CN113364816B - 基于多通道交换协议的数据传输系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于多通道交换协议的数据传输系统，包括预设的设置于会话层的多通道交换协议、处理器和存储有计算机程序的存储器，其中，多通道交换协议的协议头结构包括数据可靠等级数据段、重发模式数据段、消息类型数据段、数据长度数据段、通道id数据段、消息id数据段和加密验证信息数据段，重发模式包括NACK模式和ACK模式；数据可靠等级包括不可靠等级、有限可靠等级和完全可靠等级；消息类型包括建立连接请求、接受连接确认、连接建立完成、不可靠消息、基础数据、重发数据和重发事件；通道id基于连接号和连接内的传输通道号生成。本发明能够降低数据传输过程的网络开销和延迟，且能实现平滑切网。

Description

基于多通道交换协议的数据传输系统

技术领域

本发明涉及数据处理技术领域，尤其涉及一种基于多通道交换协议的数据传输系统。

背景技术

现有的很多应用场景中，通常需要传输不同类型的数据，来满足具体应用场景的需求，例如云游戏场景。传统的基于UDP（User Datagram Protocol，用户数据报协议）进行数据传输的过程中，传输不同类型的数据通常需要建立不同的数据传输通道，且建立每一数据通道之前，都必须建立一个对应的网络连接。而在网络交互过程中，建立连接的动作需要消耗很大的资源，需要很多的额外开销，会出现较大的延迟。而对于云游戏等应用场景，对延迟要求很高，通常要求延迟范围在1 ms -100ms，传统的基于UDP的数据传输技术无法满足该延迟需求。此外，在云游戏等应用程序运行过程中，客户端需要切换网络时，现有技术必须要重新建立连接，实现切网，会造成卡顿，用户体验差。由此可知，如何降低基于UDP的数据传输过程的网络开销和延迟，实现平滑切网成为亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明目的在于，提供一种基于多通道交换协议的数据传输系统，能够降低数据传输过程的网络开销和延迟，且能实现平滑切网。

根据本发明第一方面，提供了一种基于多通道交换协议的数据传输系统，包括预设的设置于会话层的多通道交换协议、处理器和存储有计算机程序的存储器，其中，所述多通道交换协议的协议头结构包括数据可靠等级数据段、重发模式数据段、消息类型数据段、数据长度数据段、通道id数据段、消息id数据段和加密验证信息数据段，其中，重发模式包括NACK模式和ACK模式；数据可靠等级包括不可靠等级、有限可靠等级和完全可靠等级；消息类型包括建立连接请求、接受连接确认、连接建立完成、不可靠消息、基础数据、重发数据和重发事件；通道id基于连接号和连接内的传输通道号生成，所述处理器执行所述计算机程序时，实现以下步骤：

步骤S10、建立客户端与服务端之间的连接，为每一类待发送数据在所述连接内建立对应的数据传输通道，根据所述多通道交换协议通过对应的数据传输通道进行数据传输。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本发明提供的一种基于多通道交换协议的数据传输系统可达到相当的技术进步性及实用性，并具有产业上的广泛利用价值，其至少具有下列优点：

本发明能够在所建立的一个连接下划分多个数据传输通道进行不同类型的数据传输，每条通道的属性相互独立，极大减少了数据的相互干扰，减少了建立网络连接的次数，也降低了建立多连接所消耗的代价，降低了数据传输过程的网络开销和延迟，且能实现平滑切网，降低切网代价，网络切换速度也明显提升，通过对会话层协议的信赖,在网络切换时可以认为是无消耗的，能使得上层对切网无感知，提升了用户体验。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图,详细说明如下。

附图说明

图1为本发明实施例提供的基于多通道交换协议的数据传输系统示意图；

图2为本发明实施例提供的基于多通道交换协议的数据传输示意图；

图3为本发明实施例提供的基于多通道交换协议的数据传输的切网意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种基于多通道交换协议的数据传输系统的具体实施方式及其功效，详细说明如后。

在更加详细地讨论示例性实施例之前应当提到的是，一些示例性实施例被描述成作为流程图描绘的处理或方法。虽然流程图将各步骤描述成顺序的处理，但是其中的许多步骤可以被并行地、并发地或者同时实施。此外，各步骤的顺序可以被重新安排。当其操作完成时处理可以被终止，但是还可以具有未包括在附图中的附加步骤。处理可以对应于方法、函数、规程、子例程、子程序等等。

本发明实施例提供了一种基于多通道交换协议的数据传输系统，如图1所示，包括预设的设置于会话层的多通道交换协议、处理器和存储有计算机程序的存储器，其中，所述多通道交换协议的协议头结构包括数据可靠等级数据段、重发模式数据段、消息类型数据段、数据长度数据段、通道id数据段、消息id（也可设置为数据id）数据段和加密验证信息数据段，其中，重发模式包括NACK（未到达确认重发）模式和ACK（确认重发）模式，例如，重发模式数据段设置为“0”表示为NACK模式，设置为“1”表示为ACK模式，如果消息类型不涉及重发模式可以至为空；数据可靠等级包括不可靠等级、有限可靠等级和完全可靠等级，例如，数据可靠等级数据段设置为“0”表示不可靠等级，设置为“1”表示有限可靠等级，设置为“2”表示完全可靠等级。消息类型包括建立连接请求（connectrequest）、接受连接确认（serverok）、连接建立完成（clientok）、不可靠消息（message）、基础数据(data）、重发数据（rtxdata）和重发事件，可以理解的是，可以设置为不同的数字表示不同的类型，例如设置为“0-6”。通道id基于连接号和连接内的传输通道号生成。数据长度是发送端直接可以确定的。

需要说明的是，多通道交换协议的协议头结构中还可基于具体需求增加其他字段，例如，所述多通道交换协议的协议头结构还包括验证标记字段和版本号字段，每一版本号对应一个固定标记字段，所述验证标记字段用于标记当前消息为所述多通道交换协议消息，用来判断收到的消息否是基于所述多通道交换协议生成，避免解析无用的数据包。所述版本号用于标识所述消息所采用的多通道交换协议的版本，便于后期修改。

需要说明的是，不可靠等级模式下，消息发送后，无需关心对端是否收到，例如云游戏中，传输统计数据的场景，统计数据丢失不会产生太大影响，数据可靠等级为不可靠等级时，对应的消息类型为不可靠消息。

有限可靠等级模式下，是在网络允许的情况下进行有限次重发，例如，在没有网络拥塞风险的情况下以百万分之一的丢包为最终目标决定重发次数，在存在阻塞风险时上报给应用层并放弃重发，数据可靠等级为不可靠等级时，对应的消息类型为重发事件，重发模式包括NACK模式或ACK模式，有限可靠模式适用于云游戏中的视频、音频等流媒体数据。

完全可靠等级模式下，因为无限次重发，当网络状况不佳时会产生阻塞风险，增大延迟，一般不用于发送大规模数据，多用于发送控制流数据，保证顺序和可靠性但可能产生较高延迟。

所述处理器执行所述计算机程序时，实现以下步骤：

步骤S10、建立客户端与服务端之间的连接，为每一类待发送数据在所述连接内建立对应的数据传输通道，根据所述多通道交换协议通过对应的数据传输通道进行数据传输。

本发明实施例能够在所建立的一个连接下划分多个数据传输通道进行不同类型的数据传输，每条通道的属性相互独立，极大减少了数据的相互干扰，减少了建立网络连接的次数，也降低了建立多连接所消耗的代价，降低了数据传输过程的网络开销和延迟，且能实现平滑切网，降低切网代价，网络切换速度也明显提升，通过对会话层协议的信赖,在网络切换时可以认为是无消耗的，能使得上层对切网无感知，提升了用户体验。

作为一种实施例，如图2所示实施例，当客户端或服务端作为发送端首次向对端发送消息时，所述步骤S10包括:

步骤S1、建立客户端与服务端之间的连接，交换加密密匙并分配对应的连接号；

其中，接属性包括：密匙，连接号和对端ip地址（具体可为ip:port），在连接建立过程中交换加密密匙，后续的数据携带由此密匙，通道号，消息id通过MD5生成的识别字段，并能通过此字段进行切网判断。连接号由服务端生成，在连接过程中交换给客户端。同连接的不同通道复用一个ip：port对，切网时也是全部同时间切换。

步骤S2、基于发送端的第一待传输数据确定数据可靠等级，若数据可靠等级为不可靠等级，则执行步骤S3，若数据可靠等级为有限可靠等级，则设置目标传输次数，然后执行步骤S4，若可靠等级为无限可靠等级，则直接执行步骤S4；

步骤S3、建立具备不可靠消息属性的数据传输通道，并分配对应的传输通道号，然后执行步骤S5；

步骤S4、确定重发模式，若确定的重发模式为NACK模式，则建立具备NACK属性传输通道，若确定的重发模式为ACK模式，则建立具备ACK属性的传输通道，并分配对应的传输通道号，然后执行步骤S5；

当数据可靠等级为有限可靠等级时，重发模式优选为NACK模式，基于NACK模式下的重发数据（rtxdata），方便接收端统计丢包率，这种重发模式的代价较小。ACK模式，拥有更高的延迟变化，网络拥塞感知能力，更好的顺序保证能力，但代价较高，如果一条链路上既有有限可靠数据和可靠数据，优选的，有限可靠采用NACK模式，可靠数据采用ACK模式，只有有限可靠数据时根据对网络情况感知的要求而定。

步骤S5、基于所述连接号和传输通道号生成通道id，基于发送端所存储的对端加密密匙加密通道id和第一待传输的数据对应的第一消息id，生成第一加密验证信息；

步骤S6、根据第一待传输数据对应的可靠等级、重发模式、第一消息类型、第一消息id、第一数据长度、第一加密验证信息，基于所述多通道交换协议生成第一协议头结构，基于所述第一协议头结构和第一待传输数据生成第一待发送消息，将所述第一待发送消息通过对应的数据传输通道发送给对端。

需要说明的是，客户端和服务端均建立好连接后，服务端和客户端均可以作为发送端，客户端为发送端时，服务端为对端，即接收端；服务端为发送端时，客户端为对端，即接收端。

作为一种实施例，所述步骤S1包括：

步骤S11、所述服务端接收客户端发送的建立连接请求消息，所述建立连接请求中携带客户端的初始密匙和客户端ip地址信息；

步骤S12、所述服务端生成所述服务端对应的连接号，并向所述客户端发送接受连接确认消息，所述接受连接确认消息中携带服务端加密密匙和所述连接号；

步骤S13、所述服务端接收所述客户端解密并存储所述服务端的加密密匙后发送的连接建立完成消息，所述连接建立完成消息携带连接号和客户端加密密匙；

步骤S14、所述服务端解密并存储所述客户端加密密匙。

可以理解的是，步骤S11-步骤S14也可直接基于多通道交换协议来生成对应的消息，没有涉及到的数据段设置为空或者指令标识即可。

作为一种实施例，所述客户端的初始密匙为客户端随机生成的明文密匙，所述服务端加密密匙为所述服务端随机生成的初始密匙与客户端随机生成的明文密匙使用aes（Advanced Encryption Standard，高级加密标准）进行对称加密得到的密匙，所述服务端密匙为服务端随机生成的密匙与所述服务端加密密匙和客户端的初始密匙使用aes进行对称加密得到的密匙，这样设置提高了传输数据的安全性。

作为一种实施例，当数据可靠等级为有限可靠等级，确定的重发模式为NACK模式时，还包括以下步骤：

步骤S21、在目标数据发送端设置所述重发目标传输次数，当目标数据接收端检测到目标基础数据丢包时，基于所述多通道交换协议生成消息类型为目标基础数据包重发事件的消息发送给目标数据发送端；

步骤S22、目标数据发送端基于所述多通道交换协议生成消息类型为重发数据的消息发送给目标数据发送端，直至目标数据接收端接收到丢包的目标基础数据，或者目标数据发送端发送对应的重发数据达到所述目标传输次数。

作为一种实施例，当数据可靠等级为有限可靠等级，确定的重发模式为ACK模式时，还包括以下步骤：

步骤S23、在目标数据发送端设置所述目标传输次数，基于所述多通道交换协议生成消息类型为目标基础数据包重发事件的消息发送给目标数据发送端；

步骤S24、当接收到目标数据接收到基于目标数据的ACK确认指令或目标数据发送端发送对应的重发数据达到所述目标传输次数时，结束所述目标数据的重发。

需要说明的是，当连接内的数据传输通道建立好以后，发送端再向接收端发送消息时，无需再执行步骤S1-步骤S6的操作，直接基于原消息所携带的协议头信息进行更新即可，作为一种实施例，当客户端或服务端基于所接收的对端发送的消息作为发送端向对端发送消息时，如图2所示，所述步骤S10包括：

步骤S7、发送端基于所接收的消息获取第二待发送数据，并确定所述第二待发送数据对应的第二消息类型、第二消息id、第二数据长度；

步骤S8、基于所存储的对端加密密匙加密所述第二消息id和接收对端发送的消息中所携带的通道id，生成第二加密验证信息，将所接收消息中的多通道交换协议的协议头结构中第一消息类型更新为第二消息类型，将第一数据长度更新为第二数据长度、将第一消息id更新为第二消息id，将第一加密验证消息更新为第二加密验证消息，生成第二待发送消息对应的第二协议头结构，基于所述第二协议头结构和第二待发送数据生成第二待发送消息，将所述第二待发送消息通过对应的数据传输通道发送给对端。

基于所述多通道交换协议的数据传输过程，还可以实现平滑切网，作为一种实施例，当所述处理器执行所述计算机程序时，如图3所示，还实现以下步骤：

步骤S100、当所述服务端接客户端发送的消息时，判断当前消息的ip地址信息与所述服务端中当前存储的该客户端的ip地址信息是否相同，若不同，则执行步骤S200；

步骤S200、解析当前消息获取对应的通道号、消息id以及加密验证消息，基于所述客户端的加密密钥对所述当前消息获取对应的通道号、消息id进行加密，生成目标加密验证消息；

步骤S300、基于所述目标加密验证消息验证当前消息的加密验证消息，若二者相同，则确定当前客户端切网，将所述客户端的ip地址更新为当前消息对应的ip地址，返回执行步骤S100。

步骤S100-步骤S300的切网过程，只会导致网络单项延迟时间内的数据的丢失，在网络良好的情况下几乎不会被上层感知到，切网完成后，服务端后续会将消息发送至更新的ip地址。

需要说明的是，图3示出了不可靠消息传输模式下的切网，仅为一种示例，不仅限于不可靠消息传输模式，图3中的客户端1和客户端2表示连接不同ip地址下的同一客户端。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种基于多通道交换协议的数据传输系统，其特征在于，

包括预设的设置于会话层的多通道交换协议、处理器和存储有计算机程序的存储器，其中，所述多通道交换协议的协议头结构包括数据可靠等级数据段、重发模式数据段、消息类型数据段、数据长度数据段、通道id数据段、消息id数据段和加密验证信息数据段，其中，重发模式包括NACK模式和ACK模式；数据可靠等级包括不可靠等级、有限可靠等级和完全可靠等级；消息类型包括建立连接请求、接受连接确认、连接建立完成、不可靠消息、基础数据、重发数据和重发事件；通道id基于连接号和连接内的传输通道号生成，所述处理器执行所述计算机程序时，实现以下步骤：

步骤S10、建立客户端与服务端之间的连接，为每一类待发送数据在所述连接内建立对应的数据传输通道，根据所述多通道交换协议通过对应的数据传输通道进行数据传输；

当客户端或服务端作为发送端首次向对端发送消息时，所述步骤S10包括:

步骤S1、建立客户端与服务端之间的连接，交换加密密匙并分配对应的连接号；

步骤S2、基于发送端的第一待传输数据确定数据可靠等级，若数据可靠等级为不可靠等级，则执行步骤S3，若数据可靠等级为有限可靠等级，则设置目标传输次数，然后执行步骤S4，若可靠等级为无限可靠等级，则直接执行步骤S4；

步骤S3、建立具备不可靠消息属性的数据传输通道，并分配对应的传输通道号，然后执行步骤S5；

步骤S4、确定重发模式，若确定的重发模式为NACK模式，则建立具备NACK属性传输通道，若确定的重发模式为ACK模式，则建立具备ACK属性的传输通道，并分配对应的传输通道号，然后执行步骤S5；

步骤S5、基于所述连接号和传输通道号生成通道id，基于发送端所存储的对端加密密匙加密通道id和第一待传输的数据对应的第一消息id，生成第一加密验证信息；

步骤S6、根据第一待传输数据对应的可靠等级、重发模式、第一消息类型、第一消息id、第一数据长度、第一加密验证信息，基于所述多通道交换协议生成第一协议头结构，基于所述第一协议头结构和第一待传输数据生成第一待发送消息，将所述第一待发送消息通过对应的数据传输通道发送给对端。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

所述步骤S1包括：

步骤S11、所述服务端接收客户端发送的建立连接请求消息，所述建立连接请求中携带客户端的初始密匙和客户端ip地址信息；

步骤S12、所述服务端生成所述服务端对应的连接号，并向所述客户端发送接受连接确认消息，所述接受连接确认消息中携带服务端加密密匙和所述连接号；

步骤S13、所述服务端接收所述客户端解密并存储所述服务端的加密密匙后发送的连接建立完成消息，所述连接建立完成消息携带连接号和客户端加密密匙；

步骤S14、所述服务端解密并存储所述客户端加密密匙。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，

所述客户端的初始密匙为客户端随机生成的明文密匙，所述服务端加密密匙为所述服务端随机生成的初始密匙与客户端随机生成的明文密匙使用aes进行对称加密得到的密匙，所述服务端密匙为服务端随机生成的密匙与所述服务端加密密匙和客户端的初始密匙使用aes进行对称加密得到的密匙。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

当数据可靠等级为有限可靠等级，确定的重发模式为NACK模式时，还包括以下步骤：

步骤S21、在目标数据发送端设置所述目标传输次数，当目标数据接收端检测到目标基础数据丢包时，基于所述多通道交换协议生成消息类型为目标基础数据包重发事件的消息发送给目标数据发送端；

步骤S22、目标数据发送端基于所述多通道交换协议生成消息类型为重发数据的消息发送给目标数据发送端，直至目标数据接收端接收到丢包的目标基础数据，或者目标数据发送端发送对应的重发数据达到所述目标传输次数。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

当数据可靠等级为有限可靠等级，确定的重发模式为ACK模式时，还包括以下步骤：

步骤S23、在目标数据发送端设置所述目标传输次数，基于所述多通道交换协议生成消息类型为目标基础数据包重发事件的消息发送给目标数据发送端；

步骤S24、当接收到目标数据接收到基于目标数据的ACK确认指令或目标数据发送端发送对应的重发数据达到所述目标传输次数时，结束所述目标数据的重发。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

当数据可靠等级为有限可靠等级时，所述步骤S4将重发模式直接确定为NACK模式。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

当客户端或服务端基于所接收的对端发送的消息作为发送端向对端发送消息时，所述步骤S10包括：

步骤S7、发送端基于所接收的消息获取第二待发送数据，并确定所述第二待发送数据对应的第二消息类型、第二消息id、第二数据长度；

步骤S8、基于所存储的对端加密密匙加密所述第二消息id和接收对端发送的消息中所携带的通道id，生成第二加密验证信息，将所接收消息中的多通道交换协议的协议头结构中第一消息类型更新为第二消息类型，将第一数据长度更新为第二数据长度、将第一消息id更新为第二消息id，将第一加密验证消息更新为第二加密验证消息，生成第二待发送消息对应的第二协议头结构，基于所述第二协议头结构和第二待发送数据生成第二待发送消息，将所述第二待发送消息通过对应的数据传输通道发送给对端。

8.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，

当所述处理器执行所述计算机程序时，还实现以下步骤：

步骤S100、当所述服务端接客户端发送的消息时，判断当前消息的ip地址信息与所述服务端中当前存储的该客户端的ip地址信息是否相同，若不同，则执行步骤S200；

步骤S200、解析当前消息获取对应的通道号、消息id以及加密验证消息，基于所述客户端的加密密钥对所述当前消息获取对应的通道号、消息id进行加密，生成目标加密验证消息；

步骤S300、基于所述目标加密验证消息验证当前消息的加密验证消息，若二者相同，则确定当前客户端切网，将所述客户端的ip地址更新为当前消息对应的ip地址，返回执行步骤S100。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

所述多通道交换协议的协议头结构还包括验证标记字段和版本号字段，每一版本号对应一个固定标记字段，所述验证标记字段用于标记当前消息为所述多通道交换协议消息，所述版本号用于标识所述消息所采用的多通道交换协议的版本。

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