CN109155757A

CN109155757A - 混合接入网络中的多路径tcp

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Publication number: CN109155757A
Application number: CN201780032615.4A
Authority: CN
Inventors: 奥利维耶·博纳旺蒂尔; 格雷戈里·德塔尔; 塞巴斯蒂安·巴雷; 巴特·佩伦斯
Original assignee: Tessarius AG
Current assignee: Tessarius AG
Priority date: 2016-06-10
Filing date: 2017-06-09
Publication date: 2019-01-04
Also published as: MX2018015059A; CA3023580A1; WO2017212025A1; BR112018073685A2; US20190182363A1; PH12018550181A1; AU2017277071B2; AU2017277071A1; EP3255845A1

Abstract

公开了一种用于在客户端节点(100)和网络节点(103)之间通过TCP连接(234)交换数据的方法。TCP连接包括客户驻地设备HCPE(101)和混合接入网关(HAG)之间的主MPTCP子流(122)。该方法包括，由HCPE将第一TCP段(401、406)变换(410、413)为主MPTCP子流的第一MPTCP段(402、405)，反之亦然，并使用第一TCP段的目的地址信息作为第一MPTCP段的目的地址信息，并使用第一MPTCP段的源地址信息作为第一TCP段的源地址信息。该方法还包括，由HAG将第二TCP段(403、404)变换(411、412)为主子流的第二MPTCP段(402、405)，反之亦然，同时保留源地址信息和目的地址信息。

Description

混合接入网络中的多路径TCP

技术领域

本发明大体上涉及由混合接入(访问)网络给客户端提供网络连接的领域。在这种混合接入网络中，客户端可以接入外部网络(诸如因特网)中的服务器，通过连接到不止一个接入网络上的混合接入网关或HAG的混合客户驻地设备或HCPE。

更具体地，本发明涉及在客户端和服务器之间的单路径TCP连接内的这种HCPE和HAG之间提供多路径TCP能力。

背景技术

客户驻地设备将客户端或本地网络连接到因特网服务提供商或ISP的接入网络。然后，ISP通过提供商核心网络上的网关将接入网络与因特网连接，为客户端提供因特网接入。

随着由最新无线技术(诸如例如LTE)提供的更高带宽，已引入混合客户驻地设备或HCPE提供通过有线和无线技术两者的网络接入。为了进一步为用户增加带宽，已经引入了同时使用若干接入网络的方式。它们中的一种是使用由RFC 6824中的IETF指定的多路径TCP(MPTCP)协议。该协议允许在客户端和服务器节点之间建立TCP连接。然后，该连接包括若干子流(子连接)，MPTCP子流，数据在该子流上传输。

然而，该协议的缺点是两个端点，即客户端和服务器必须支持MPTCP以便充分利用它。因此，该协议不支持在TCP连接的中间节点之间建立不同的子流，诸如HCPE和不同接入网络上的网关之间。

在EP2882148中，提供了处理上述缺点的解决方案，并且因而在HCPE和网关之间提供多路径能力。HCPE和网关两者充当连接到服务器的客户端之间的中间代理。当客户端连接到服务器时，HCPE会将客户端的TCP同步段变换为MPTCP同步段，并将其寻址到网关，其中该服务器的地址包括在该段的可选字段中。网关依次将MPTCP段变换回TCP段并将其寻址到服务器。这样，执行三次(三路)握手并建立客户端和服务器之间的TCP连接。

上述解决方案的劣势是服务器将网关视为连接的源而不是客户端或HCPE。因此，HAG和HCPE的使用对服务器不透明。另一劣势是HCPE必须提供服务器的地址作为可选字段。这增加了时间关键同步段的大小，并且因为可选字段的大小有限更不是最佳的。另一劣势是ISP的核心网络和接入网络内的流量被寻址到网关而不是服务器。出于合法原因，这是有问题的，因为ISP可能有义务跟踪网络活动，并且因而跟踪客户以及客户端试图到达的服务器。为了做到这一点，ISP必须将截获的流量与来自网关的信息链接起来。这很复杂并且因而成本很高。

本发明的目的是克服上述劣势并提供一种当HCPE和网关之间使用多路径能力时在客户端和服务器之间提供透明的端到端TCP连接的方式。

发明内容

根据第一方面，该目的通过一种用于在客户端节点和网络节点之间的TCP连接上交换数据的方法来实现。TCP连接包括用作第一代理节点的混合客户驻地设备HCPE和用作第二代理节点的混合接入网关HAG之间的第一接入网络上的主MPTCP子流。该方法包括以下步骤：

-由HCPE将第一TCP段变换为主MPTCP子流的第一MPTCP段，反之亦然；以及

-由HCPE将第一TCP段的目的地址信息用作第一MPTCP段的目的地址信息；以及

-由HCPE将第一MPTCP段的源地址信息用作第一TCP段的源地址信息；以及

-由HAG将第二TCP段变换为主子流的第二MPTCP段，反之亦然，同时保留源地址信息和目的地址信息。

因此，客户端通过HCPE和HAG连接到网络节点，例如服务器。HCPE为客户端提供接入到不止一个接入网络，例如DSL和LTE网络。HAG依次充当接入网络和外部网络(诸如网络节点所在的因特网)之间的网关。换句话说，HAG位于外部网络和HCPE之间。TCP连接包括客户端和HCPE之间的第一单路径部分，然后HCPE和HAG之间的多路径部分，以及然后再次HAG和服务器之间的单路径部分。多路径部分包括主MPTCP子流，即在建立MPTCP连接时首先建立的子流。多路径部分可以包括在其他接入网络上建立的HAG和HCPE之间的一个或多个附加或辅助子流。可以从客户端节点或从网络节点发起TCP连接。

从客户端发送到网络节点的TCP段被HCPE截获，其将它们变换为MPTCP段。如果HCPE决定通过主子流发送段，则它不会更改段中的目的地址。根据HCPE是否应用网络地址转换(NAT)，它可能更改段中的源地址信息。随后，HAG将截获该段，因为所有流向HCPE的流量都将经过HAG。然后，HAG将MPTCP段变换回TCP段而不更改源地址信息或目的地址信息。这样，HAG和MPTCP部分对于网络节点是透明的，并且网络节点认为其从客户端或HCPE接收单路径TCP段。反过来说，由网络节点发送到客户端的段被HAG截获并变换为MPTCP段。再次，如果HAG决定通过主MPTCP子流发送段，则它不会更改段的源地址或目的地址。在HCPE处，该段变换为TCP段，同时保留源地址并转发到客户端。根据NAT功能，在HCPE处目的地址可以转换成客户端的地址。

换句话说，客户端和网络节点两者经历单路径TCP连接，而HCPE和HAG之间的连接支持多路径。因此，有利的是，多路径的使用对客户端和网络节点两者是透明的。这也暗示着可以在HAG之前或之后的任何地方执行用于合法目的的网络日志。透明性对于用于IP源和目的的流量管理、对于服务等级(CoS)标记、对于通过例如因特网协议流信息导出(IPFIX)协议或采样流(sflow)协议的流量报告，以及对于安全应用诸如例如入侵检测系统(IDS)和因特网提供商安全(IPS)标签也是有利的。此外，有利的是，服务器的地址可以在MPTCP段的目的字段中提供，并且不需要在可选字段中提供，从而增强协议兼容性并减小段的大小。

由于HCPE和HAG维持MPTCP连接状态，TCP连接还可以包括在HCPE和HAG之间的第二接入网络上的辅助MPTCP子流。然后该方法还包括：

-在HCPE处，将第三TCP段变换为辅助MPTCP子流的第三MPTCP段，反之亦然；以及

-在HAG处，将第四TCP段变换为辅助子流的第四MPTCP段，反之亦然。

如MPTCP协议所提供的，然后HCPE或HAG可以基于当前网络性能或网络策略决定在哪个子流上发送MPTCP段。与主子流类似，HCPE和HAG两者执行TCP和MPTCP状态之间的变换，反之亦然。

根据一实施方式，该变换于是还包括：

-由HCPE，将HAG的目的地址信息用于第三MPTCP段；以及

-由HAG，将网络节点的目的地址信息用于发送到网络节点的第四段。

为了针对辅助子流不同地路由(按路线发送)这些段，HCPE现在将具有TCP段的数据的MPTCP段发送到第二接入网络中的HAG的网络地址。这样，这些段通过辅助子流路由到HAG。在HAG处，目的地址再次被网络节点的地址替换。

因为辅助子流上的所有段都需要直接寻址HAG，因此网络运营商可以使用禁止客户端或HCPE使用第二接入网络直接接入网络装置的策略。这样，可以以简单且直接的方式控制第二接入网络的使用。

根据实施方式，为了建立辅助MPTCP子流，该方法还包括：

-由HAG发送用于建立辅助MPTCP子流的段，该段包括在主MPTCP子流上的第二接入网络中的HAG的地址。

HAG因而宣布其用于建立到HCPE的辅助MPTCP子流的地址。这具有的有利点在于：HAG可以在任何给定时间确定HCPE以及因而客户端何时可以使用辅助MPTCP子流。

HCPE可以通过向HAG发送包括建立第二MPTCP子流的请求的段来发起辅助子流。可替代地，HAG可以通过向HCPE发送包括建立第二MPTCP子流的请求的段来发起辅助子流。在这种情况下，如果HAG知道HCPE的可替代地址，则不必在主MPTCP子流上发送第二接入网络中的HAG的地址。

可替代地，主和辅助MPTCP子流两者可以通过以下方式建立：

-通过HAG，从HCPE接收指示建立主和辅助MPTCP子流的请求的同步段；以及

-随后，由HCPE从HAG接收同步段和确认段；以及

-由HCPE建立主和辅助MPTCP子流；以及

-由HAG接收来自HCPE的确认段；以及

-随后，由HAG建立主和辅助MPTCP子流。

因而，在两个消息交换之后，在HCPE侧建立主和辅助MPTCP子流，该两个消息，即，初始同步段和随后接收的来自HAG的对应确认。换句话说，HCPE基于同步段和接收的确认建立主和辅助TCP子流。因而不再进一步需要附加的握手消息。

在HAG侧，在三个消息交换之后建立子流，该三个消息，即，初始同步段、来自HAG的确认和同步段以及随后来自HCPE的确认。

因而，有利的是，可以通过单个三次握手来建立两个子流。建立延迟和交换的段的数目，因而与辅助子流的数目无关。此外，交换相同数量的TCP段和MPTCP段。因而，HCPE和HAG两者在建立TCP连接期间执行段的一对一变换。

此外，交换的消息可以向后与当前MPTCP协议中使用的段兼容，即，分别地，具有MP_CAPABLE选项的SYN段、具有MP_CAPABLE选项的SYN+ACK段和含有MP_CAPABLE选项的ACK段。虽然消息可能相同，但通过客户端和服务器给到它们的解释是不同的，并且，因此，子流仅通过单个三次握手建立。

根据另外的实施方式，HAG包括多个网关服务器，每个网关服务器充当第一接入网络和网络节点之间的网关；并且其中该方法还包括：

-通过HAG，将主MPTCP子流负载均衡(平衡)到网关服务器中的一个。

由于HAG是外部网络的瓶颈，因此主MPTCP子流在不同服务器上负载均衡，即，某个TCP连接的所有段被分配到相同的网关服务器。由于辅助子流被分配了单独的地址，然后可以通过向HCPE提供具有主子流被分配到的网关服务器的网络地址来完成辅助子流的负载均衡。

根据第二方面，本发明涉及一种用于在客户端节点和网络节点之间的TCP连接上交换数据的方法；其中TCP连接包括在用作第一代理节点的客户驻地设备HCPE和用作第二代理节点的混合接入网关HAG之间的第一接入网络上的主MPTCP子流；该方法包括：

-由HCPE：

○将第一TCP段变换为主MPTCP子流的第一MPTCP段，反之亦然；以及

○使用第一TCP段的目的地址信息作为第一MPTCP段的目的地址信息；以及

○使用第一MPTCP段的源地址信息作为第一TCP段的源地址信息。

根据第三方面，本发明涉及一种用于在客户端节点和网络节点之间的TCP连接上交换数据的方法；其中TCP连接包括在用作第一代理节点的客户驻地设备HCPE和用作第二代理节点的混合接入网关HAG之间的第一接入网络上的主MPTCP子流；该方法包括：

-由HAG：

○将第二TCP段变换为主子流的第二MPTCP段，反之亦然，同时保留源地址信息和目的地址信息。

根据第四方面，本发明涉及一种混合客户驻地设备HCPE，被配置为执行根据第一和第二方面的由HCPE执行的步骤。

根据第五方面，本发明涉及一种混合接入网关，被配置为执行根据第三方面的由HAG执行的步骤。

根据第六方面，本发明涉及一种系统，其包括根据第二方面的HCPE和根据第三方面的HAG。

附图说明

图1示出了根据本发明的实施方式的用于建立TCP连接的客户端、混合客户驻地设备、混合接入网关和服务器；以及

图2示出了根据本发明的实施方式为了建立多路径TCP连接而交换的段；以及

图3示出了根据本发明的实施方式交换段以建立辅助子流；以及

图4示出了根据本发明的实施方式在多路径TCP连接的主子流和辅助子流两者上交换的段；以及

图5示出了根据本发明的实施方式的混合接入网关。

图6示出了作为根据本发明的实施方式的混合客户驻地设备和/或混合接入网关的另外的实施方式的合适的计算系统。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的实施方式的用于在客户端100和网络节点103之间的TCP连接上交换数据的系统。TCP连接可以由客户端100发起，在这种情况下，节点103充当服务器，反之亦然。对于本说明书的其余部分，网络节点103将被称为服务器。该系统还包括混合客户驻地设备101，还被称为HCPE。HCPE101用作客户端100和本地网络113内的任何其他网络装置的网关。HCPE101向客户端提供接入到因特网服务提供商(ISP)的接入网络110、111。该系统还包括混合接入网关102，其允许接入网络110、111与外部网络112(诸如例如因特网)之间的通信。服务器103驻留在该外部网络112中。HCPE 101和HAG 102两者均被注释为“混合”，因为它们能够通过不止一个的接入网络彼此通信。接入网络可以是有线接入网络，诸如例如ADSL、ADSL2、VDSL、VDSL2、纤维或线缆接入网络。在这种情况下，HCPE将具有有线通信接口。接入网络还可以是无线接入网络，诸如例如LTE、Wi-Fi、卫星或任何其他无线接入网络。在这种情况下，HCPE还将包括无线接口。

如将在以下实施方式中描述的，客户端100可以与服务器103建立TCP连接，即，一种连接中客户端100和服务器103两者维持TCP状态信息以便维持可靠连接。当通过TCP连接向服务器发送数据时，客户端将TCP段发送到HCPE 101。HCPE维持TCP状态和多路径TCP(MPTCP)连接状态两者。MPTCP协议是TCP协议的扩展。协议的版本是通过在RFC 6824中的IETF发布的。然后，HCPE将TCP段变换为MPTCP段，并通过接入网络110、111中的一个将它们发送到HAG 102。为了做到这一点，HCPE与HAG 102在第一接入网络110上维持主MPTCP子流122以及与HAG 102在第二接入网络111上维持辅助MPTCP子流124。这样，TCP连接可受益于接入网络110和111的聚合带宽。HAG 102也维持TCP和MPTCP连接状态。当HAG从HCPE接收MPTCP段时，它将段变换回TCP段并将它们转发到服务器103。来自服务器的TCP段以类似的方式发送到客户端100。

对于寻址，TCP端口编号方案可以与因特网协议IP寻址方案组合，该方案通常被称为TCP/IP。IP协议可以例如是IPv4或更新的IPv6。

图2示出了根据本发明的实施方式的客户端100和服务器103之间的TCP连接234的建立。在该示例中，客户端发起连接，但是建立也可以由节点103完成，在这种情况下，客户端100充当服务节点。通过TCP段201到209的交换完成建立。在图2到4中的每个段中，段的类型加下划线，接着是由‘SA’表示的源地址和由‘DA’表示的目的地址。对于段中的地址，‘CL’表示客户端100的地址，‘SRV’表示服务器103的地址，‘HCPE’表示HCPE 101的地址以及‘HAG’表示HAG 102的地址。

在第一步骤中，客户端在其网络接口220上将TCP同步段201或简单地SYN段传输到服务器103，通过在同步段201的目的地址字段中添加分配给服务器的网络接口227的网络地址。因为HCPE用作客户端100的网关，该段将在HCPE 101的网络接口221处被接收。

HCPE包括两个外部网络接口222和223，其将HCPE分别连接到第一和第二接入网络110和111。然后，在步骤210中，HCPE 101将接收到的SYN段201变换为SYN段202，其指示多路径能力，即含有MP_CAPABLE选项的SYN段。根据HCPE是否实现网络地址转换(NAT)，HCPE可以用HCPE的地址，即，用分配给接口222的地址替换段201的源地址。例如，当使用IPv4时可执行NAT，当使用IPv6时通常不需要。在任一情况下，HCPE 101在变换步骤210期间不改变目的地址。

在下一步骤中，HCPE 101然后通过其第一网络接口222并且因此通过主子流122将段202传输到服务器。由于HAG充当到服务器驻留的网络的第一接入网络的网关，因此将朝向HAG的网络接口224路由段202并因而由HAG 102接收。然后，在步骤211中，HAG通过移除MP_CAPABLE选项将MPTCP段202变换回TCP段203。在变换期间，HAG不改变段的源地址或目的地址。然后，HAG转发变换后的段。

当服务器103接收SYN段时，看起来好像客户端100或HCPE 101尝试与服务器建立单路径TCP连接。如果没有应用NAT，则HCPE 101和HAG 102两者对服务器保持完全透明。继而，服务器103通过同步和确认段204(SYN+ACK)回复客户端100或HCPE 101。

该段204再次被用作朝向HCPE 101和客户端100的网关的HAG 102截获。在步骤212中，HAG执行与步骤211中类似的段204的变换，但是现在添加多路径能力选项，通常称为MP_CAPABLE。再次，源地址和目的地址两者都保持不变。

由于HCPE用作来自HAG的段的到客户端的网关，因此将在HCPE 101处接收变换的段205。在步骤213中，HCPE移除MP_CAPABLE选项并因而将MPTCP段205变换为TCP段206。取决于是否执行NAT，源地址可以改变为客户端100的地址。

以与SYN段201-203类似的方式，客户端现在通过段207确认TCP连接。该段再次由HCPE变换214到ACK+MP_CAPABLE段208并且由HAG 102变换215回常规ACK段209。当服务器103接收到ACK段209时，认为TCP连接234通过三次握手在客户端100和服务器103两者处建立。在HCPE和HAG之间，连接将被视为MPTCP连接的主子流122。

与TCP连接234的建立一起或之后的任何时间，可以在HCPE 101和HAG 102之间建立第二子流。

图3示出了根据本发明的实施方式的由HCPE和HAG执行以建立第二子流124的步骤。执行的步骤符合MPTCP协议用于建立辅助子流。在建立第一子流122之后，HA将含有ADD_ADDRESS选项的MPTCP段301发送到CPE，其中通告第二接入网络111上的HAG的接口225的网络地址。此后，HCPE和HAG交换其他段，诸如SYN+MP_JOIN段302和SYN+ACK+MP_JOIN段303，以便建立第二MPTCP子流124。对于MPTCP段的交换，HCPE将使用第二网络接口223以及因而第二接入网络。

为了通过两个子流122、124交换数据，HCPE 101和HAG 102两者都跟踪MPTCP状态，即管理由MPTCP协议定义的MPTCP数据序列号(DSN)。

根据替代实施方式，还可以在第一子流的建立期间隐式地建立第二子流124。这样，可以避免由段301-303的交换引起的额外网络流量和时间延迟。这种隐式建立是可能的，因为HCPE 101对HAG 102是已知的，因为它们两者都是同一订户网络(例如同一ISP)的一部分。现在将参考图2描述替代实施方式。

当HAG已经接收到第一SYN+MP_CAPABLE段202时，HAG还将获得HCPE的第二网络接口223的寻址信息。下面将进一步解释如何获得该地址信息。

HAG 102将段202的接收解释为建立第一和辅助MPTCP子流122和124两者的请求。因而，不仅是HCPE 101支持多路径TCP的指示。该请求可以直接包括在第一段202中。可替代地，该请求也可以间接地完成，例如通过服务器中的预定义设置，即段202应该始终被视为这样的请求。这样，在段202中不必存在另外的信息。HCPE 101还可以通过HCPE 101和HAG102之间的带外连接或信道来改变或设置这样的设置。

当请求被包括在段202中时，这可以以若干方式完成。一种方式是定义包括这种请求的新TCP选项。另一可能性是将请求置于SYN段202的有效载荷内。而另一可能性是将请求置于网络数据包(分组)中的选项内，即作为IP选项。这在IPv6中特别有利，其中对这种选项的长度没有严格的限制，并且因而对请求的长度没有限制。

当HCPE接收到SYN+ACK+MP_CAPABLE段205时，它将其解释为HAG 102准备好通过两个子流122和124进行通信的确认。

此后，HCPE 101确认到HAG的具有ACK+MP_CAPABLE段208的第一和第二子流的建立。在接收时，HAG 102具有HCPE 101已建立两个子流122、124并且还建立第一和辅助子流122、124的确认。

通过HAG 102获得用于第二子流的HCPE 101的地址信息可以以如下所述的若干方式执行。

在执行的第一种方式中，寻址信息包括在SYN+MP_CAPABLE段202中，并且HAG 102然后从段202中检索该信息。根据第一示例，定义包括该寻址信息的新TCP选项。根据第二示例，寻址信息作为有效载荷数据嵌入SYN段202中。根据第三示例，寻址信息作为选项嵌入网络数据包中，即，作为IP选项。这在IPv6中特别有利，其中对这种选项的长度没有严格限制，并且因而对寻址信息的长度没有严格限制。如上概述，寻址信息的嵌入还可以与请求的嵌入相结合。优选地，提供寻址信息使得保证与MPTCP协议的向后兼容性。

在第二种方式中，通过使用带外通信机制或信道，即，通过在MPTCP子流外部的HAG102和HCPE 101之间的通信，获得寻址信息。例如，HCPE 101和HAG 102之间可以存在单独的连接以交换关于子流的另外的信息。这种连接可以由管理多路径子流的建立的在HCPE 101和HAG 102两者上运行的管理应用使用。

在第三种方式中，寻址信息由HAG 102通过预定义的逻辑关系(即，根据指示如何可以导出寻址信息的预定义规则)独立地导出。这些规则的一些示例是：

-两个子流的HCPE 101的网络地址和/或端口之间存在数学关系。例如，可以通过递增用于第一子流的网络地址和/或端口来获得用于辅助子流的网络地址和/或端口。

-寻址信息与用于与HCPE建立的先前子流相同。

-HAG已经接入到列出所有HCPE的所有地址的数据库。

HAG 102和HCPE 101还可以支持来自外部网络的连接建立，即，当服务器103发起与客户端100建立TCP连接234时。

当根据上述实施方式之一建立TCP连接234时，可以在客户端100和服务器103之间交换数据段。图4示出了HCPE 101和HAG 102如何将段401变换成段408以便使用两个子流122、124，同时保持对客户端100和服务器103两者的透明性。

当TCP段401随着主子流122从客户端100发送到服务器103时，段401将在HCPE处被截获，并且作为MPTCP段402在第一或主子流上被传输到服务器103。在该变换步骤410期间，保留目的地址信息。当HCPE应用NAT时，源地址信息可以改变为接口222的地址信息。MPTCP段402将依次由HAG截获并变换回TCP数据段403。在变换步骤411期间，由HAG保留源地址信息和目的地址信息。最后，段403将作为源自客户端100或HCPE 101的单路径TCP段到达服务器103处。

通过第一MPTCP子流122在从服务器103到客户端100的相反方向上以类似的方式执行变换。源自服务器103的TCP段404将被HAG 102截获并变换为MPTCP段405。在变换步骤412期间，保留源地址信息和目的地址信息。段405将依次由HCPE接收或截获。在HCPE处，段405被变换为TCP段406。在该变换步骤413期间，保留源地址信息。可以根据HCPE是否应用NAT来改变目的地址信息。然后，客户端100以透明的方式接收单路径TCP段406，即，好像它来自服务器103。

当TCP段401随着辅助子流124从客户端100发送到服务器103时，段401将再次在HCPE 101处被截获并且作为MPTCP段407通过第二或辅助子流被传输到服务器103。在该变换步骤410期间，目的地址信息被HAG 102的地址信息(即，分配给HAG的网络接口225的地址)替换。在相同的步骤410期间，源地址信息被改变为接口223的地址信息。然后，通过第二接入网络111将段407转发到HAG。由于MPTCP段407被寻址到HAG，段407将被路由到HAG的网络接口225。由于辅助子流124与主子流122链接，所以HAG将段407识别为属于TCP连接234。因此，HAG在变换步骤411期间将段变换为TCP段403，并将目的地址替换为服务器的地址。如果在HCPE处未应用NAT，则将源地址替换为客户端100的地址，否则替换为分配给HCPE的接口222的地址，即，用于主子流122的接口。

通过辅助MPTCP子流124从服务器103到客户端100的相反方向上的变换以类似的方式执行。源自服务器103的TCP段404将被HAG 102截获并变换为MPTCP段408，即用于辅助MPTCP子流124的MPTCP段。在变换步骤412期间，服务器的源地址被替换为HAG的源地址，即分配给HAG的网络接口224的地址。目的地址被替换为HCPE 101的地址，即第二接入网络111上的HCPE的网络接口223的网络地址。

然后，段将沿着第二接入网络111路由到HCPE 101。在HCPE 101处，段408在接口223处。由于HCPE保持MPTCP状态，所以它导出属于TCP连接234的段408。因此，随后，在变换步骤413期间，段408被变换为段406。在步骤413中，HAG的源地址被替换为服务器的地址，并且目的地址被替换为客户端的地址。最后，段406到达客户端100。

图5示出了根据本发明的实施方式的HAG的布局。HAG 102包括服务器501，该服务器包括代理逻辑505，以执行如关于先前实施方式所解释的变换步骤。通过主MPTCP子流122和辅助MPTCP子流124接收的段由代理逻辑505变换为TCP段，反之亦然。

还可以在网络接口224处接收其他数据数据包510，诸如例如根据包括UDP或ICMP的其他网络协议的数据包。这些数据包将不被代理逻辑变换，而是通过网络接口226直接转发到外部网络。这样，HCPE和HAG 102中的MPTCP功能对于其他协议也保持完全透明。

HAG 102还可以包括多个HAG服务器501至503，以便负载均衡数据流量。就此而言，HAG 102还包括负载均衡器520和521。负载均衡器520将来自不同HCPE的数据包均衡到HAG服务器501-503之一。负载均衡器521将来自外部网络的数据包均衡到HAG服务器501-503之一。可以在负载均衡器中实现若干策略，诸如例如：

-负载均衡每个MPTCP流，即，客户端和服务器之间的每个新建立的TCP连接。

-负载均衡每个HCPE，即，每个HCPE分配单个HAG服务器用于其所有连接。这可以通过检查通过主接口224接收的数据包的源IP地址来执行。

-负载均衡每个源前缀。这样，HCPE集群被分配给单个HAG服务器。

上述负载均衡机制确保HCPE侧和外部网络侧负载均衡器520和521两者始终将给定流的数据包路由到同一代理。这还确保了对于正在进行的流，即客户端和服务器之间正在进行的TCP连接，不改变负载均衡决策。

在操作期间，即，当多路径TCP通过主子流和辅助子流两者操作时，可能出现分配给网络接口222用于主MPTCP子流122的网络地址变得不可用的情况，例如，通过接口重置，而现有辅助子流124仍然在适当位置。在这种情况下，HCPE 101可以通过仍然活跃的从子流124将段中的REMOVE_ADDR选项通知给HAG 102，即，它通知所使用的网络地址不再有效。然后，这针对附加到该地址的任何子流在HAG 102处触发MPTCP状态的清理。这种连接的关闭失去其主子流是必要的，因为在MPTCP会话的生命周期期间地址可能被分配给另一HCPE。然后，公共地址可以由两个不同的用户同时使用，这可能导致网络上的错误。

因此，如果用于主子流的网络地址丢失，则HAG 102可以终止TCP连接234，并且随后释放所有相关联的资源。这可以通过以下步骤完成：

-HAG从HCPE 101接收带有REMOVE_ADDR选项的段，该选项指示用于主子流的网络地址丢失。

-于是，HAG 102重置HAG，重置到服务器的TCP连接234。

-HAG 102将具有TCP选项MP_FASTCLOSE的段发送到HCPE 101。

-在接收时，HCPE 101朝向客户端100重置TCP连接234。

图6示出了合适的计算系统600，作为HCPE 101或HAG 102的另外的实施方式。计算系统600通常可以形成为合适的通用计算机并且包括总线610、处理器602、本地内存器604、一个或多个可选输出接口616、通信接口612、存储元件接口606和一个或多个存储元件608。总线610可以包括允许计算系统600的部件之间通信的一个或多个导体。处理器602可以包括解释和执行编程指令的任何类型的常规处理器或微处理器。本地内存器604可以包括随机存取存储器(RAM)或存储由处理器602执行的信息和指令的其他类型的动态存储装置和/或只读存储器(ROM)或存储由处理器602使用的静态信息和指令的其他类型的静态存储装置。存储元件接口606可以包括存储接口，诸如例如串行高级技术附件(SATA)接口或小型计算机系统接口(SCSI)，用于将总线610连接到一个或多个存储元件608，诸如一个或多个本地磁盘，例如SATA磁盘驱动器，并控制向这些存储元件608和/或从这些存储元件读取和写入数据。尽管上面的存储元件608被描述为本地磁盘，但通常可以使用任何其他合适的计算机可读介质诸如固态驱动器或闪存卡。上述系统600还可以作为物理硬件上方的虚拟机运行。根据上述实施方式在HCPE和HAG装置上执行的步骤可以部分地或完全地实现为将在处理器602上运行的编程指令。通信接口612还可以对应于HCPE的或HAG的网络接口221、222、223、224、225、266..

尽管已经参考特定实施方式说明了本发明，但是对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明不限于前述说明性实施方式的细节，并且本发明在不脱离其范围的情况下可以变现为各种改变和修改。因此，本实施方式在所有方面都被认为是说明性的而非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是前面的描述指示，并且在权利要求的等同物的含义和范围内的所有改变都旨在包含在其中。换句话说，预期涵盖落入基本原理范围内并且在本专利申请中要求其基本属性的任何和所有修改、变化或等同物。此外，本专利申请的读者将理解，词语“包括”(comprising)或“包括”(comprise)不排除其他元件或步骤，词语“a”或“an”不排除多个，并且单个元件，诸如计算机系统、处理器或其他集成单元可以满足权利要求中记载的若干装置的功能。权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制相关的相应权利要求。当在说明书或权利要求中使用时，术语“第一”、“第二”、“第三”、“a”、“b”、“c”等等被引入以在类似的元件或步骤之间做区分而不一定描述顺序或时间顺序。类似地，出于描述目的引入术语“顶部”、“底部”、“上方”、“下方”等等，并且不一定表示相对位置。应理解为如此使用的术语在适当的情况下是可互换的，并且本发明的实施方式能够根据本发明的其他顺序操作，或根据与上面描述或说明的一个或多个不同的取向操作。

Claims

1.用于在客户端节点(100)和网络节点(103)之间通过TCP连接(234)交换数据的方法；其中所述TCP连接包括在用作第一代理节点的客户驻地设备HCPE(101)和用作第二代理节点的混合接入网关HAG(102)之间的第一接入网络(110)上的主MPTCP子流(122)；所述方法包括：

-由所述HCPE：

○将第一TCP段(201、206、207)变换(210、213、214)为所述主MPTCP子流的第一MPTCP段(202、205、208)，

反之亦然；以及

○使用所述第一TCP段(201、207)的目的地址信息作为所述第一MPTCP段(202、208)的目的地址信息；以及

○使用所述第一MPTCP段的源地址信息作为所述第一TCP段的源地址信息；以及

-由所述HAG：

○将第二TCP段变换(211、212、215、217)为所述主子流的第二MPTCP段，反之亦然，同时保留源地址信息和目的地址信息。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述TCP连接(234)包括在所述HCPE(101)和所述HAG(102)之间的第二接入网络上的辅助MPTCP子流；所述方法还包括：

-在所述HCPE处，将第三TCP段变换为所述辅助MPTCP子流的第三MPTCP段，反之亦然；以及

-在所述HAG处，将第四TCP段变换为所述辅助子流的第四MPTCP段，反之亦然。

3.根据权利要求2所述的方法，还包括：

-由所述HCPE，使用所述HAG的目的地址信息用于所述第三MPTCP段；以及

-由所述HAG，使用所述网络节点的目的地址信息用于发送到所述网络节点的第四段。

4.根据权利要求2或3所述的方法，还包括：对于建立所述辅助MPTCP子流：

-由所述HAG发送用于建立所述辅助MPTCP子流的段，所述段包括所述第二接入网络中的在所述主MPTCP子流上的所述HAG的地址。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的方法，还包括：

-由所述HCPE发送包括建立到所述HAG的所述第二MPTCP子流的请求的段。

6.根据权利要求2至4中任一项所述的方法，还包括：

-由所述HAG发送包括建立到所述HCPE的所述第二MPTCP子流的请求的段。

7.根据权利要求2或3所述的方法，包括：对于建立主MPTCP子流和辅助MPTCP子流：

-由所述HAG，从所述HCPE接收指示建立主MPTCP子流和辅助MPTCP子流的请求的同步段；以及

-随后，由所述HCPE从所述HAG接收同步段和确认段；以及

-由所述HCPE建立主MPTCP子流和辅助MPTCP子流；以及

-由所述HAG接收来自所述HCPE的确认段；以及

-随后，由所述HAG建立主MPTCP子流和辅助MPTCP子流。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述HAG包括多个网关服务器，每个网关服务器充当所述第一接入网络和所述网络节点之间的网关；并且其中所述方法还包括：

-由所述HAG，将所述主MPTCP子流负载均衡到所述网关服务器中的一个。

9.用于在客户端节点(100)和网络节点(103)之间通过TCP连接(234)交换数据的方法；其中所述TCP连接包括在用作第一代理节点的客户驻地设备HCPE(101)和用作第二代理节点的混合接入网关HAG(102)之间的第一接入网络(110)上的主MPTCP子流(122)；所述方法包括：

-由所述HCPE：

反之亦然；以及

○使用所述第一MPTCP段的源地址信息作为所述第一TCP段的源地址信息。

10.用于在客户端节点(100)和网络节点(103)之间通过TCP连接(234)交换数据的方法；其中所述TCP连接包括在用作第一代理节点的客户驻地设备HCPE(101)和用作第二代理节点的混合接入网关HAG(102)之间的第一接入网络(110)上的主MPTCP子流(122)；所述方法包括：

-由所述HAG：

11.混合客户驻地设备HCPE(101)，被配置为执行根据权利要求1至9中任一项所述的HCPE执行的步骤。

12.混合接入网关(102)，被配置为执行根据权利要求10或1至8中任一项所述的HAG(102)执行的步骤。

13.包括根据权利要求11所述的HCPE(101)和根据权利要求12所述的HAG(102)的系统。