CN1254039C - 用于改进分组数据网内确认的传输的系统 - Google Patents

Abstract

公开了一种方法和系统，用于从一个接收系统(20)的确认队列(40)将确认(30)传送到一个发送系统(10)以响应接收到的来自发送系统(10)的一个数据分组(25)。与接收系统(20)中确认队列(40)的确认位于同一地点的一个确认压缩器(45)将确认队列(40)中的多个确认(55)压缩成一个单个确认分组(65)。该单个确认分组(65)从接收系统(20)经一个分组数据网(15)被传送到发送系统(10)，其间它在被发送系统(10)接收之前被确认解压缩器(50)在某一点处截取。确认解压缩器(50)从该单个确认分组(65)中重新生成多个确认(55)并将解压缩的多个确认(55)传送给发送系统(10)。

Description

用于改进分组数据网内确认的传输的系统

发明背景

发明的技术领域

本发明涉及分组数据确认传输，更特别是，涉及在一个具有非对称接入链路的分组数据网内改进对接收到的数据分组确认的传输。

相关技术描述

今天用于综合网，例如因特网上的许多应用都是非对称的，意思是这些应用接收的数据多于它们发送的数据。这样，对这些应用使用非对称链路以更有效地利用系统资源是有意义的。在一条非对称接入链路中，从发送系统到接收系统的链路与从接收系统到发送系统的链路相比包括不同的属性。更一般地说，在发送系统和接收系统之间的链路比在接收系统和发送系统之间的链路具有更高的带宽。非对称接入链路的概念可以扩展到非对称网络，其中从发送主机到接收主机的前向路径与从接收主机到发送主机的返回路径相比包括不同的属性。

应用需要在发送系统和接收系统之间可靠地传送数据。为了实现它，在象因特网这样的综合网上移动数据一定要用某种可靠的传输协议类型。今天在因特网上分组数据的传送最常使用的传输协议是TCP(传输控制协议)。当使用TCP协议将一个数据分组从一个发送系统传送到一个接收系统时，一个确认被从接收系统提供回发送系统以证实接收到了被传送的数据分组从而确保可靠的数据传送。被发送的数据分组在一条从发送系统到接收系统之间具有第一带宽的前向路径上被传送，确认则在一条具有较低带宽的反向路径上被传送。当具有较高带宽的前向路径将大量数据传送到接收系统时，问题出现了。具有较低带宽的反向路径会陷入溢出状态从而限制了整个系统的吞吐量。

TCP使用来自接收系统的确认来通知发送系统数据分组已到达其目的地。按照TCP协议，接收系统在任何时候只能有一定数量的未完成的、没有确认的分组。这个数量被称为“发送方窗口(尺寸)”或称为“拥塞窗口”。一旦到达最大的发送方窗口尺寸，就不再发送更多的分组。

在一个前向路径带宽大于反向路径带宽的非对称系统中，存在接收方产生确认的速度快于它可能在反向路径上发送这些确认的速度的危险。影响确认在反向路径上是否被延迟的因素包括前向路径和反向路径的带宽之比，被传送的确认的尺寸和确认被传送的频率。

确认的频率依赖于接收系统发送的数据分组的频率和尺寸。来自接收系统的分组越小就意味着每单位时间内被接收的数据分组越多，这样，必须发送更多的确认就以响应这些接收。影响确认积压是否出现的其它因素包括隔多久以及在什么环境下必须发送确认。按照一些确认系统，只有对每个接收到的段或每隔一个接收到的段，分组才产生。所需确认的数量影响可能的积压。

当确认被产生的速度快于它们被发送的速度时，产生的确认在它们被发送之前一定要在输出设备中排队。依赖于输出设备中队列的最大尺寸，可能发生两件事情中的一件。如果最大队列尺寸与连接的发送方窗口尺寸相比为小，那么当队列满时，确认可能必须被丢弃。如果最大队列尺寸与前向链路的发送方窗口尺寸相比为大，那么队列将增长直至接收到的数据的数据流的速率减小，使得确认队列清空到一定程度，可以确保在发送系统接收到足够的确认以继续从发送系统发送数据。

如果反向路径的最大队列尺寸太小且确认被丢弃，那么发送系统的拥塞窗口尺寸的变化不象当每个确认被传送到发送系统时它本应变化的那样快。这是因为每次一个确认到达，发送系统的拥塞窗口才增加某一数量，而不管实际上有多少确认段被接收到。确认的丢失也会引起突发的发送方行为，因为由接收系统实际接收到的确认与如果段是顺序接收的情况相比将指示更大范围的段。这使发送系统在同一突发内发送大量的段，这可能导致前向路径拥塞并导致要重发丢失的分组。

如果反向路径的最大尺寸太大，则确认必须在队列中等很长一段时间才被发送。对相关的数据段来说这会增加RTT(什么是RTT？)一个长RTT导致了发送方拥塞窗口的慢增长，因为每次接收到确认，拥塞窗口的尺寸才增长。这引起了前向路径上吞吐量相应的减慢。

已有几种解决方案被推荐用于提高一个非对称接入网内确认的吞吐量。一种技术利用携带一个确认的每一个TCP段的头标压缩。这种技术将单个确认的尺寸从40比特减少到大约5比特。链路层压缩或PPT数据压缩是用于压缩单个物理链路上数据的另外的技术。这些压缩方案在任一头标压缩完成之后在链路层操作。如果非对称程度很高的话，这些解决方案中每个都不能解决反向链路上的问题。

如果确认是累积的(即，确认直到最新接收段的所有的段)，那么当一个确认不能被插进队列时通过丢弃整个队列并将该确认置于现有空队列的排头，问题可以被解决。不幸的是，这种方法会在发送系统端引起突发的行为，因为一旦接收到单个确认，多个分组会接着被发送。这会引起前向路径上中间路由器的短暂的拥塞。引起突发行为的原因起于该确认会证实很大数量的段，这进而又会打开接收系统窗口以便允许发送一个包括大量分组的突发而不是只对每个到达的确认发送一个分组。这会引起拥塞窗口增长的减慢，因为拥塞窗口的增长基于返回确认的数量而不是确认证实的段的数量。

突发发送系统行为的问题的解决方案涉及将大的突发分成较小的突发，以选定的时间间隔调度它们的发送。拥塞窗口增长慢的问题通过修改发送系统以便当调整拥塞窗口时考虑到确认所证实的段的数量而被控制。然而，这两种解决方案都要配置在作为非对称系统内发送系统的每台主机上。要实现这样一个系统就大大地增加了所需的硬件和时间需求。

发明概述

本发明采用了一种系统和方法克服了前述的和其它的问题，该系统和方法用于从一个接收系统的确认队列将确认发送到一个发送系统以响应经一个分组数据网接收到的来自发送系统的数据分组。与接收系统的确认队列位于同一地点的一个确认压缩器将包含在队列中的多个确认压缩成单个确认分组以便经分组数据网发送到接收系统。这单个确认分组包括多个确认的第一个确认、包含在多个确认中的全部确认的数量、确认的每个序列标识符之间的差和确认队列中插入第一个确认和插入最后一个确认之间经过的时间。

包括这种信息的这单个确认分组经分组数据网被传送到发送系统。该被发送的分组在由发送系统接收之前被一个确认解压缩器截取。该确认解压缩器从单个确认分组中重新生成多个确认。该确认以它们在确认队列中初始的顺序被重新生成并按预先选定的间隔被前向发送到发送系统，该间隔基于确认队列中确认之间的初始间隔。

附图简述

为了更好的理解本发明，可结合相关的附图参考下面的详细描述，其中：

图-1举例说明了其中运行本发明的一个非对称网络；

图-2举例说明了一个包括本发明中确认压缩/解压缩系统的非对称网络；

图-3举例说明了将多个确认压缩成单个确认分组；

图-4举例说明了将单个确认分组解压缩成它的组件确认；以及

图-5是一个更充分地举例说明了用于解压缩一个确认突发的流程图。

发明详述

现在参考附图，更特别是图-1，它举例说明了其中运行本发明的系统。一个发送系统10经一个网络15将分组数据传送到一个接收系统20。网络15包括一个分组交换网，例如因特网，它使用一个滑动窗口传输协议(例如，TCP)，该协议把返回的确认作为一个分组已离开网络的指示以便保存网络内未完成分组的数量。前向路径25的带宽将比反向路径30的带宽宽，所以该系统包括一个非对称网络。从发送系统10到接收系统20的传输经过前向路径25进行，而对从接收系统10接收到的数据分组的确认传输则经反向路径30被传送。

现在参考附图-2，它举例说明了包括关于在前面图-1中讨论的发送系统10、网络15和接收系统20的一个分组数据传输系统。在这个分组数据传输系统中还包括本发明的确认压缩/解压缩系统35。数据分组从发送系统10通过网络15使用前向路径25被传送到接收系统20。接收系统20响应接收到的数据分组，生成一个用于指示该分组接收到的确认来传输回发送系统10，以便通知发送系统一个特定的数据分组已被接收到了。生成的确认在被传送到发送系统10之前一直被置于接收系统15的输出队列40中。包含当前时间的时间戳与排队的确认相关联。

当输出队列40到达一个可配置的最大尺寸或其它选定的容量时，一定范围内等间隔的确认被一个确认压缩器45压缩成一个单个确认分组。结合图-3它将被更充分地讨论。确认被等间隔地分开以使得对被压缩范围内的每一个确认来说相邻两个确认的序列号(时间戳)之间的差是相同的。

该单个确认分组经反向路径30通过网络15被前向传送到确认解压缩器50。当被压缩的确认分组被确认解压缩器50接收下来后，该分组被解压缩使得原来被压缩的每一个确认被重建。该重建的确认按顺序、以选定的间隔被转发回发送系统10。

确认解压缩器50位于压缩器45和发送系统10之间的反向路径30上的网络15内的某一点处。在优选的实施方案中，确认解压缩器50不与发送系统10位于同一地点，这样已被解压缩的确认将经标识为30b的反向路径通过分组网15以便到达接收方系统10。然而，如果确认解压缩器50与接收方系统10位于同一地点使得已被解压缩的确认经标识为30a的路径直接传送到接收方系统，本发明同样能工作得很好。

现在参考附图-3，它举例说明了按照本发明来压缩确认的方式。队列40(图-2)中的数据包括多个确认55。每个确认55包括一个时间戳60并与相邻的确认相隔一个 ^a ACK。图-3示出一序列的确认，该确认以序列号s开始，间隔为 ^a ACK。这样，1号确认在序列号s处，2号确认在序列号s+ ^a ACK处，3号确认在序列号s+2 ^a ACK处，等等。确认55的序列被压缩成一个单个分组65。

包含被压缩的确认55的分组65一定要包括在解压缩器50处重建确认的初始序列所需的特定的信息。分组65一定要包括队列中包含的第一个确认70、确认序列中确认的数量75以及 ^a ACK的值80(即，被压缩的确认之间的间隔)。 ^a ACK的值可以是0以便能压缩重复的确认。单个确认分组还包括在压缩之前在队列40(图-2)中插进第一个确认和插进最后一个确认之间经过的时间 ^a t 85。压缩后，分组65被重新插进队列40中以便在反向路径30上传送。因为队列40现在为空，所以一旦由接收系统20当前发送的分组发送完就发送分组65。

现在参考附图-4和图-5，它举例说明了将一个分组65解压缩回单独的确认55，以及一个说明此过程步骤的流程图。在步骤100中，分组65内的确认55的数量和 ^a ACK 80的值用于重新生成初始的未压缩的确认。在步骤105中，重新生成的确认55以它们初始的顺序来排队以便传送到发送系统10。在步骤110中，每一个重新生成的确认55都以 ^a t/n(即，在压缩前它们的初始间隔)的间隔被调度发送到接收方系统10。在步骤115中，确认55被传送到发送系统10。初始确认55的重构提供了发送系统10中拥塞窗口的正确增长。通过从解压缩器50以规则的间隔调度确认55的重传，在发送系统10处的突发行为被防止，因为所有被解压缩的确认不会被在一个时间点提供给系统。

这样，通过压缩确认55以便在一个非对称传输网的反向路径30上传输并在发送系统10接收它们之前在一点处解压缩该已压缩的分组且按它们初始的顺序来重传该解压缩的分组，本发明给处在慢开始和拥塞避免阶段的发送方拥塞窗口提供更快的增长。发送系统有较少的突发行为且因此减少了发送系统10和接收系统15之间中间路由器内短暂拥塞的风险。还有，通过减少拥塞的风险，与拥塞风险相关的引起慢开始和降低吞吐量的丢失会减小。还有，确认的更快的传送提供了更快的检测和重传。尽管本发明方法和装置的一个优选实施方案已经在附图中举例说明了并在前面的详述中被描述了，还应理解本发明不受限于已公开的实施方案，而是在不脱离下面权利要求中阐明并定义的本发明精神的情况下，能有多种安排、修改和替代。

Claims (19)

1.一种用于从一个接收系统的确认队列将确认传送到一个发送系统以响应经一个分组数据网接收到来自发送系统的一个数据分组的系统，包括：

一个在接收系统中与确认队列相连的确认压缩器，用于将确认队列中多个排队的确认压缩成一个单个确认分组以便经分组数据网传送到发送系统；以及

一个位于分组数据网内发送系统和确认压缩器之间的某一点处的确认解压缩器，用于从该单个确认分组重新生成多个确认。

2.权利要求1的系统，其中确认解压缩器还将重新生成的多个确认中的每一个以一个选定的时间间隔传送到发送系统。

3.权利要求3的系统，其中选定的时间间隔包括在将确认压缩成单个确认分组之前确认之间的初始时间间隔。

4.权利要求1的系统，其中单个确认分组包括以下项中的至少一个：多个确认中的第一个确认、包括在多个确认中的确认的数量、标识确认的序列标识符之间的差，以及在确认队列中插入多个确认中的第一个确认和在该确认队列中插入多个确认中的最后一个确认之间的时间。

5.权利要求4的系统，其中确认解压缩器利用第一个确认、确认的数量和序列标识符之间的差来重新生成该多个确认。

6.权利要求1的系统，其中确认压缩器还将单个确认分组重新插回到确认队列以便传送。

7.权利要求1的系统，其中确认压缩器激活以响应确认队列的全部状态。

8.权利要求1的系统，其中确认解压缩器按确认初始的顺序重新生成确认。

9.一种用于从一个接收系统的确认队列将确认传送到一个发送系统以响应经一个分组数据网接收到来自发送系统的一个数据分组的方法，包括的步骤有：

将确认队列中的多个确认压缩成一个单个确认分组；

将该单个确认分组传向发送系统；

在接收系统接收该单个确认分组之前将它解压缩成初始的多个确认；以及

将解压缩的多个确认传送给发送系统。

10.权利要求9的方法进一步包括的步骤有：

在将单个确认分组传向发送系统之前将它放置回确认队列.

11.权利要求9的方法，其中压缩的步骤进一步包括的步骤有：

将以下项中的至少一个置于该单个确认分组内：多个确认的数量、标识多个确认的序列标识符之间的差、多个确认中的第一个确认，和在确认队列中插入该多个确认中的第一个确认和插入该多个确认中的最后一个确认之间的时间。

12.权利要求9的方法进一步包括的步骤有：

将该单个确认分组插回到确认队列以便传送。

13.权利要求9的方法，其中解压缩的步骤进一步包括的步骤有：

按照该解压缩的多个确认的初始顺序来对其排序。

14.权利要求9的方法，其中传送解压缩的多个传送者的步骤进一步包括的步骤有：

以选定的时间间隔传送确认。

15.一种用于从一个接收系统的确认队列将确认传送到一个发送系统以响应经一个分组数据网接收到来自发送系统的一个数据分组的系统，包括：

一个响应于确认队列全部状态的确认压缩器，用于将确认队列中多个排队的确认压缩成一个单个确认分组以便经分组数据网传送到发送系统；以及

一个位于分组数据网内发送系统和确认压缩器之间的某一点处的确认解压缩器，用于从该单个确认分组以初始的顺序重新生成该多个确认，并将该重新生成的多个确认按照一个选定的时间间隔传送到发送系统。

16.权利要求15的系统，其中选定的时间间隔包括在将确认压缩成单个确认分组之前确认分组之间的初始的时间间隔。

17.权利要求15的系统，其中单个确认分组包括以下项中的至少一个：多个确认中的第一个确认、包括在多个确认中的确认的数量、标识确认的序列标识符之间的差，以及在确认队列中插入多个确认中的第一个确认和在该确认队列中插入多个确认中的最后一个确认之间的时间。

18.权利要求17的系统，其中确认解压缩器利用该第一个确认、确认的数量和序列标识符之间的差来重新生成该多个确认。

19.权利要求15的系统，其中确认压缩器还将该单个确认分组重新插回到确认队列以便传送。

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