CN116506369A - 一种双栈网络流量调度方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双栈网络流量调度方法，在IPv4/IPv6双栈网络下，客户端与服务端同时以IPv4和IPv6连接，通过网络主动测量等方法对双栈网络的传输性能等进行测定，并根据业务需求(带宽、时延、丢包率)对双栈网络流量进行调度，如不同线路传输的数据比例、不同类型的数据(信令或视频等)分配不同的线路，也可以在数据传输过程中实时进行调整，实现双栈网络实时调优，从而达到降低连接时延、提高传输带宽利用率等目的，鲁棒性更强。同时本发明的方法不需要更改现有网络基础设施，只需更改业务软件的实现，简单易行。

Description

一种双栈网络流量调度方法

技术领域

本发明涉及网络流量调度技术领域，尤其涉及一种双栈网络流量调度方法。

背景技术

随着IPv4的枯竭，全球范围内IPv6的商业部署显著加快，如今各行各业都开始在自己的网站、应用中显著标识出IPv6访问的字样。IPv6的广泛应用也能让人们更容易地连接到自己的私人设备，具有路由表小、支持自动配置等优势。

然而，与已经得到充分优化的传统IPv4网络不同，IPv6在很多场景下还存在很大的优化空间，这导致在很多场景，尤其是对时延敏感的场景下，用户的网络体验不佳。

现有技术中，CN102771089A公开了一种用于通过虚拟服务器混合模式处理IPv6和IPv4流量的系统和方法，主要通过虚拟服务器进行混合模式负载平衡，但是该方法并不支持双栈同时连接。CN113225270A公开了一种支持IPv4和IPv6双栈混合的网络结构，虽然支持IPv4和IPv6双栈混合组网，但是同样并没有进行业务层面的双栈整合。CN112187674A利用VLAN间通信技术和TRUNK工作原理实现混合组网，但同样并没有进行业务层面的双栈整合。

综上，现有方法对双栈网络的支持，主要是通过网络层，在网络设备的软硬件上实现混合组网，大多没有对双栈网络反应在业务层的真实影响进行评估，更没有通过双栈网络“聚合”的方式提高用户上网体验。这将导致：开启双栈网络后，由于IPv6优先级高但路由优化不好导致用户网络卡顿；或由于未开启IPv6，同时IPv4带宽不足导致用户网络卡顿等等。

发明内容

本发明的目的是提出一种双栈网络流量调度方法，在不更改现有网络基础设施的基础上，通过双栈网络“聚合”的方式实时调优，提升网络鲁棒性，进而提高用户上网体验。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明提供一种双栈网络流量调度方法，包括以下步骤：

S1、服务器与客户端同时接入IPv4和IPv6网络，解析服务器的域名同时绑定IPv4和IPv6地址；

S2、客户端得到服务器的IPv4和IPv6地址；

S3、客户端以相同的标识同时与服务器的IPv4和IPv6地址发起连接；在双栈各自的请求数据包中均包含带有标识的数据结构，包括双栈标识、任务标识、下一标识、扩展标识以及数据字段；双栈标识用来让双方是否启用双栈协同传输工作，该标识长度为1，值为0或1，其中1标识启用双栈协同传输；任务标识用来让双方识别双栈流量；下一标识为多个，如果是1，则标识后续还存在扩展标识；扩展标识包括三部分：是否还存在下一个扩展标识、标识长度和标识内容，其中标识内容由应用自行解析使用；所有标识都结束后将是数据字段；

S4、服务器收到连接请求后，在本地记录下客户端的信息；

S5、IPv4和IPv6双栈连接全部建立后，根据不同的任务需求下双栈流量传输策略，服务器将数据分别由IPv4和IPv6的线路发送，若网络振荡或需求变更，协商双栈流量传输策略后再进行传输数据；不同的任务需求包括IPv4和IPv6带宽不同场景、IPv4和IPv6延迟不同场景以及IPv4和IPv6丢包率不同场景；

S6、数据发送结束后，服务器与客户端双方分别断开IPv4和IPv6连接。

进一步地，步骤S1中，所述服务端是通过域名向外提供服务，该域名同时绑定IPv4和IPv6地址。

进一步地，步骤S2中，客户端通过直接的IP记录或者DNS解析得到服务器的IPv4和IPv6地址，并将双栈中各自优先级最高的IP地址记录下来。

进一步地，步骤S4中，服务器收到连接请求后，如果双栈标识不为0，且本地的双栈协同使用表中不存在对应的项目，则根据任务标识建立相应的表项，包含业务所需参考的数据，业务所需参考的数据包含双栈各自的带宽、延迟、丢包率。

进一步地，步骤S5中，客户端将根据任务标识对接收的数据块进行聚合，数据块的顺序或ID通过添加扩展标识字段来完成标识；在有顺序或ID靠前的数据块没有到时，客户端可以为其启动定时器，在定时器到期后发送消息，要求对方重传。

进一步地，步骤S5中，客户端和服务器双方根据记录的双栈的业务所需参考的数据，在传输过程中随时对双栈流量进行调度，业务所需参考的数据包括双栈各自的带宽、延迟、丢包率。

进一步地，步骤S5中，在IPv4和IPv6带宽不同场景下的数据传输过程中，客户端和服务器双方将根据IPv4和IPv6带宽差异设置数据传输的占比，并以扩展标识的方式通知对方。

进一步地，步骤S5中，在IPv4和IPv6延迟不同场景下的数据传输过程中，客户端和服务器双方将根据业务需求选择IPv4和IPv6线路来传输数据，并以扩展标识的方式通知对方。

进一步地，步骤S5中，在IPv4和IPv6丢包率不同场景下的数据传输过程中，客户端和服务器双方将先通过主动测量的方式对IPv4和IPv6的带宽以及参数进行测量，然后在结合任务需求进行数据传输的参数设定，并以扩展标识的方式通知对方。

进一步地，步骤S5中，在IPv4和IPv6丢包率不同场景下，针对无法进行网络测量的场景或网络不稳定的场景，双方以各自50％或事先约定好的比例先进行数据传输，然后在数据传输过程中，在双栈协同使用表中分别记录IPv4和IPv6线路的丢包率，然后对数据传输的参数进行动态调整，并以扩展标识的方式通知对方。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提出的双栈网络流量调度方法，在IPv4/IPv6双栈网络下，客户端与服务端同时以IPv4和IPv6连接，通过网络主动测量等方法对双栈网络的传输性能等进行测定，并根据业务需求(带宽、时延、丢包率)对双栈网络流量进行调度，如不同线路传输的数据比例、不同类型的数据(信令或视频等)分配不同的线路，也可以在数据传输过程中实时进行调整，实现双栈网络实时调优，从而达到降低连接时延、提高传输带宽利用率等目的，鲁棒性更强。同时本发明的方法不需要更改现有网络基础设施，只需更改业务软件的实现，简单易行。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的双栈网络流量调度方法流程图。

图2为本发明实施例提供的带有标识的数据结构。

具体实施方式

为了更好地理解本技术方案，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、完整的描述。显然，所描述的实例仅仅是本发明实施例一部分实施例，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基于本申请所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本实施例提出的双栈网络流量调度方法，总体流程如图1所示，包括以下步骤：

S1、服务器与客户端同时接入IPv4和IPv6网络，解析服务器的域名同时绑定IPv4和IPv6地址。

本发明主要面对的是双栈场景，因此要求服务器和客户端都是双栈接入，也能够通过双栈进行连接。具体地，所述服务端是通过域名向外提供服务，该域名同时绑定IPv4和IPv6地址。

对于一些使用防火墙、反向代理的服务器，即使服务器无法探知自身是否为双栈接入，由于连接是客户端发起，因此其也可以通过客户端的信息完成后续处理工作。

S2、客户端通过直接的IP记录或者DNS解析得到服务器的IPv4和IPv6地址。

作为业务发起者，客户端在连接服务器前，通过DNS解析服务器的域名，得到服务器的IPv4和IPv6地址，并将双栈中各自优先级最高的IP地址记录下来。

S3、客户端以相同的标识同时与服务器的IPv4和IPv6地址发起连接。

在发起连接的开始阶段，客户端同时通过IPv4和IPv6网络向服务器发起连接请求。为了能更好实现双栈同时使用的目的，在双栈各自的请求数据包中均包含带有标识的数据结构，包括双栈标识、任务标识、下一标识、扩展标识以及数据字段。如图2所示。

具体来说，原本的数据字段被加了一些首部信息，其中，双栈标识用来让双方是否启用双栈协同传输工作，该标识长度为1，值为0或1，其中1标识启用双栈协同传输；任务标识用来让双方识别双栈流量，可以是第一个连接建立时的时间戳或采用其他方便标识的内容；下一标识为多个，如果是1，则标识后续还存在扩展标识(将占用原版的数据字段)；扩展标识包括三部分：是否还存在下一个扩展标识、标识长度和标识内容，其中标识内容由应用自行解析使用；所有标识都结束后将是数据字段。

例如当用户通过http获得请求从服务器端下载文件时，如图2所示，原有的请求报文被完整封装，同时在头部加上了本发明所述功能的首部，即双栈标识(设置为1)、任务标识(设置为请求时的时间戳)以及下一首部(设置为0)。

S4、服务器收到连接请求后，在本地记录下客户端的信息。

具体地，服务器收到连接请求后，如果双栈标识不为0，且本地的双栈协同使用表中不存在对应的项目，例如在步骤S3中，由于首位是1，即需要通过双栈协议传输数据，则服务器需要先从双栈协同使用表中查询是否存在对应的时间戳的项目，如果没有，则根据任务标识建立相应的表项，包含业务所需参考的数据，业务所需参考的数据包含双栈各自的带宽、延迟、丢包率等，用于后续进行流量调度。

S5、IPv4和IPv6双栈连接全部建立后，根据不同的任务需求下双栈流量传输策略，服务器将数据分别由IPv4和IPv6的线路发送，若网络振荡或需求变更，协商双栈流量传输策略后再进行传输数据；不同的任务需求包括IPv4和IPv6带宽不同场景、IPv4和IPv6延迟不同场景以及IPv4和IPv6丢包率不同场景；

在数据传输过程中，通过添加标识的方法，就可以将双栈的流量在目的端进行聚合。具体的方式为：客户端将根据任务标识对接收的数据块进行聚合，数据块的顺序或ID通过添加扩展标识字段来完成标识；在有顺序或ID靠前的数据块没有到时，客户端可以为其启动定时器，在定时器到期后发送消息，要求对方重传。

具体地，例如，服务器发回来的数据由传输层上送到应用层，应用检验到首位是1，即需要通过双栈协议传输数据，则客户端应用将根据任务标识(发送请求时的时间戳)对数据进行缓存，缓存的方法可以采用ID等形式，如果采用ID，则服务端封装数据时，会添加额外的首部，内容为数据块ID。客户端收到后就会根据ID进行数据整合，如果长时间没有收到某ID的数据块，则会向服务端发送重传请求，该请求也以扩展首部的形式，内容为数据块ID。当服务器收到该请求后，就会在缓存中查找对应的数据块进行重传。已经收到的数据块也会定期发送对应的ID，从而让服务器可以及时释放缓存。

此外，客户端和服务器双方也根据记录的双栈的业务所需参考的数据，在传输过程中随时对双栈流量进行调度，业务所需参考的数据包括双栈各自的带宽、延迟、丢包率。

不同的任务需求可以是如下场景：

在IPv4和IPv6带宽不同场景下，客户端和服务器的IPv4和IPv6带宽不一致，延迟等不作为参考因素，因此在数据传输过程中，客户端和服务器双方将根据IPv4和IPv6带宽差异设置数据传输的占比，并以扩展标识的方式通知对方。方式可以为双方将自身双栈带宽发送给对方，对方结合自身的双栈带宽，决定数据传输比例；也可以为测试式，即双方在发送数据前，分别和对方进行带宽测量，然后根据测量结果决定数据传输比例。

在IPv4和IPv6延迟不同场景下，客户端和服务器的IPv4和IPv6线路受路由等因素的影响，表现为延迟不一致，带宽等不作为参考因素，因此在数据传输过程中，客户端和服务器双方将根据业务需求选择IPv4和IPv6线路来传输数据，并以扩展标识的方式通知对方。如IPv4延迟较低时，控制命令等可由IPv4传输，一些不太重要的数据，如直播视频，可更多地由IPv6传输。

在IPv4和IPv6丢包率不同场景下，客户端和服务端的网络状况不稳定或本地并不知晓，因此在数据传输过程中，客户端和服务器双方将先通过主动测量(如探针)的方式对IPv4和IPv6的带宽以及参数进行测量，然后在结合任务需求进行数据传输的参数设定，并以扩展标识的方式通知对方。

在IPv4和IPv6丢包率不同场景下，针对无法进行网络测量的场景或网络不稳定的场景，双方以各自50％或事先约定好的比例先进行数据传输，然后在数据传输过程中，在双栈协同使用表中分别记录IPv4和IPv6线路的丢包率，然后对数据传输的参数进行动态调整，并以扩展标识的方式通知对方，最终完成调整。

例如，双方在数据传输过程中，先以各自50％的比例发送数据，并由客户端记录丢包率，如果双栈丢包率有明显差异，则以扩展首部的形式通知数据发送方，变更的比例与丢包率差值相关，但不易过大，如每次调整丢包率差值的10％，并通过不断迭代的方式，直至丢包率相对稳定。

S6、数据发送结束后，服务器与客户端双方分别断开IPv4和IPv6连接。

在完成数据传输后，双方将以扩展标识的形式通知对方，然后分别断开双栈连接，至此双栈协同传输结束。

本发明提出的双栈网络流量调度方法，在IPv4/IPv6双栈网络下，客户端与服务端同时以IPv4和IPv6连接，通过网络主动测量等方法对双栈网络的传输性能等进行测定，并根据业务需求(带宽、时延、丢包率)对双栈网络流量进行调度，如不同线路传输的数据比例、不同类型的数据(信令或视频等)分配不同的线路，如在数据传输过程中，检测到ipv6的时延较小，则可以将信令类数据通过ipv6传输(单栈传输)，而正常数据则采用双栈传输的形式；也可以在数据传输过程中实时进行调整，实现双栈网络实时调优，从而达到降低连接时延、提高传输带宽利用率等目的，鲁棒性更强。同时本发明的方法不需要更改现有网络基础设施，只需更改业务软件的实现，简单易行。

以上所述仅是对本发明的优选实施例及原理进行了详细说明，并非用于限定本发明的保护范围。对本领域的普通技术人员而言，依据本发明提供的思想，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种双栈网络流量调度方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、服务器与客户端同时接入IPv4和IPv6网络，解析服务器的域名同时绑定IPv4和IPv6地址；

S2、客户端得到服务器的IPv4和IPv6地址；

S3、客户端以相同的标识同时与服务器的IPv4和IPv6地址发起连接；在双栈各自的请求数据包中均包含带有标识的数据结构，包括双栈标识、任务标识、下一标识、扩展标识以及数据字段；双栈标识用来让双方是否启用双栈协同传输工作，该标识长度为1，值为0或1，其中1标识启用双栈协同传输；任务标识用来让双方识别双栈流量；下一标识为多个，如果是1，则标识后续还存在扩展标识；扩展标识包括三部分：是否还存在下一个扩展标识、标识长度和标识内容，其中标识内容由应用自行解析使用；所有标识都结束后将是数据字段；

S4、服务器收到连接请求后，在本地记录下客户端的信息；

S5、IPv4和IPv6双栈连接全部建立后，根据不同的任务需求下双栈流量传输策略，服务器将数据分别由IPv4和IPv6的线路发送，若网络振荡或需求变更，协商双栈流量传输策略后再进行传输数据；不同的任务需求包括IPv4和IPv6带宽不同场景、IPv4和IPv6延迟不同场景以及IPv4和IPv6丢包率不同场景；

S6、数据发送结束后，服务器与客户端双方分别断开IPv4和IPv6连接。

2.根据权利要求1所述的双栈网络流量调度方法，其特征在于，步骤S1中，所述服务端是通过域名向外提供服务，该域名同时绑定IPv4和IPv6地址。

3.根据权利要求1所述的双栈网络流量调度方法，其特征在于，步骤S2中，客户端通过直接的IP记录或者DNS解析得到服务器的IPv4和IPv6地址，并将双栈中各自优先级最高的IP地址记录下来。

4.根据权利要求1所述的双栈网络流量调度方法，其特征在于，步骤S4中，服务器收到连接请求后，如果双栈标识不为0，且本地的双栈协同使用表中不存在对应的项目，则根据任务标识建立相应的表项，包含业务所需参考的数据，业务所需参考的数据包含双栈各自的带宽、延迟、丢包率。

5.根据权利要1所述的双栈网络流量调度方法，其特征在于，步骤S5中，客户端将根据任务标识对接收的数据块进行聚合，数据块的顺序或ID通过添加扩展标识字段来完成标识；在有顺序或ID靠前的数据块没有到时，客户端可以为其启动定时器，在定时器到期后发送消息，要求对方重传。

6.根据权利要求1所述的双栈网络流量调度方法，其特征在于，步骤S5中，客户端和服务器双方根据记录的双栈的业务所需参考的数据，在传输过程中随时对双栈流量进行调度，业务所需参考的数据包括双栈各自的带宽、延迟、丢包率。

7.根据权利要求1所述的双栈网络流量调度方法，其特征在于，步骤S5中，在IPv4和IPv6带宽不同场景下的数据传输过程中，客户端和服务器双方将根据IPv4和IPv6带宽差异设置数据传输的占比，并以扩展标识的方式通知对方。

8.根据权利要求1所述的双栈网络流量调度方法，其特征在于，步骤S5中，在IPv4和IPv6延迟不同场景下的数据传输过程中，客户端和服务器双方将根据业务需求选择IPv4和IPv6线路来传输数据，并以扩展标识的方式通知对方。

9.根据权利要求1所述的双栈网络流量调度方法，其特征在于，步骤S5中，在IPv4和IPv6丢包率不同场景下的数据传输过程中，客户端和服务器双方将先通过主动测量的方式对IPv4和IPv6的带宽以及参数进行测量，然后在结合任务需求进行数据传输的参数设定，并以扩展标识的方式通知对方。

10.根据权利要求1所述的双栈网络流量调度方法，其特征在于，步骤S5中，在IPv4和IPv6丢包率不同场景下，针对无法进行网络测量的场景或网络不稳定的场景，双方以各自50％或事先约定好的比例先进行数据传输，然后在数据传输过程中，在双栈协同使用表中分别记录IPv4和IPv6线路的丢包率，然后对数据传输的参数进行动态调整，并以扩展标识的方式通知对方。