然后进行帧聚合操作，能够减少TCP ACK报文在帧聚合时占用的资源，解决无线空口资源紧缺的问题，尤其能够避免因为TCP ACK攻击造成缓存队列被填满的情况，提高了TCP报文的传输质量，提升了无线网络的吞吐量，特别在帧聚合深度无法提升的情况下，更能有效提高无线网络的资源利用率。

Description

一种TCP ACK报文处理方法、装置及无线网络设备

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种传输控制协议（TransmissionControl Protocol，TCP）应答（ACK）报文处理方法、装置及无线网络设备。

背景技术

无线性能一直是制约无线局域网络（Wireless Local Area Networks,WLAN）更广泛应用的因素之一。在802.11a标准和802.11g标准之后，802.11小组就在着手进行802.11n标准的制定，802.11n标准提出了对于性能提升的硬性指标。自802.11n标准开始，物理层（PHY）的数据率有了显著提高，但由于MAC协议有固定的系统开销，这些优点不能在MAC层以上体现出来。

802.11中的任何一个报文在物理发送时会被作为一个MAC协议数据单元（MAC Protocol Data Unit，MPDU）发送，每一次发送都需要信道竞争和避让，从而消耗信道资源。为了提高数据传输的有效率，提升吞吐率，802.11n中提出帧聚合的概念。帧聚合（Aggregate MPDU，AMPDU）通过将多个MPDU聚合为一个物理层报文，只进行一次信道竞争或避让，即可完成多个MPDU的同时发送，从而减少了发送多个MPDU报文所带来的信道资源消耗。通过报文聚合特性，充分提高了信道资源的利用率，极大地提升了802.11网络性能。

在通常的黑客攻击中，SYN攻击是最常用的一种攻击手段，SYN是利用一堆TCP SYN数据包来淹没被攻击对象，这里，每个TCP SYN数据包会迫使被攻击对象产生一个SYN-ACK应答数据包，并等待客户的确认，由于源地址是不存在的，这些伪造的SYN包将长时间占用未连接队列，过量的SYN-ACK堆积在缓存队列里，当缓存队列占满后，系统就会停止应答正常的SYN请求，造成系统运行缓慢，严重者引起网络堵塞甚至系统瘫痪。而且，在一个无线网络设备上，如果收到大量的TCP-ACK报文，即使缓存队列不堵住，也会造成信道资源被消耗，导致网络性能下降。

在SYN攻击中，大多数操作系统和防火墙能够阻止SYN攻击，具体可以通过阻塞掉所有带有已知的错误的IP源地址的数据包来阻止SYN攻击，其中，这些数据包是包括带有错误的为内部保留的IP地址的数据包。

在目前无线局域网络中，帧聚合技术具体的应用场景如图1所示，高吞吐量（High Throughput，HT）终端和无线接入点之间可以通过AMPU进行数据传输，非高吞吐量（Non-HT）终端和无线接入点通过非聚合方式进行数据传输。TCP是一个面向连接的协议，在双方发送数据之前，都需要首先建立一条连接，通信过程中需要TCP ACK应答。而无线网络中的网络透传设备，通常没有对TCP ACK相关的过滤操作。当网络状况糟糕的时候，会有大量TCP ACK转发到网络透传设备，无线网络透传设备在802.11n中MAC层不进行过滤处理，直接将TCP ACK送入帧聚合队列，转发到硬件队列，会造成帧聚合队列拥堵，消耗无线透传设备的资源。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种TCP ACK报文处理方法、装置及无线网络设备，能够减少TCP ACK报文在帧聚合时占用的资源，提高资源利用率。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种传输控制协议（TCP）应答（ACK）报文处理方法，所述方法包括：

根据待聚合的报文的头部，判断所述待聚合的报文中是否存在连续的TCPACK报文；

当存在连续的TCP ACK报文时，根据预设的阈值对所述连续的TCP ACK报文进行处理；

将得到的帧聚合队列送入帧聚合单元进行帧聚合。

一种TCP ACK报文处理装置，所述装置包括：判断模块、处理模块、送入模块；其中，

所述判断模块，用于根据待聚合的报文的头部，判断所述待聚合的报文中是否存在连续的TCP ACK报文；

所述处理模块，用于当存在连续的TCP ACK报文时，根据预设的阈值对所述连续的TCP ACK报文进行处理；

所述送入模块，用于将得到的帧聚合队列送入帧聚合单元进行帧聚合。

一种无线网络设备，包括驱动单元、帧聚合单元，其特征在于，所述无线网络设备还包括如上所述的TCP ACK报文处理装置。

本发明通过对待聚合的报文中的TCP ACK报文进行特殊的处理，然后进行帧聚合操作，能够减少TCP ACK报文在帧聚合中占用的资源，解决无线空口资源紧缺的问题，尤其能够避免因为TCP ACK攻击造成缓存队列被填满的情况，提高了TCP报文的传输质量，提升了无线网络的吞吐量，特别在聚合深度无法提升的情况下，更能有效提高无线网络的资源利用率。

附图说明

图1为现有无线网络设备间支持A-MPDU聚合传输的示意图；

图2为本发明TCPACK报文处理方法的实现流程示意图；

图3为本发明TCPACK报文处理方法实施例的实现流程示意图；

图4为本发明TCPACK报文处理装置的结构示意图；

图5为本发明无线网络设备的结构示意图。

具体实施方式

本发明的基本思想为：根据待聚合的报文的头部，判断所述待聚合的报文中是否存在连续的TCPACK报文；当存在连续的TCPACK报文时，根据预设的阈值对所述连续的TCP ACK报文进行处理；将得到的帧聚合队列送入帧聚合单元进行帧聚合。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下举实施例并参照附图，对本发明进一步详细说明。

图2示出了本发明TCP ACK报文处理方法的实现流程，如图2所示，所述方法包括下述步骤：

步骤201，根据待聚合的报文的头部，判断所述待聚合的报文中是否存在连续的TCP ACK报文；

步骤202，当存在连续的TCP ACK报文时，根据预设的阈值对所述连续的TCP ACK报文进行处理；

具体地，首先判断当前处理的TCP ACK报文的次数是否小于等于所述阈值，当处理TCP ACK报文的次数小于等于所述阈值时，将当前处理的TCP ACK报文的确认号与最近一次送入帧聚合队列的TCP ACK报文的确认号进行比较；其中，该确认号的长度为32bit。

若当前处理的TCP ACK报文的确认号小于最近一次送入帧聚合队列的TCP ACK报文的确认号时，表明当前处理的TCP ACK报文先于最近一次送入帧聚合队列的TCP ACK报文产生，进一步判断当前处理的TCP ACK报文与最近一次送入帧聚合队列的TCP ACK报文是否指向同一个TCP连接，若是，丢弃当前处理的TCP ACK报文，否则，直接将当前处理的TCP ACK报文送入帧聚合队列；

若当前处理的TCP ACK报文的确认号等于最近一次送入帧聚合队列的TCP ACK报文的确认号时，表明最近一次送入帧聚合队列的TCP ACK报文因为延时等原因可能又进行了重传，进一步判断当前处理的TCP ACK报文与最近一次送入帧聚合队列的TCP ACK报文是否指向同一个TCP连接，若是，丢弃当前处理的TCP ACK报文，否则，直接将当前处理的TCP ACK报文送入帧聚合队列；

若当前处理的TCP ACK报文的确认号大于最近一次送入帧聚合队列的TCP ACK报文的确认号时，表明当前处理的TCP ACK报文晚于最近一次送入帧聚合队列的TCP ACK报文产生，进一步判断当前处理的TCP ACK报文与最近一次送入帧聚合队列的TCP ACK报文相互是否指向同一个TCP连接，若是，根据同一个TCP连接的TCP ACK报文至少保留一个即可的原则，丢弃最近一次送入帧聚合队列的TCP ACK报文，将当前处理的TCP ACK报文送入帧聚合队列；若不是，则直接将当前处理的TCP ACK报文送入帧聚合队列，结束当前处理流程；

其中，判断所述当前处理的TCP ACK报文与最近一次送入帧聚合队列的TCP ACK报文相互是否指向同一个TCP连接具体为：判断当前处理的TCP ACK报文和最近一次送入帧聚合队列的TCP ACK报文的IP地址是否相同，具体地，所述IP地址包括源IP地址和目的IP地址；当IP地址相同时，判断当前处理的TCP ACK报文和最近一次送入帧聚合队列的TCP ACK报文的端口号是否相同，当端口号相同时，当前处理的TCP ACK报文与最近一次送入帧聚合队列的TCPACK报文指向同一个TCP连接，具体地，所述端口号包括源端口号和目的端口号。

每一个TCP ACK报文处理结束后，将当前处理TCP ACK报文的次数加1，依次对后面的TCP ACK报文进行如上处理，直至所述次数等于所述阈值或所述连续的TCP ACK报文处理完毕。

进一步地，在将当前处理的TCP ACK报文的确认号与最近一次送入帧聚合队列的TCP ACK报文的确认号进行比较之前，还可以包括：当处理TCP ACK报文的次数等于所述阈值时，将处理TCP ACK报文的次数初始化为0，以便后续的下一轮处理。

应当理解，在进行一轮处理后，最后送入帧聚合队列的TCP ACK可能不止一个，这是因为，当连续的TCP ACK报文中若存在不是指向同一个TCP连接的TCP ACK报文时，也会被送入帧聚合队列，由于每次处理时都存在是否指向同一个TCP连接的判断，因此不会出现不同TCP连接的TCP ACK报文的遗漏。

例如，当存在连续20个TCP ACK报文，假设该20个TCP ACK报文记为：TCP ACK 0~19，处理的阈值为5；则以TCP ACK 0~4进行说明：

将TCP ACK 0放入帧聚合队列；

处理TCP ACK 1：判断得到TCP ACK 1的确认号小于TCP ACK 0的确认号，进一步判断TCP ACK 1和TCP ACK 0是否指向同一个TCP连接，这里，TCP ACK 1和TCP ACK 0指向同一个TCP连接，则丢弃TCP ACK 1；TCP ACK0仍为最近一次送入帧聚合队列的报文；

处理TCPACK 2：判断得到TCP ACK 2的确认号大于TCP ACK 0，再判断TCP ACK 2和TCP ACK 0是否指向同一个TCP连接，这里，TCP ACK 2和TCPACK 0不指向同一个TCP连接，将TCP ACK 2也放入帧聚合队列，位于TCPACK 0的后面，这里，TCP ACK 2为最近一次送入帧聚合队列的报文；

处理TCP ACK 3：判断得到TCP ACK 3的确认号大于TCP ACK 2，再判断TCP ACK 3和TCP ACK 2是否指向同一个TCP连接，这里，TCP ACK 3和TCPACK 2不指向同一个TCP连接，因此，将TCP ACK 3也放入帧聚合队列，位于TCP ACK 2的后面，这里，TCP ACK 3为最近一次送入帧聚合队列的报文；

处理TCP ACK 4：判断得到TCP ACK 4的确认号大于TCP ACK 3，再判断TCP ACK 4和TCP ACK 3是否指向同一个TCP连接，这里，TCP ACK 4和TCPACK 3指向同一个TCP连接，因此，将TCP ACK 3丢弃，将TCP ACK 4放入帧聚合队列，位于TCP ACK 2的后面；

如此，TCP ACK 0~4处理完毕，最终放入帧聚合队列的为TCP ACK 0、TCPACK 2、TCP ACK 4，此时的帧聚合队列若满足预设的聚合深度，则可执行步骤203，否则，还需要进行下一轮的处理。

步骤203，将得到的满足聚合深度的帧聚合队列送入帧聚合单元进行帧聚合。

另外，上述通过阈值的设置可以加快报文的发送速度，当帧聚合队列长度确定的情况下，通过阈值进行分组处理，加快报文送入帧聚合队列的速度，帧聚合队列长度能够很快得到满足，以便迅速发送出去，进而进行TCP ACK报文的回应；还可以通过改变所述阈值的大小来控制TCP ACK报文在帧聚合后报文中所占的比重，增加报文风险的可控性。

优选地，上述方法还可以包括：根据TCP ACK报文在帧聚合后的报文中所占的比重，动态调整所述阈值，如当TCP ACK报文所占比重上升10%时，所述阈值按等比例进行相应增大调整等等，最大限度地降低TCP ACK报文在整个聚合报文中所占的比重，提高系统的数据吞吐量，有效预防TCP ACK的网络攻击。

图3示出了本发明TCP ACK报文处理方法实施例的实现流程，如图3所示，所述实施例包括下述步骤：

步骤301，无线网络设备的驱动单元接收待处理的数据帧，当所述数据帧需要帧聚合时，无线网络设备的帧聚合单元启用帧聚合功能，接收待聚合的报文；

步骤302，帧聚合单元对接收到的报文的合法性验证通过后，判断是否开启TCP ACK报文处理操作，当开启时，执行步骤303，否则执行步骤304；

步骤303，TCP ACK报文处理单元对待聚合的报文进行如上述步骤201-步骤202的TCP ACK报文处理操作，并将处理后的报文送入帧聚合单元，具体过程不再赘述；

步骤304，帧聚合单元对接收到的报文进行帧聚合；

步骤305，TCP ACK报文处理单元根据帧聚合后得到的报文对TCP ACK报文处理操作的相关参数进行调整；具体可以为：根据TCP ACK报文在帧聚合后的报文中所占的比重，动态调整所述阈值，如当TCP ACK报文所占比重上升10%时，所述阈值按等比例进行相应增大调整等等，最大限度地降低TCPACK报文在整个聚合报文中所占的比重，提高系统的数据吞吐量，有效预防TCPACK的网络攻击。

图4示出了本发明TCP ACK报文处理装置的结构，如图4所示，所述装置包括：判断模块、处理模块、送入模块；其中，

所述判断模块，用于根据待聚合的报文的头部，判断所述待聚合的报文中是否存在连续的TCP ACK报文；

所述处理模块，用于当存在连续的TCP ACK报文时，根据预设的阈值对所述连续的TCP ACK报文进行处理；

所述送入模块，用于将处理后的报文送入帧聚合队列进行帧聚合。

其中，所述处理模块，具体用于当处理TCP ACK报文的次数小于等于所述阈值时，将当前处理的TCP ACK报文的确认号与最近一次送入帧聚合队列的TCP ACK报文的确认号进行比较，其中，该确认号的长度可以为32bit；若当前处理的TCP ACK报文的确认号小于最近一次送入帧聚合队列的TCP ACK报文的确认号时，表明当前处理的TCP ACK报文先于最近一次送入帧聚合队列的TCP ACK报文产生，进一步判断当前处理的TCP ACK报文与最近一次送入帧聚合队列的TCP ACK报文是否指向同一个TCP连接，若是，丢弃当前处理的TCP ACK报文，否则，直接将当前处理的TCP ACK报文送入帧聚合队列；若当前处理的TCP ACK报文的确认号等于最近一次送入帧聚合队列的TCPACK报文的确认号时，表明最近一次送入帧聚合队列的TCP ACK报文因为延时等原因可能又进行了重传，进一步判断当前处理的TCP ACK报文与最近一次送入帧聚合队列的TCP ACK报文是否指向同一个TCP连接，若是，丢弃当前处理的TCP ACK报文，否则，直接将当前处理的TCP ACK报文送入帧聚合队列；若当前处理的TCP ACK报文的确认号大于最近一次送入帧聚合队列的TCP ACK报文的确认号时，表明当前处理的TCP ACK报文晚于最近一次送入帧聚合队列的TCP ACK报文产生，进一步判断当前处理的TCP ACK报文与最近一次送入帧聚合队列的TCP ACK报文是否指向同一个TCP连接，若是，根据同一个TCP连接的TCP ACK报文至少保留一个即可的原则，丢弃最近一次送入帧聚合队列的TCP ACK报文，将当前处理的TCP ACK报文送入帧聚合队列，若不是，则直接将当前处理的TCP ACK报文送入帧聚合队列，结束当前处理流程；每一个TCP ACK报文处理结束后，将当前处理TCP ACK报文的次数加1，依次对后续的TCP ACK报文进行如上处理，直至所述次数等于所述阈值或所述连续的TCP ACK报文处理完毕。

进一步地，所述处理模块，还用于当处理TCP ACK报文的次数等于预设的阈值时，将处理TCP ACK报文的次数初始化为0。

其中，所述处理模块，具体用于判断当前处理的TCP ACK报文和最近一次送入帧聚合队列的TCP ACK报文的IP地址是否相同；当IP地址相同时，判断当前处理的TCP ACK报文和最近一次送入帧聚合队列的TCP ACK报文的端口号是否相同，当端口号相同时，当前处理的TCP ACK报文与最近一次送入帧聚合队列的TCP ACK报文指向同一个TCP连接。

进一步地，所述装置还包括：调整模块，用于根据TCP ACK报文在帧聚合后的报文中所占的比重，动态调整所述阈值，如当TCP ACK报文所占比重上升10%时，所述阈值按等比例进行相应增大调整等等，最大限度地降低TCPACK报文在整个聚合报文中所占的比重，提高系统的数据吞吐量，有效预防TCP ACK的网络攻击。

本发明还提供一种无线网络设备，如图5所示，所述无线网络设备包括驱动单元、帧聚合单元，还包括如上所述的TCP ACK报文处理装置；其中，所述无线网络设备的工作过程可参见图3所示实施例的实现过程，这里，所述无线网络设备具体可以为无线接入点设备。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种传输控制协议TCP应答ACK报文处理方法，其特征在于，所述方法包括：

根据待聚合的报文的头部，判断所述待聚合的报文中是否存在连续的TCPACK报文；

当存在连续的TCP ACK报文时，根据预设的阈值对所述连续的TCP ACK报文进行处理；

将得到的帧聚合队列送入帧聚合单元进行帧聚合；

其中，当存在连续的TCP ACK报文时，根据预设的阈值对所述连续的TCPACK报文进行处理为：

当处理TCP ACK报文的次数小于等于所述阈值时，将当前处理的TCPACK报文的确认号与最近一次帧聚合队列的TCP ACK报文的确认号进行比较；

若当前处理的TCP ACK报文的确认号小于等于最近一次送入帧聚合队列的TCP ACK报文的确认号时，进一步判断当前处理的TCP ACK报文与最近一次送入帧聚合队列的TCP ACK报文是否指向同一个TCP连接，若是，丢弃当前处理的TCP ACK报文，否则，直接将当前处理的TCP ACK报文送入帧聚合队列；

若当前处理的TCP ACK报文的确认号大于最近一次送入帧聚合队列的TCP ACK报文的确认号时，判断当前处理的TCP ACK报文与最近一次送入帧聚合队列的TCP ACK报文相互是否指向同一个TCP连接，若是，丢弃最近一次送入帧聚合队列的TCP ACK报文，将当前处理的TCP ACK报文送入帧聚合队列，否则，直接将当前处理的TCP ACK报文送入帧聚合队列；

每一个TCP ACK报文处理结束后，将当前处理TCP ACK报文的次数加1，依次对后续的TCP ACK报文进行如上处理，直至所述次数等于所述阈值或所述连续的TCP ACK报文处理完毕。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在将当前处理的TCP ACK报文的确认号与最近一次送入帧聚合队列的TCP ACK报文的确认号进行比较之前，所述方法还包括：

当处理TCP ACK报文的次数等于所述阈值时，将处理TCP ACK报文的次数初始化为0。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述判断所述当前处理的TCP ACK报文与最近一次送入帧聚合队列的TCP ACK报文相互是否指向同一个TCP连接为：

判断当前处理的TCP ACK报文和最近一次送入帧聚合队列的TCP ACK报文的IP地址是否相同；

当IP地址相同时，判断当前处理的TCP ACK报文和最近一次送入帧聚合队列的TCP ACK报文的端口号是否相同，当端口号相同时，当前处理的TCPACK报文与最近一次送入帧聚合队列的TCP ACK指向同一个TCP连接。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：根据TCP ACK报文在帧聚合后的报文中所占的比重，调整所述阈值。

5.一种TCP ACK报文处理装置，其特征在于，所述装置包括：判断模块、处理模块、送入模块；其中，

所述判断模块，用于根据待聚合的报文的头部，判断所述待聚合的报文中是否存在连续的TCP ACK报文；

所述处理模块，用于当存在连续的TCP ACK报文时，根据预设的阈值对所述连续的TCP ACK报文进行处理；

所述送入模块，用于将得到的帧聚合队列送入帧聚合单元进行帧聚合；

所述处理模块，具体用于当处理TCP ACK报文的次数小于等于所述阈值时，将当前处理的TCP ACK报文的确认号与最近一次送入帧聚合队列的TCPACK报文的确认号进行比较；

若当前处理的TCP ACK报文的确认号小于等于最近一次送入帧聚合队列的TCP ACK报文的确认号时，进一步判断当前处理的TCP ACK报文与最近一次送入帧聚合队列的TCP ACK报文是否指向同一个TCP连接，若是，丢弃当前处理的TCP ACK报文，否则，直接将当前处理的TCP ACK报文送入帧聚合队列；

若当前处理的TCP ACK报文的确认号大于最近一次送入帧聚合队列的TCP ACK报文的确认号时，判断当前处理的TCP ACK报文与最近一次送入帧聚合队列的TCP ACK报文是否指向同一个TCP连接，若是，丢弃最近一次送入帧聚合队列的TCP ACK报文，保存当前处理的TCP ACK报文，否则，直接将当前处理的TCP ACK报文送入帧聚合队列；每一个TCP ACK报文处理结束后，将当前处理TCP ACK报文的次数加1，依次对后续的TCP ACK报文进行如上处理，直至所述次数等于所述阈值或所述连续的TCP ACK报文处理完毕。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述处理模块，还用于当处理TCP ACK报文的次数等于所述阈值时，将处理TCP ACK报文的次数初始化为0。

7.根据权利要求5或6所述的装置，其特征在于，所述处理模块，具体用于判断当前处理的TCP ACK报文和最近一次送入帧聚合队列的TCP ACK报文的IP地址是否相同；当IP地址相同时，判断当前处理的TCP ACK报文和最近一次送入帧聚合队列的TCP ACK报文的端口号是否相同，当端口号相同时，当前处理的TCP ACK报文与最近一次送入帧聚合队列的TCP ACK报文指向同一个TCP连接。

8.根据权利要求5或6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：调整模块，用于根据TCP ACK报文在帧聚合后的报文中所占的比重，调整所述阈值。

9.一种无线网络设备，包括驱动单元、帧聚合单元，其特征在于，所述无线网络设备还包括如权利要求5至8任一项所述的TCP ACK报文处理装置。