CN113660198B - 一种网关安全通道自适应方法、管理单元和系统 - Google Patents

一种网关安全通道自适应方法、管理单元和系统 Download PDF

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Abstract

本发明属于通信技术领域，其公开了一种网关安全通道自适应方法，包括如下步骤：步骤1：在建立VPN通信连接之前，对VPN隧道的最大可传输单元MTU进行探测，获取VPN隧道的最大可传输单元MTU；步骤2：建立VPN通信连接，VPN隧道中传输的数据包不大于最大可传输单元MTU；步骤3：计算设备的当前业务的带宽需求、获取设备的当前的带宽能力，如果带宽需求大于带宽能力的预设比例，则提高设备的带宽能力，并在当前业务的带宽需求降低后降低设备的带宽能力。能够根据业务的带宽、性质等灵活的对VPN隧道的相关影响因素进行灵活调整，满足用户的需求。

Description

一种网关安全通道自适应方法、管理单元和系统
技术领域
本发明涉及通信技术领域，具体为一种网关安全通道自适应方法、管理单元和系统。
背景技术
为满足安全性的要求，客户对远端的设备进行访问或者控制时，需要通过加密通道进行；我们通过在云服务器上搭建VPN server，并且在远端节点部署VPN节点的方式构建虚拟通道网络；以此来满足客户对远端设备的安全访问；但是某些情况下可能出现连接通道因为网络问题无法正常传输数据，例如无法正常访问远端设备web页面；或者通过虚拟通道访问在远端IP摄像头这样的流媒体数据时，因为速率上不去而导致的画面卡顿等现象；这样的虚拟通道网络客户体验是相对较差，无法获得客户的青睐。
发明内容
本发明的目的在于提供一种网关安全通道自适应方法和系统，其优势在于，能够根据业务的带宽、性质等灵活的对VPN隧道的相关影响因素进行灵活调整，满足用户的需求。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种网关安全通道自适应方法，包括如下步骤：
步骤1：在建立VPN通信连接之前，对VPN隧道的最大可传输单元MTU进行探测，获取VPN隧道的最大可传输单元MTU；
步骤2：建立VPN通信连接，VPN隧道中传输的数据包不大于最大可传输单元MTU；
步骤3：计算设备的当前业务的带宽需求、获取设备的当前的带宽能力，如果带宽需求大于带宽能力的预设比例，则提高设备的带宽能力，并在当前业务的带宽需求降低后降低设备的带宽能力。
在上述的网关安全通道自适应方法中，所述步骤1中，对VPN隧道的最大可传输单元MTU进行探测的具体方法为：
从VPN隧道的一端向VPN隧道另外一端的VPN客户端多次发送探测包以获得最大可传输单元MTU，所述探测包采用二分法进行逼近探测。
在上述的网关安全通道自适应方法中，当前业务的带宽需求的测试方法为：对设备当前使用的网卡进行监控过滤，初步判断当前在虚拟通道中的业务的大概速率即为宽带需求。
在上述的网关安全通道自适应方法中，设备的当前的带宽能力的测试方法为：
获取设备的通信配置，所述通信配置包括设备的当前的PLMN、通信模块的型号、通信模块的固件版本、实际注网的类型、当前是否使用载波聚合；通过通信配置估算设备的当前的带宽能力。
在上述的网关安全通道自适应方法中，提高或降低设备的带宽能力的方法为在不同的移动通讯网络之间进行切换和/或开启或关闭载波聚合功能。
在上述的网关安全通道自适应方法中，在步骤1之前，还包括根据当前业务的类型选择匹配的VPN通信类型；
在步骤3之后还包括：若在提高设备的带宽能力之后还无法满足当前业务的带宽需求时，则切换至其他能够提高更高带宽能力的VPN通信类型。
在上述的网关安全通道自适应方法中，所述VPN通信类型包括OpenVPN、IPSec(ChaPoly)、IPSec(AES)、WireGuard。
同时，本发明还公开了一种用于实现如上所述方法的管理单元，包括如下模块：
MTU探测模块：用于探测VPN服务器和设备之间的VPN隧道的最大可传输单元MTU；
VPN通信建立模块：用于将向设备发送连接至VPN服务器的配置信息，以使设备建立和VPN服务器之间的VPN通信连接，并设置设备和VPN服务器之间的VPN隧道中传输的数据包不大于最大可传输单元MTU；
带宽需求测试模块：用于测试出设备的当前业务的带宽需求；
带宽能力测试模块：用于计算设备的通信模块在当前配置的条件下的带宽能力；
带宽能力调整模块：用于将带宽需求和带宽能力进行比对，如果带宽需求大于带宽能力的预设比例，则提高设备的带宽能力，并在当前业务的带宽需求降低后降低设备的带宽能力。
在上述的网关安全通道自适应方法的管理单元中，还包括VPN切换模块：用于根据设备的当前业务的类型选择匹配的VPN服务器以使设备和该VPN服务器，通过VPN通信建立模块建立VPN通信连接；
还用于若在提高设备的带宽能力之后还无法满足当前业务的带宽需求时，则切换至其他能够提高更高带宽能力的VPN服务器，通过VPN通信建立模块建立VPN通信连接。
最后，本发明还公开了一种VPN通信系统，包括VPN服务器、设备，还包括如上所述的管理单元，所述设备和VPN服务器通过VPN通信建立模块建立VPN通信连接；并设置设备和VPN服务器之间的VPN隧道中传输的数据包不大于最大可传输单元MTU；所述设备根据带宽能力调整模块的控制调整自身的带宽能力。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
增加VPN隧道的MTU探测策略和设备的带宽性能调整策略，尽可能减少VPN建立时可能的碎片化问题，规避因为中间路由黑洞而出现的VPN隧道无法正常使用的问题；
同时，基于大量连接设备，为蜂窝网络实际带宽预测模型提供数据；VPN隧道性能可能受多个因素影响，VPN管理平台基于收集的信息为每个业务调度尽快优化的设备性能和VPN配置，尽可能充分利用设备性能为客户提供匹配的安全通道服务。
附图说明
图1为本发明的实施例1的流程方框图；
图2为本发明的实施例2的结构框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
参考图1，一种网关安全通道自适应方法，包括如下步骤：
步骤0：根据设备的当前业务的业务类型选择合适的VPN通信类型，即选择合适的VPN服务器，VPN服务器预设有多种，比如OpenVPN、IPSec(ChaPoly)、IPSec(AES)、WireGuard等等；这些不同VPN服务器(通信类型)所适用的场合可能不尽相同，例如OpenVPN服务器对于存在下接子网的情况更加友好，而WireGuard服务器相对而言拥有更高的带宽；在后文中描述中，可得知，本方案可中途换用其他的VPN服务器。
比如设备当前业务在传输视频数据，则应该选择WireGuard服务器；
更为优选地，可针对业务类型的性能需求，根据不同的VPN服务器的性能特点，对不同的VPN服务器进行排序，得到不同VPN服务器的优先级，可利于本步骤的选择以及后文的VPN服务器的切换。
比如如果是视频数据的传输，优先级排序可能为WireGuard＞IPSec(AES)＞IPSec(ChaPoly)＞OpenVPN；但是如果是一个网关下接多个传感器，则将上述优先级顺序反过来即可。
步骤1：在建立VPN通信连接之前，对VPN隧道的最大可传输单元MTU进行探测，获取VPN隧道的最大可传输单元MTU；
VPN隧道的探测可采用的方法为，通过向目标对端(设备)虚拟IP进行ICMP探测，具体采用类似二分法的方式进行逼近探测，确认最大的能使用的MTU的值；
此策略主要针对于可能出现的、实际网络中可能存在路径路由mtu较小的情况，如果不探测出pmtu，可能会导致较大数据包一直无法发送成功并且一直尝试重发；进而导致的结果就是无法正常访问页面或者视频无法查看。
步骤2：建立VPN通信连接，VPN隧道中传输的数据包不大于最大可传输单元MTU；
VPN通信连接涉及VPN隧道的公用参数，包括但不限于加解密算法、认证算法、密钥、证书等。
这种公用参数可在VPN服务器和设备之间通过多次信息交互确定，也可以由专门的管理单元进行预先配置并预存在VPN服务器内，在需要建立连接时，设备经过必要的鉴权后就可从管理单元获取这些公用参数，可参考CN201310111430.6中针对两个虚拟机的公用参数的配置方法。
步骤3：计算设备的当前业务的带宽需求、获取设备的当前的带宽能力，如果带宽需求大于带宽能力的预设比例，则提高设备的带宽能力，并在当前业务的带宽需求降低后降低设备的带宽能力。如果带宽需求不大于带宽能力的预设比例，则保持设备在当前的带宽能力并保持VPN通信。
这里的预设比例一般设置在80％比较好，但是并不排除其他数据。
当前业务的带宽需求的测试方法为：对设备当前使用的网卡进行监控过滤以滤除虚拟IP，初步判断当前在虚拟通道中的业务的大概速率即为宽带需求。
设备的当前的带宽能力的测试方法为：
获取设备的通信配置，所述通信配置包括设备的当前的PLMN、通信模块的型号、通信模块的固件版本、实际注网的类型、当前是否使用载波聚合；通过通信配置估算设备的当前的带宽能力。
提高或降低设备的带宽能力的方法为在不同的移动通讯网络如4G和5G之间进行切换和/或开启或关闭载波聚合功能。
步骤4：若在提高设备的带宽能力之后还无法满足当前业务的带宽需求时，则切换至其他能够提高更高带宽能力的VPN通信类型。切换方法重复步骤0-3；
本实施例增加VPN隧道的MTU探测策略和设备的带宽性能调整策略，尽可能减少VPN建立时可能的碎片化问题，规避因为中间路由黑洞而出现的VPN隧道无法正常使用的问题；
同时，基于大量连接设备，为蜂窝网络实际带宽预测模型提供数据；VPN隧道性能可能受多个因素影响，VPN管理平台基于收集的信息为每个业务调度尽快优化的设备性能和VPN配置，尽可能充分利用设备性能为客户提供匹配的安全通道服务。
实施例2
参考图2，一种用于实现如上所述方法的管理单元10，包括如下模块：
MTU探测模块1：用于探测VPN服务器20和设备30之间的VPN隧道的最大可传输单元MTU；
VPN通信建立模块2：用于将向设备30发送连接至VPN服务器20的配置信息，以使设备30建立和VPN服务器20之间的VPN通信连接，并设置设备30和VPN服务器20之间的VPN隧道中传输的数据包不大于最大可传输单元MTU；
带宽需求测试模块3：用于测试出设备30的当前业务的带宽需求；
带宽能力测试模块4：用于计算设备30的通信模块在当前配置的条件下的带宽能力；
带宽能力调整模块5：用于将带宽需求和带宽能力进行比对，如果带宽需求大于带宽能力的预设比例，则提高设备30的带宽能力，并在当前业务的带宽需求降低后降低设备30的带宽能力。
VPN切换模块6：用于根据设备30的当前业务的类型选择匹配的VPN服务器20以使设备30和该VPN服务器20，通过VPN通信建立模块2建立VPN通信连接；
还用于若在提高设备30的带宽能力之后还无法满足当前业务的带宽需求时，则切换至其他能够提高更高带宽能力的VPN服务器20，通过VPN通信建立模块2建立VPN通信连接。
参考图2，还公开了一种VPN通信系统，包括VPN服务器20、设备30，还包括如上所述的管理单元10，所述设备30和VPN服务器20通过VPN通信建立模块2建立VPN通信连接；并设置设备30和VPN服务器20之间的VPN隧道中传输的数据包不大于最大可传输单元MTU；所述设备30根据带宽能力调整模块5的控制调整自身的带宽能力。
整个系统的运行过程为：
首先：VPN切换模块6获取设备30的当前业务的类型，确定其数据类型是视频、传感器数据还是其他数据，根据业务的类型选择合适的VPN服务器20；
当确定好VPN服务器20后，MTU探测模块1开始进行VPN服务器20和设备30之间的VPN隧道的MTU探测，通过向目标对端(设备30)虚拟IP进行ICMP探测，具体采用类似二分法的方式进行逼近探测，确认最大的能使用的MTU的值；
VPN通信建立模块2将配置信息发送给设备30，由设备30建立和VPN服务器20之间的VPN通信连接，并且根据MTU探测模块1的探测结果限定VPN隧道的数据包的大小，主要是限定设备30所发出的数据包的大小。
带宽需求测试模块3和带宽能力测试模块4主要是测试设备30的网卡的数据流大小以及设备30的通信模块的相关的配置信息如当前的PLMN、通信模块的型号、通信模块的固件版本、实际注网的类型、当前是否使用载波聚合等，以此确定带宽需求和当前的带宽能力；
带宽能力调整模块5根据带宽需求测试模块3和带宽能力测试模块4的结果确定是否要调整设备30的通信模块的带宽能力；如果带宽需求大于带宽能力的预设比例，则提高设备30的带宽能力，并在当前业务的带宽需求降低后降低设备30的带宽能力。
如果带宽能力调整模块5无法解决数据传输稳定性、数据量等问题时，会通知VPN切换模块6切换至其他VPN服务器20，重新建立VPN通信连接。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (6)

1.一种网关安全通道自适应方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤0：根据当前业务的类型选择匹配的VPN通信类型；
步骤1：在建立VPN通信连接之前，对VPN隧道的最大可传输单元MTU进行探测，获取VPN隧道的最大可传输单元MTU；
步骤2：建立VPN通信连接，VPN隧道中传输的数据包不大于最大可传输单元MTU；
步骤3：计算设备的当前业务的带宽需求、获取设备的当前的带宽能力，如果带宽需求大于带宽能力的预设比例，则提高设备的带宽能力，并在当前业务的带宽需求降低后降低设备的带宽能力；
在步骤3之后还包括：若在提高设备的带宽能力之后还无法满足当前业务的带宽需求时，则切换至其他能够提供更高带宽能力的VPN通信类型，切换至其他能够提供更高带宽能力的VPN通信类型的方法为：重复步骤0-3；
提高或降低设备的带宽能力的方法为在不同的移动通讯网络之间进行切换和/或开启或关闭载波聚合功能；
所述VPN通信类型包括OpenVPN、IPSec ChaPoly、IPSec AES、WireGuard。
2.根据权利要求1所述的网关安全通道自适应方法，其特征在于，所述步骤1中，对VPN隧道的最大可传输单元MTU进行探测的具体方法为：
从VPN隧道的一端向VPN隧道另外一端的VPN客户端多次发送探测包以获得最大可传输单元MTU，所述探测包采用二分法进行逼近探测。
3.根据权利要求1所述的网关安全通道自适应方法，其特征在于，当前业务的带宽需求的测试方法为：对设备当前使用的网卡进行监控过滤，初步判断当前在虚拟通道中的业务的速率即为宽带需求。
4.根据权利要求1所述的网关安全通道自适应方法，其特征在于，设备的当前的带宽能力的测试方法为：
获取设备的通信配置，所述通信配置包括设备的当前的PLMN、通信模块的型号、通信模块的固件版本、实际注网的类型、当前是否使用载波聚合；通过通信配置估算设备的当前的带宽能力。
5.一种用于实现权利要求1-4任一所述的网关安全通道自适应方法的管理单元，其特征在于，包括如下模块：
MTU探测模块：用于探测VPN服务器和设备之间的VPN隧道的最大可传输单元MTU；
VPN通信建立模块：用于将向设备发送连接至VPN服务器的配置信息，以使设备建立和VPN服务器之间的VPN通信连接，并设置设备和VPN服务器之间的VPN隧道中传输的数据包不大于最大可传输单元MTU；
带宽需求测试模块：用于测试出设备的当前业务的带宽需求；
带宽能力测试模块：用于计算设备的通信模块在当前配置的条件下的带宽能力；
带宽能力调整模块：用于将带宽需求和带宽能力进行比对，如果带宽需求大于带宽能力的预设比例，则提高设备的带宽能力，并在当前业务的带宽需求降低后降低设备的带宽能力；
VPN切换模块：用于根据设备的当前业务的类型选择匹配的VPN服务器以使设备和该VPN服务器，通过VPN通信建立模块建立VPN通信连接；
还用于若在提高设备的带宽能力之后还无法满足当前业务的带宽需求时，则切换至其他能够提高更高带宽能力的VPN服务器，通过VPN通信建立模块建立VPN通信连接。
6.一种VPN通信系统，包括VPN服务器、设备，其特征在于，还包括如权利要求5所述的管理单元，所述设备和VPN服务器通过VPN通信建立模块建立VPN通信连接；并设置设备和VPN服务器之间的VPN隧道中传输的数据包不大于最大可传输单元MTU；所述设备根据带宽能力调整模块的控制调整自身的带宽能力。
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