CN103401702B - 一种基于全分布式模型的tcp连接管理方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于全分布式模型的TCP连接管理方法及设备，该方法应用于一种全连接域，所述全连接域包括一个管理中心节点和多个成员节点，所述管理中心节点与各个成员节点直接连接，所述直接连接为物理连接，管理中心节点通过物理端口之间的侦测技术感知到成员节点异常离开；管理中心节点向其所在全连接域内所有成员节点广播该成员节点异常离开消息，使成员节点收到所述广播消息后关闭与异常离开成员节点之间的TCP连接；管理中心节点从其所在全连接域中删除该异常离开成员节点。应用本发明方案，能够快速感知成员节点异常离开并拆除异常TCP连接，进而快速回收系统资源。

Description

一种基于全分布式模型的TCP连接管理方法及设备

技术领域

本发明涉及网络通信传输技术,特别是一种基于全分布式模型的TCP连接管理方法和设备。

背景技术

网络拓扑结构是指用传输媒体互连各种设备的物理布局，就是用什么方式把网络中的计算机等设备连接起来。拓扑图给出网络服务器、工作站的网络配置和相互间的连接，它的拓扑模型主要有总线结构、星形结构、环形结构、树形结构、分布式结构、网状结构、蜂窝状结构等。

各个网络设备可以抽象为节点，以某种拓扑结构存在的网络系统中，各个节点可能存在加入或退出的情况，节点退出时需要拆除和其他节点的TCP连接。对于传输控制协议（TCP，Transmission Control Protocol）连接拆除，主要分以下两种情况：

在可控的情况下，节点在退出时可主动通知其他节点，对应的TCP连接可以正常发起close操作。即四次挥手（four-way handshake）；

在不可控的情况下，节点掉电、崩溃或死机导致异常退出，TCP无法正常被关闭，对于节点异常离开，TCP层面可以通过两个方式感知，分别是保活定时器和重传定时器，这种机制延迟性较高。

保活定时器主要针对成员离开后当前的连接无任何数据交换，TCP允许存在没有任何数据流通的一个空闲连接，也就是连接的双方在都没有向对方发送数据的情况下，两个TCP模块不需要交换任何信息。

如果给定的连接在两个小时内没有任何动作，服务端向客户端发送一个检查报文段（当然也允许客户端向服务端发起），此时客户端必须处于以下的三个状态之一：

1）客户主机正常运行，并从服务器可达，TCP响应正常，连接正常。

2）客户主机已经离开（已经崩溃或关闭或正在重启等）、或客户主机正常但链路不可到达，在任何一种情况下，服务端将不能收到探查的响应，并在75秒后超时。期间服务器总共发送10个这样的探查报文段，每个间隔75秒。如果服务端没有收到一个响应，它就认为客户主机已经关闭并终止该连接。

3）客户主机已经重新启动，服务端将收到一个对其保活探查的响应，但是这个响应是一个复位，使得服务端终止这个连接。

超时重传是TCP协议保证数据可靠性的另一个重要机制，其原理是发送某一个数据以后就开启一个定时器，在一定时间内如果没有得到发送的数据报的确认字符（ACK，Acknowledgement）报文，那么就重新发送数据，如果在设定的时间内全部失败，则终止连接。

现在的实现中，超时机制采用指数退避的方式，按照1、2、4…的方式，一直增加到64秒为止。在这个规定的时间内如果数据仍然不能到达，TCP认为连接的对端已经离开，终止与其的TCP连接。

对于上述的两种方案，默认情况下感知成员离开分别需要2小时+10×75秒和1+2+4+…+64=127秒。而全分布式系统对延迟敏感度高，这种延迟显然是不能被接收的，效率过于低下。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种基于全分布式模型的TCP连接管理方法及设备，在成员节点异常离开时，管理中心节点能够快速感知和拆除异常TCP连接，进而快速回收系统资源。

为了达到上述第一个发明目的：一种基于全分布式模型的TCP连接管理方法，本发明提出的技术方案为：

一种基于全分布式模型的TCP连接管理方法，该方法应用于一种全连接域，所述全连接域包括一个管理中心节点和多个成员节点，所述管理中心节点与各个成员节点直接连接，所述直接连接为物理连接，该方法包括以下步骤：

管理中心节点通过物理端口之间的侦测技术感知到成员节点异常离开；

管理中心节点向其所在全连接域内所有成员节点广播该成员节点异常离开消息，使成员节点收到所述广播消息后关闭与异常离开成员节点之间的TCP连接；

管理中心节点从其所在全连接域中删除该异常离开成员节点。

上述方案中，全连接域中的成员节点正常离开时，该方法进一步包括：

管理中心节点收到待离开成员节点关闭其与全连接域内其它成员节点之间的TCP连接后发送的离开通知报文，将该待离开成员节点从全连接域中删除。

上述方案中，所述全连接域有新成员节点加入时，该方法进一步包括：

管理中心节点收到待加入成员节点向其发送的申请加入报文，管理中心节点建立与该待加入成员节点之间的直接连接，并将其添加入管理中心节点所在的全连接域。

上述方案中，所述成员节点中包括一个以上的普通中心节点，所述普通中心节点与全连接域内其他所有节点均存在直接连接，该方法进一步包括：

所述普通中心节点通过物理端口之间的侦测技术感知到管理中心节点异常离开；

所述普通中心节点之间根据各普通中心节点的优先级信息和/或可工作时间信息，选举一个普通中心节点作新的管理中心节点；

所述新的管理中心节点向全连接域中的各个成员节点广播用于通知管理中心节点的切换的消息，以触发各个成员节点向其发送申请加入报文以重新加入全连接域。

本发明提出的节点设备的技术方案是：

一种全连接域中的节点设备，所述全连接域包括一个管理中心节点和多个成员节点，所述管理中心节点与各个成员节点直接连接，所述直接连接为物理连接，该节点设备在作为管理中心节点设备时，包括：

物理端口，用于与全连接域中各个成员节点直接连接；

侦测模块，用于通过物理端口之间的侦测技术感知成员节点异常离开；

收发模块，用于向其所在全连接域内所有成员节点广播成员节点异常离开消息，使成员节点收到所述广播消息后关闭与异常离开成员节点之间的TCP连接；

处理模块，用于从其所在全连接域中删除异常离开成员节点。

上述方案中，所述收发模块进一步用于，接收待离开成员节点关闭其与全连接域内其它成员节点之间的TCP连接后发送的离开通知报文；

所述处理模块进一步用于，将待离开成员节点从全连接域中删除。

上述方案中，所述收发模块进一步用于，接收待加入成员节点向其发送的申请加入报文；

所述处理模块进一步用于，建立与待加入成员节点之间的直接连接，并将其添加入本节点所在的全连接域。

上述方案中，所述全连接域还包括一个以上的普通中心节点，所述普通中心节点与全连接域内其他所有节点均存在直接连接，所述节点设备在作为普通中心节点设备时，进一步包括：

选举模块，用于通过物理端口之间的侦测技术感知到管理中心节点异常离开，并在普通中心节点之间根据各普通中心节点的优先级信息和/或可工作时间信息，选举一个普通中心节点作新的管理中心节点；

通知模块，用于在本节点设备被选举为所述新的管理中心节点时，向全连接域中的各个成员节点广播用于通知管理中心节点的切换的消息，以触发各个成员节点向其发送申请加入报文以重新加入全连接域。

综上所述，本发明公开的技术方案能够快速感知成员节点异常离开并拆除异常TCP连接，进而快速回收系统资源。

附图说明

图1为全连接域网络结构示意图。

图2为新成员节点加入后的全连接域网络结构示意图。

图3为全连接系统网络结构示意图。

图4为具有多个普通中心节点的全连接域网络结构示意图。

图5为本发明实施例一的流程图。

图6为本发明实施例二的流程图。

图7为本发明方案的节点装置结构图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

本发明的技术方案是：一种基于全分布式模型的TCP连接管理方法，该方法应用于一种全连接域，所述全连接域包括一个管理中心节点和多个成员节点，所述管理中心节点与各个成员节点直接连接，所述直接连接为物理连接，管理中心节点通过物理端口之间的侦测技术感知到成员节点异常离开；管理中心节点向其所在全连接域内所有成员节点广播该成员节点异常离开消息，使成员节点收到所述广播消息后关闭与异常离开成员节点之间的TCP连接；管理中心节点从其所在全连接域中删除该异常离开成员节点。

所述管理中心节点为全连接域内唯一一个管理中心节点，管理中心节点是全连接域内的一种特殊的节点，用于管理全连接域内所有成员节点的加入和离开，并且与全连接域内所有成员节点存在直接连接，所述成员节点之间直接连接或间接连接，所述直接连接为物理连接，因此全连接域内任意两个成员节点之间、或成员节点与管理中心节点之间都可以建立TCP连接进行数据通信，并且成员节点之间建立TCP连接进行通信的前提是必须在同一个全连接域内。如图1所示，C为管理中心节点，A、D、E、F为C所在全连接域内的成员节点，且分别与管理中心节点A直接连接，B为A所在全连接域外的成员节点，B与C没有直接连接。图1中，节点A、C、D、E、F之间可以任意两个节点建立TCP连接进行数据通信，B不能与A、C、D、E、F中的任意一个节点建立TCP连接进行通信，除非B申请加入C所在全连接域。

如果B要求和A、C、D、E、F中的任意一个节点进行通信，首先发送申请加入全连接域报文给管理中心节点C，管理中心节点C收到报文以后，建立与成员节点B之间的直接连接，从而将B加入C所在全连接域，如图2所示，此时，A、B、C、D、E、F中任意两个节点均可以建立TCP连接进行数据通信。

管理中心节点与全连接域内所有成员节点均存在直接连接，且该直接连接是物理连接，比如通过网络端口或其他硬件设备等连接方式连接起来，这样的目的是为了：全连接域中的成员节点异常离开所在全连接域，管理中心节点通过物理端口之间的侦测技术感知到该节点的离开，如通过检测到线路侧信号丢失（LOS,Loss of Signal）、帧丢失（LOF,Lossof Frame）等告警信号感知对端端口断开，向其所在全连接域内所有成员节点广播该成员节点异常离开消息，并把该异常离开成员节点从其所在全连接域中删除，成员节点收到管理中心节点的广播消息，自动关闭与异常离开成员节点之间的TCP连接。

本发明的技术方案中管理中心节点负责成员节点的加入与离开，且每个全连接域有且仅有一个管理中心节点。除管理中心节点外，全连接域内的成员节点中还可能存在一个以上的普通中心节点，所述普通中心节点是全连接域内的一种特殊的成员节点，其与全连接域内其他所有节点均存在直接连接，但是普通中心节点没有管理成员节点的加入与离开的功能。如图4所示，C为管理中心节点，A、B、D、E、F为成员节点，且B、F为普通中心节点。本发明实施例中，节点身份可以通过管理员手工配置来实现。例如，配置某些节点为普通中心节点，配置某个节点为管理中心节点。

当管理中心节点出现故障时，将触发新的管理中心节点的选举。通过在普通中心节点之间交互相关信息，选举一个普通中心节点作管理中心节点，完成管理中心节点的切换。具体选举方案为：

全连接域内存在一个以上普通中心节点时，普通中心节点通过物理端口之间的侦测技术感知到管理中心节点异常离开，普通中心节点之间根据各普通中心节点的优先级信息和/或可工作时间信息，选举一个普通中心节点作新的管理中心节点：所述普通中心节点之间是互通的，即每个普通中心节点都保存有其它普通中心节点的优先级信息和/或可工作时间信息，当管理中心节点出现故障时，通过比较全连接域中所有普通中心节点的优先级信息和/或可工作时间信息，选举优先级最高和/或可工作时间最长的普通中心节点为管理中心节点，所述优先级信息和/或可工作时间信息存储在普通中心节点中，且所有普通中心节点是互通的，即每个普通中心节点均存储有其它普通中心节点的优先级信息和/或可工作时间信息，这样通过比较选举出优先级最高和/或可工作时间最长的普通中心节点为管理中心节点，然后新的管理中心节点向全连接域中的各个成员节点广播用于通知管理中心节点的切换的消息，以触发各个成员节点向其发送申请加入报文以重新加入全连接域。

当全连接域中无任何普通中心节点时，全连接域退化为一个或多个全连接系统和/或孤立节点，如图2所示，C为管理中心节点，A、B、D、E、F为成员节点，且此全连接域内没有普通中心节点，当C出现故障时，原全连接域退化为两个全连接系统A与D、E与F，一个孤立节点B；所述全连接系统中具有通信需求的两个节点直接或间接连接，并且存在至少一个中心节点，此中心节点与其他所有节点存在直接连接。

当全连接域中存在一个以上普通中心节点时，根据普通中心节点预先设置的优先级和/或可工作时间作为选举标准选举优先级最高的和/或可工作时间最长的普通中心节点为管理中心节点，如图4所示，C为管理中心节点，A、B、D、E、F为成员节点，且B、F为普通中心节点。当C出现故障时，B与F均可以被选作管理中心节点，如果B与F事先配置了优先级，则根据各自优先级作为选举标准，选择优先级最高的普通中心节点作为管理中心节点，如果B与F优先级相同，则比较二者的可工作时间，选择可工作时间较长的作为管理中心节点；如果B与F没有配置优先级，则直接比较二者的可工作时间，选择可工作时间较长的作为管理中心节点。下面通过两个实施例更详细的介绍本发明的技术方案。

方法实施例一

假设本实施例全连接域的网络结构示意图如图2所示。其中，C为管理中心节点，A、B、D、E、F为C所在全连接域的成员节点。为了描述方便，本实施例假设成员节点B与D建立了TCP连接进行数据通信，下面介绍成员节点B异常离开全连接域后快速拆除其与D之间的TCP连接的方法，包括以下步骤：

步骤501：成员节点B异常离开全连接域。

本步骤中，成员节点B以掉电、崩溃或重启等方式离开全连接域，凡是未向管理中心节点C发送离开通知报文就离开全连接域的方式均为异常离开方式。

步骤502：管理中心节点C感知到成员节点B的异常离开。

本步骤中，管理中心节点C与成员节点B之间存在直接连接，该直接连接为物理连接，即管理中心节点C通过网络端口或者其他硬件设备与成员节点B连接在一起，当成员节点B异常离开后，管理中心节点C通过物理端口之间的侦测技术感知到成员节点B的离开，如通过检测到线路侧信号丢失（LOS,Loss of Signal）、帧丢失（LOF,Loss of Frame）等告警信号感知成员节点B端端口断开从而判断成员节点B异常离开，这样避免了现有技术中反复发送报文确认成员节点B是否异常离开造成的延迟。

步骤503：管理中心节点C向全连接域内所有成员节点广播成员节点B异常离开的消息。

本步骤中，管理中心节点C感知到成员节点B的异常离开后，向全连接域内所有成员节点广播成员节点B的异常离开消息。

步骤504：管理中心节点C将成员节点B从全连接域中删除

管理中心节点C将成员节点B异常离开的消息广播给全连接域内的所有成员节点后，把成员节点B从全连接域内删除。

步骤505：成员节点D接收到管理中心节点C的广播消息，关闭其与成员节点B之间的TCP连接

全连接域内所有成员节点收到管理中心节点C的广播消息后，检查自身是否与成员节点B建立了TCP连接，本实施例中，仅成员节点D与其建立了TCP连接，因此，当成员节点D收到所述广播消息后，关闭与成员节点B的TCP连接。

应用本发明方案，当成员节点异常离开全连接域后，可以实现快速拆除与其相关的异常TCP连接，对于对延迟敏感度较高的全分布式系统，本发明方案与保活定时器、超时重传定时器相比能更快的拆除异常TCP连接。

方法实施例二

方法实施例一为成员节点异常离开时如何拆除相应TCP连接的技术方案，本实施例介绍成员节点正常离开时拆除相应TCP连接的技术方案，仍然参照图2的全连接域网络结构示意图。其中，C为管理中心节点，A、B、D、E、F为所在全连接域的成员节点。为了描述方便，本实施例假设成员节点B与D、B与A分别建立了TCP连接进行数据通信，本实施例包括以下步骤：

步骤601：成员节点B准备离开全连接域，主动关闭B与A、B与D之间的TCP连接。

本步骤中，成员节点B与成员节点D、成员节点B与成员节点A之间均建立了TCP连接，当B准备离开全连接域时，主动关闭B与D、B与A之间的TCP连接。

步骤602：成员节点B向管理中心节点C发送离开通知报文。

管理中心节点C负责全连接域内成员节点的加入与离开，成员节点B发送一个离开通知报文给管理中心节点C，管理中心节点C收到该离开通知报文后就会了解成员节点B准备离开全连接域。

步骤603：管理中心节点C收到成员节点B的离开通知报文，将B从全连接域内删除。

本步骤中，管理中心节点C收到成员节点B的离开通知报文，得知成员节点B要求离开全连接域，且成员节点B与全连接域内相关成员节点的TCP连接已经关闭，此时管理中心节点C将成员节点B从全连接域内删除，删除后的网络结构示意图如图1所示。此时，成员节点B不能与A、C、D、E、F建立TCP连接进行通信。

针对上述方法，本发明还提供一种节点装置。本发明提供的装置如图7所示，包括：

物理端口701，用于与全连接域中各个成员节点直接连接；

侦测模块702，用于通过物理端口之间的侦测技术感知成员节点异常离开；

收发模块703，用于向管理中心节点所在全连接域内所有成员节点广播成员节点异常离开消息，使成员节点收到所述广播消息后关闭与异常离开成员节点之间的TCP连接；还用于管理中心节点接收待离开成员节点关闭其与全连接域内其它成员节点之间的TCP连接后发送的离开通知报文；进一步用于管理中心节点接收待加入成员节点向其发送的申请加入报文；

处理模块704，用于从管理中心节点所在全连接域中删除异常离开成员节点；还用于将待离开成员节点从全连接域中删除；进一步用于，建立与待加入成员节点之间的直接连接，并将其添加入本节点所在的全连接域。

选举模块705，用于通过物理端口之间的侦测技术感知到管理中心节点异常离开，并在普通中心节点之间根据各普通中心节点的优先级信息和/或可工作时间信息，选举一个普通中心节点作新的管理中心节点；

通知模块706，用于在本节点设备被选举为所述新的管理中心节点时，向全连接域中的各个成员节点广播用于通知管理中心节点的切换的消息，以触发各个成员节点向其发送申请加入报文以重新加入全连接。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (6)

1.一种基于全分布式模型的TCP连接管理方法，其特征在于，该方法应用于一种全连接域，所述全连接域包括一个管理中心节点和多个成员节点，所述管理中心节点与各个成员节点直接连接，所述直接连接为物理连接，该方法包括以下步骤：

管理中心节点通过物理端口之间的侦测技术感知到成员节点异常离开；

管理中心节点向其所在全连接域内所有成员节点广播该成员节点异常离开消息，使成员节点收到所述广播消息后关闭与异常离开成员节点之间的TCP连接；

管理中心节点从其所在全连接域中删除该异常离开成员节点；

所述成员节点中包括一个以上的普通中心节点，所述普通中心节点与全连接域内其他所有节点均存在直接连接：

所述普通中心节点通过物理端口之间的侦测技术感知到管理中心节点异常离开；

所述普通中心节点之间根据各普通中心节点的优先级信息和/或可工作时间信息，选举一个普通中心节点作新的管理中心节点；

所述新的管理中心节点向全连接域中的各个成员节点广播用于通知管理中心节点的切换的消息，以触发各个成员节点向其发送申请加入报文以重新加入全连接域。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，全连接域中的成员节点正常离开时，该方法进一步包括：

管理中心节点收到待离开成员节点关闭其与全连接域内其它成员节点之间的TCP连接后发送的离开通知报文，将该待离开成员节点从全连接域中删除。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述全连接域有新成员节点加入时，该方法进一步包括：

管理中心节点收到待加入成员节点向其发送的申请加入报文，管理中心节 点建立与该待加入成员节点之间的直接连接，并将其添加入管理中心节点所在的全连接域。

4.一种全连接域中的节点设备，其特征在于，所述全连接域包括一个管理中心节点和多个成员节点，所述管理中心节点与各个成员节点直接连接，所述直接连接为物理连接，该节点设备在作为管理中心节点设备时，包括：

物理端口，用于与全连接域中各个成员节点直接连接；

侦测模块，用于通过物理端口之间的侦测技术感知成员节点异常离开；

收发模块，用于向其所在全连接域内所有成员节点广播成员节点异常离开消息，使成员节点收到所述广播消息后关闭与异常离开成员节点之间的TCP连接；

处理模块，用于从其所在全连接域中删除异常离开成员节点；

所述全连接域还包括一个以上的普通中心节点，所述普通中心节点与全连接域内其他所有节点均存在直接连接，所述节点设备在作为普通中心节点设备时，还包括：

选举模块，用于通过物理端口之间的侦测技术感知到管理中心节点异常离开，并在普通中心节点之间根据各普通中心节点的优先级信息和/或可工作时间信息，选举一个普通中心节点作新的管理中心节点；

通知模块，用于在本节点设备被选举为所述新的管理中心节点时，向全连接域中的各个成员节点广播用于通知管理中心节点的切换的消息，以触发各个成员节点向其发送申请加入报文以重新加入全连接域。

5.根据权利要求4所述的节点设备，其特征在于：

所述收发模块进一步用于，接收待离开成员节点关闭其与全连接域内其它成员节点之间的TCP连接后发送的离开通知报文；

所述处理模块进一步用于，将待离开成员节点从全连接域中删除。

6.根据权利要求4或5所述的节点设备，其特征在于：

所述收发模块进一步用于，接收待加入成员节点向其发送的申请加入报文；

所述处理模块进一步用于，建立与待加入成员节点之间的直接连接，并将 其添加入本节点所在的全连接域。