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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung
für eine
Datenflusssteuerung in einer Paketvermittlungsverbindung.
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Das
sogenannte Internet ist ein Kommunikationsnetzwerk, das eine Anzahl
von verschiedenen Dienstschichten umfasst. Die niedrigste Schicht
ist die Hardware-Schicht, auf die Software-Schichten verschiedener
Funktionen hinzugefügt
werden. Als Beispiel ist das sogenannte World Wide Web (WWW) eine
Schicht über
der durch das sogenannte Internetprotokoll (IP) bereitgestellten
Basisinternetschicht.
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Das
Internet ist ein Paketvermittlungsnetzwerk, bei dem die Basisstruktur
von Information durch das Internetprotokoll IP bestimmt ist. Ein
Protokoll ist ein Satz von Regel, die zwei Partner in einer beabsichtigten
Kommunikation beachten müssen, um
dadurch die Kommunikation zu ermöglichen.
Das Internetprotokoll IP reguliert Adressierung, d.h., es stellt
sicher, dass Router zwischen zwei Kommunikationspunkten in der Lage
sind, Datenpakete an ihre Bestimmung zu senden. Ein IP-Paket besteht
aus einem Kopf, der Information bezüglich zu sendender Daten enthält und einem
die Daten selbst enthaltenden Körper.
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Um
die zuverlässige Übermittlung
von Daten zwischen zwei Enden einer Kommunikation zu erleichtern,
wird ein weiteres Protokoll zur Verfügung gestellt, das Übermittlungssteuerungsprotokoll (TCP).
TCP nimmt die zu sendende Information und teilt sie in gegebene
Abschnitte. Jeder Abschnitt bekommt eine Nummer, so dass der Empfang
eines gegebenen Abschnitts durch den Empfänger bestätigt werden kann und der Empfänger in
der Lage ist, die Information in der richtigen Reihenfolge zusammenzusetzen.
TCP hat seinen eigenen, seine eigene Information tragenden, Kopf,
der durch dieses Protokoll verwendet wird. Die TCP-Pakete werden über das
Internet durch Platzieren in IP-Paketen
gesendet, d.h., das TCP-Paket wird in dem (untere Schicht) IP-Paket
eingekapselt. Das ist der Grund, warum der Transport von Paketen über das
Internet oft als TCP/IP bezeichnet wird.
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2 zeigt
einen in 8 Datenabschnitte gleicher Größe geteilten Körper von
Daten 100, entsprechend mit 1 bis 8 nummeriert. Als ein
Beispiel könnte der
Körper 100 eine
Größe von 8192
Bytes aufweisen, so dass jedes Datensegment 1024 Bytes umfassen
würde.
Es muss bemerkt werden, dass die tatsächlich zu sendende Information
gewöhnlich
irgendwo zwischen 7168 Bytes und den oben erwähnten 8192 Bytes sein wird
und dass der letzte Datenabschnitt 8 einfach durch sogenanntes Stopfen
(Padding) aufgefüllt
wird, um dadurch eine gleiche Größe von Datenabschnitten
zu erreichen. Die genaue Größe eines
einzelnen Datenabschnitts ist nicht auf das oben ausgewählte Beispiel
von 1024 Bytes fixiert, sondern wird in geeigneter Weise durch ein
Sendesystem gemäß gegebener
Bedingungen ausgewählt,
z.B. die durch eine spezifische Verbindung erlaubte maximale Übermittlungseinheit
(MTU).
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Das
Verfahren, durch das TCP den Fluss von Datenabschnitten steuert,
ist das Verfahren "gleitender
Fenster" (Sliding
Windows). Dieses Konzept wird z.B. in dem Buch "TCP/IP Illustrated" von W.R. Stevens, Volume 1, Addison
Wesley, 1994, Kapitel 20 und 21, beschrieben.
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Der
Begriff "Fenster" beschreibt einen
Umfang von Bytes, oder allgemeiner, einen in Einheiten von Daten
ausgedrückten
Datenumfang. Gemäß TCP sendet
ein sogenanntes "angekündigtes" oder angebotenes
Fenster an den Sender in Antwort auf ein Paket von dem Sender, der
eine Kommunikation initiiert. Einem TCP-Sender ist nicht erlaubt,
mehr ausstehende nichtbestätigte
Pakete aufzuweisen, als den durch das angebotene Fenster definierte
Umfang. Es sollte bemerkt werden, dass der Empfänger ein angebotenes Fenster
in jeder bestätigten
Nachricht oder Paket sendet.
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Das
angebotene Fenster entspricht gewöhnlicherweise der Eingangspufferkapazität der Empfängerseite.
Dadurch ist es die Funktion des angebotenen Fensters zu vermeiden,
dass ein schneller Sender den Eingangspuffer eines langsamen Empfängers überfließen lässt.
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Der
Mechanismus einer gleitenden Fenstersteuerung wird im Folgenden
durch Bezugnahme auf 3 und 4 beschrieben,
die ein Beispiel zum Senden des in 2 gezeigten
Datenumfangs 100 darstellen und durch Bezugnahme auf 5 und 6,
die das Prinzip einer gleitenden Fenstersteuerung darstellen.
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3 stellt
ein Beispiel der Übermittlung
von den 8 Segmenten von in 2 gezeigten
Daten dar, in dem der Sender auf der linken Seite und der Empfänger auf
der rechten Seite gezeigt ist. Jeder Pfeil zeigt das Senden eines
Paketes an, wobei die Doppellinienpfeile die Datenabschnitte enthaltenden
Paketen entsprechen, wie unten detaillierter beschrieben wird. Das
Senden von individuellen Paketen ist durch Bezugszeichen S1 bis
S20 dargestellt, wobei jeder Sendevorgang von einer der zwei Seiten
ebenfalls als ein Abschnitt bezeichnet wird. Das zeigt, dass im
allgemeinen ein die Daten von 2 enthaltendes
Paket ein Datensegment enthalten wird. Die Zeitrichtung ist von
oben nach unten.
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Es
sollte bemerkt werden, dass die in 3 gezeigte
Sequenz eine Vereinfachung zum Erklären der Flusssteuerung ist,
und daher nicht alle Pakete ein Bezugszeichen tragen, sowie diese
sich auf andere Aspekte einer Kommunikation beziehen. Ebenso tragen
einige der bezugszeichentragenden Abschnitte ebenso mehr Daten,
da sich aber diese ergänzenden
Daten wiederum auf andere Aspekte der Kommunikation als eine Flusssteuerung
beziehen, wird dies hier nicht dargestellt. Die Notierung X:Y(Z) bedeutet,
dass Byte-Nummern X bis Y gesendet werden, was insgesamt Z ausmacht.
Ack X bedeutet, dass der Empfang von Bytes bis zu Nummer X bestätigt ist
und Win X bedeutet, dass ein Fenster von X Bytes angeboten wird.
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Die
Abschnitte S1 bis S3 zwischen Sender und Empfänger beziehen sich auf das
Einrichten einer Kommunikation, und werden nicht weiter erklärt, mit
einer Ausnahme, dass der Empfänger
ein Fenster von 4096 Bytes in Segment S2 ankündigt. In Segmenten S4 bis
S7 sendet der Sender die ersten drei Datenabschnitte 1 bis 3, d.h.,
die Bytes 1 bis 1025, 1025 bis 2049 und 2049 bis 3073. Der Empfänger bestätigt den
Empfang der Bytes bis 2049 in S7, wobei S7 wiederum ein Fenster
von 4096 anbietet. Warum der Empfänger nicht bis 3073 bestätigt, ist
zum Erklären
einer Flusssteuerung unwichtig. Es ist z.B. möglich, dass dieser Datenabschnitt
bei einer Verarbeitung auf der empfangenden Seite verzögert ist.
In dem Abschnitt S8 bestätigt
der Empfänger
bis 3073 und bietet ein Fenster von 3073 an. Der Grund für dieses
ist wiederum für
die Erklärung
einer Flusssteuerung unwichtig. Es ist z.B. möglich, dass in dem Eingangspuffer
des Empfängers
noch eine Verzögerung
vorliegt und daher das verminderte Fenster zum Vermeiden eines Überfließens dient.
In Abschnitt 59 sendet der Sender ein oder mehrere Datenabschnitte,
nämlich
Bytes 3073 bis 4097. Diese werden in Abschnitt S10 bestätigt, in
dem wiederum ein Fenster von 4096 angeboten wird. Der Sender sendet
dann drei Datenabschnitte in Abschnitten S11 bis S13, nämlich Bytes
4097 bis 5121, 5121 bis 6145, 6145 bis 7169. In Segment S14 bestätigt der
Empfänger nur
bis Byte 6145, aber bietet weiterhin ein Fenster von 4096 an. In
Abschnitt S15 sendet der Sender den letzten aus Bytes 7169 bis 8193
bestehenden Datenabschnitt, wobei der Empfänger den Empfang von allen
Bytes bis 8193 in Segment S16 bestätigt. Die verbleibenden Vermittlungen
S17 bis S20 beziehen sich nicht auf eine Flusssteuerung.
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Es
kann gesehen werden, dass nicht jeder Datenabschnitt individuell
bestätigt
werden muss, der Empfänger
kann ebenso den Empfang einer Anzahl von Datenabschnitten bis zu
einem gegebenen Abschnitt mit einer Bestätigungsnachricht bestätigen.
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5 zeigt
das Prinzip einer auf gleitendem Fenster basierenden Flusssteuerung.
Die Nummern 1 bis 11 bezeichnen Datenabschnitte, z.B. können dies
in 2 gezeigte Datenabschnitte sein, oder einfach
eine gegebene Anzahl von Bytes sein. Bezugnehmend auf die Erklärung einer
fensterbasierten Flusssteuerung ist es nur wichtig zu bemerken,
dass das Fenster 200 einen gewissen Datenumfang einschließt, wobei
das Steuerungsfenster zwischen einem linken Rand 201 und
rechten Rand 202 Datenabschnitte 4 bis 9 einschließt. In dem
Beispiel von 5 ist das Steuerungsfenster
das angebotene Fenster (ein anderer Typ eines Steuerungsfensters wird
später
beschrieben). Die Position des linken Rands von dem Fenster 200 wird
durch die Anzahl von (durch den Sender) schon gesendeten Datenabschnitten
bestimmt und (durch den Empfänger)
bestätigt.
In 5 bedeutet dies, dass Datenabschnitte 1 bis 3
gesendet und bestätigt
worden sind.
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Obwohl
der obige Datenfluss in Verbindung mit dem Beispiel einer Sequenz
von Abschnitten erklärt
ist, sollte bemerkt werden, dass TCP ein strömungsorientiertes Protokoll
ist, derart, dass die Sequenzbasis in Form von Bytes vorliegt. Daher
zeigen die Bestätigungsnachrichten
von dem Empfänger keine
empfangenen Abschnitte, vielmehr zeigen sie, bis zu welchem Byte
der Sequenz Daten empfangen worden sind.
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Der
Sender berechnet das verwendbare Fenster, d.h., den Datenumfang,
der gesendet werden kann, als die Differenz zwischen der gesamten Fenstergröße und dem
Datenumfang der gesendet, aber noch nicht bestätigt wurde. In 5 schließt das verwendbare
Fenster von Teilung 203 bis zum rechten Rand 202 Datenabschnitte
7 bis 9 ein. Daher können
diese Daten gesendet werden. Die Datenabschnitte hinter dem rechten
Rand 202, d.h., 10, 11, etc., können solange nicht gesendet
werden, wie sich das Fenster bewegt, um diese einzuschließen. Die Bewegung
des Fensters soll im folgenden erklärt werden.
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6 zeigt
das Prinzip zum zeitlichen Einstellen des Fensters. Über die
Zeit bewegt sich das Fenster nach rechts, da der Empfänger Daten
bestätigt.
Die relative Bewegung der zwei Ränder 201 und 202 erhöht oder
vermindert die Größe des Fensters. Drei
verschiedene Begriffe werden konventionellerweise verwendet, um
diese Bewegung zu beschreiben: das Fenster schließt sich,
da der linke Rand 201 sich nach rechts bewegt, das Fenster öffnet sich,
da der rechte Rand 202 sich nach rechts bewegt, und das
Fenster schrumpft, da sich der rechte Rand 202 nach links
bewegt. Die Bewegung der Ränder 201, 202 wird
bestimmt durch die Position des linken Randes 201 gemäß wie viele
Daten gesendet und bestätigt
wurden, und durch die Größe des angebotenen Fensters,
das startend von einem gegebenen linken Rand 201 den rechten
Rand 202 bestimmt. Es kann bemerkt werden, dass der linke
Rand sich nicht nach links bewegt, und wenn eine Bestätigung (ACK)
empfangen wurde, die ein Bewegen des linken Randes nach links beinhaltet,
es eine Duplikat-ACK wäre
und folglicherweise verworfen wurde.
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Wenn
der linke Rand 201 den rechten Rand 202 erreicht,
wird das sich ergebende Fenster 200 als ein Nullfenster
bezeichnet. Das hält
den Sender an, jegliche Daten zu übermitteln.
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Das
oben beschriebene Prinzip einer Flusssteuerung wird mit Bezugnahme
auf 4 dargestellt, das die gleitende Fensterflusssteuerung
für das
in 3 gegebene Beispiel erklärt. Der obere Teil in der Figur
zeigt die Datensegmente von 2, und die
Balken und Pfeile repräsentieren
und stellen die Bewegung von Veränderung
des Flusssteuerungsfensters über
die Zeit dar in Antwort auf das Senden von Daten durch den Sender
und die Bestätigung
durch den Empfänger.
Wie gesehen werden kann, muss der Sender nicht ein volles Datenwort
eines Fensters übermitteln.
Jede Bestätigung
von dem Empfänger
lässt das
Fenster nach rechts gleiten. Die Größe des Fensters kann sich vermindern,
wie durch die Veränderung
von Abschnitt S7 nach S8 gezeigt, aber der rechte Rand des Fensters
darf sich nicht nach links bewegen. Ebenso muss der Empfänger nicht
auf das Fenster zum Füllen
achten, bevor er einen ACK sendet.
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In
der obigen Beschreibung war das die Flusssteuerung bestimmende Fenster
das angebotene oder angekündigte
Fenster des Fensters. Mit anderen Worten, das angebotene Fenster
ist das Instrument, mit dem der Empfänger die Flusssteuerung beeinflusst,
die selbst natürlich
durch den Sender durchgeführt
wird. Wie schon erwähnt,
verwendet der Empfänger
das angebotene Fenster, um ein Überfließen seines
Eingangspuffers zu vermeiden. Daher wird gewöhnlicher Weise die Größe des angebotenen
Fensters durch den Empfangsvorgang gesteuert.
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Neben
dem Problem eines schnellen Senders, der ein Überfließen eines langsamen Empfängers verursacht,
besteht ebenso das Problem, dass ein Stau in dem Netzwerk auftreten
kann. Dies ist ein Problem, das nicht an dem Empfangsende einer
Verbindung auftritt, sondern zwischen dem sendenden und empfangenen
Ende. Wie gut bekannt ist, wird eine typische Verbindung in dem
Internet durch andere Mitglieder eingerichtet, die als Router agieren,
und diese Router können
durch weit variierende Hardwaretypen verbunden werden, wobei derartige
Verbindungen zwischen Routern gewöhnlicherweise als Verbindungen
(links) bezeichnet werden. Mit anderen Worten, wird ein Paket von
einem Sender zu einem Empfänger
durch Router durch Verbindungen mit anderen Routern geführt, bis
es an dem empfangenen Ende angekommen ist. Eine Stauung ist der Effekt
der auftritt, wenn eine gegebene Verbindung nicht groß genug
ist (keine hinreichende Übermittlungskapazität aufweist),
um den durch die Verbindung zu sendenden Datenumfang handzuhaben. Das
kann z.B. passieren, wenn Daten auf einer Verbindung ankommen, die
eine große
Kapazität
aufweist ("Big Pipe", z.B. ein schnelles
LAN) und auf einer Verbindung besteht, die eine niedrige Kapazität aufweist
("Small Pipe", z.B. ein langsames
WAN), oder wenn mehrfache Eingangsströme an einem Router ankommen,
dessen Ausgangskapazität
geringer ist als die Summe der Eingänge.
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7 zeigt
ein Beispiel eines Staus. In dieser Figur kommen Datenabschnitte,
wie die in 2 gezeigten und entsprechende
Nummern 1 bis 8 tragende Pakete an einem Router R1 über eine
Verbindung 300 an, die eine große Übermittlungskapazität aufweist.
Verbindung 301, in die R1 die Pakete routet, ist kleiner
als Verbindung 300. Es sollte bemerkt werden, dass die
Pakete mit einem schraffierten Bereich dargestellt sind, wobei der
Bereich der Größe des Pakets
entspricht. Das bedeutet, dass der Bereich von einem in Verbindung 301 gezeigtem
Paket 3 oder 4 gleich dem Bereich von Paketen 5 oder 6 in Verbindung 300,
oder von 1 und 2 in Verbindung 302 ist. Wie gesehen werden
kann, agiert R1 als eine Engstelle bzw. "Flaschenhals" (bottleneck), weil er die Pakete nicht
so schnell in Verbindung 301 senden kann, wie sie von Verbindung 300 ankommen.
Wie auch aus der Figur gesehen werden kann, kann Router R2 die Pakete
nur in Verbindung 302 so schnell setzen, wie sie von der
Niedrigkapazitätsverbindung 301 ankommen.
Folglicherweise bestimmt die Verbindung der niedrigsten Kapazität die Zwischenräume der
Pakete.
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Es
ist zu bemerken, dass in dem Beispiel von 7 angenommen
wird, dass der Empfänger
ein Fenster angeboten hat, das eine acht Abschnitten entsprechende
Größe aufweist,
so dass der Sender alle acht so schnell sendet, wie Verbindung 300 sie aufnehmen
kann. Es wird auch angenommen, dass Router R1 einen hinreichend
großen
Puffer zum Speichern der eingehenden Pakete aufweist, solange sie
ausgesendet werden können.
Jedoch ist die letztere Annahme oft nicht erfüllt, so dass ein Stau zu einem
Verwerfen von Paketen führen
kann, was wiederum bedeutet, dass Pakete erneut übermittelt werden müssen, d.h.,
eine Übermittlung
ist behindert.
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Um
einen Stau in Betracht zu ziehen, wird die Steuerung des Datenflusses
in TCP nicht nur gemäß dem oben
beschriebenen angebotenen Fenster durchgeführt, sondern auch gemäß dem sogenannten
Staufenster. Das Staufenster wird durch eine Routine versendet,
die im folgenden langsamer Start genannt wird. Wenn eine neue Verbindung
eingerichtet wird, wird das Staufenster auf einen Abschnitt von Daten
initialisiert. Jedes Mal, wenn eine Bestätigung durch den Sender empfangen
wird, wird der Stau um einen Abschnitt erhöht. Die oben erklärte Fensterkontrolle
(siehe 5 und 6) wird entweder mit dem angebotenen
Fenster oder dem Staufenster durchgeführt, das kleiner ist. Mit anderen
Worten, wenn das Staufenster kleiner ist als das angebotene Fenster,
würde das
in 5 gezeigte Steuerungsfenster 200 das
Staufenster sein und nicht das angebotene Fenster. Der Vorgang zum
Bestimmen der Position des linken Rands des Steuerungsfensters wird
genau ausgeführt,
wie in Verbindung mit 4, 5 und 6 beschrieben,
aber die Position des rechten Rahmens wird mit dem Minimum des angebotenen
und des Staufensters bestimmt.
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Das
angebotene Fenster wird durch den Empfänger bestimmt, wohingegen das
Staufenster durch den Sender bestimmt wird. Daher ist das Staufenster
eine Flusssteuerung, die durch den Sender auferlegt wird, während das
angebotene Fenster eine Flusssteuerung ist, die durch den Empfänger auferlegt
wird. Das erstere basiert auf der Bewertung des Senders eines empfangenen
Netzwerkstaus, das letztere bezieht sich auf einen Umfang verfügbaren Pufferplatzes
an dem Empfänger.
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[Aufgabe der Erfindung]
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Wenn
eine gleitende Fensterflusssteuerung durch Verwenden eines langsamen
Starts und des Staufensters wie oben beschrieben durchgeführt wird,
startet der Sender durch Übermitteln
eines Abschnitts oder Pakets und Warten auf die entsprechende Bestätigung ACK.
Wenn diese ACK empfangen wird, wird das Staufenster von 1 auf 2
erhöht
und zwei Abschnitte können
gesendet werden. Im allgemeinen erhöht jedes empfangene ACK das
Fenster um eins. Daher wird, wenn jeder dieser zwei Abschnitte bestätigt wird,
das Staufenster auf Vier erhöht,
etc. Das führt
zu einem exponentiellen Ansteigen. Es sollte bemerkt werden, dass
das exponentielle Ansteigen nicht hinsichtlich angemessener Zeit sondern
hinsichtlich der sogenannten Round Trip-Zeit RTT stattfindet. Die
RTT ist die Zeit, die zwischen dem Senden eines gegebenen Bytes
und dem Empfang der entsprechenden Bestätigungsnachricht vergangen
ist. Infolge diese exponentiellen Anstiegs kann die Größe des Staufensters
schnell einen Wert erreichen, der obwohl er noch kleiner als das
angebotene Fenster ist, zu einem Stau führt, wie in Verbindung mit 7 beschrieben.
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Ein
Stau führt
typischerweise zu einem Paketverlust, der durch in der Kommunikation
auftretende Auszeiten bzw. Time-Outs
bemerkt werden kann (wenn ein Paket gesendet wird, beginnt eine
Time-Out-Uhr zu laufen, und wenn keine Bestätigung in der derzeitigen Zeitperiode
empfangen wird, wird ein Time-Out ausgegeben) oder durch Duplizieren von
empfangenen ACKs.
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Um
dieses Problem zu behandeln, wird ein Stauvermeidungsverfahren vorgeschlagen,
das z.B. in Kapitel 21.6 des oben erwähnten Buchs von W. R. Stevens
beschrieben wird. Gemäß diesem
Erfahren, das gewöhnlich
zusammen mit dem oben beschriebenen langsamen Startverfahren implementiert
wird, wird ein Staufensterwert und ein langsamer Startschwellwert
gehalten. Anfänglich
wird das Staufenster auf einen Abschnitt gesetzt und der Schwellwert auf
die erlaubte maximale Fenstergröße (typischerweise
65535 Bytes). Das Steuerungsfenster wird als das Minimum des angebotenen
Fensters und des Staufensters ausgewählt. Wenn ein Stau auftritt
und dies durch einen stattfindenden Time-Out bemerkt wird, wird
eine Hälfte
des laufenden Steuerungsfensters als der Schwellwert gespeichert
und das Staufenster wird auf einen Abschnitt gesetzt. Ein Time-Out
ist eine Funktion gemäß der ein
Timer die Zeit misst, die seit dem Senden eines Pakets vergeht und
eine Time-Out-Warnung wird ausgegeben, wenn keine Bestätigung innerhalb
einer vorbestimmten Zeitdauer empfangen wird. Dann wird das Verfahren des
langsamen Starts durchgeführt
(mit seinem exponentiellen Ansteigen der Fenstergröße), solange bis
die Steuerungsfenstergröße den Schwellwert
erreicht, nach der das Stauvermeidungsverfahren eingesetzt hat,
das diktiert, das das Staufenster mit dem reziproken Wert des Staufensters
erhöht
wird, was zu einem linearen Ansteigen der Größe des Staufensters führt.
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Ein
anderer Hinweis eines Staus ist der Empfang einer doppelten Bestätigung,
nach der das Staufenster auf die Hälfte des laufenden Steuerungsfensters
gesetzt ist und das Stauvermeidungsverfahren verwendet wird. Time-Out
und verdoppelte Bestätigungen
und die Reaktionen darauf sind in Verbindung mit TCP wohlbekannt,
so dass keine weitere Erklärung
notwendig ist.
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Als
eine Konsequenz des obigen führt
eine durch TCP durchgeführte
Basisflusssteuerung zu einem konstanten Untersuchen für mehr Bandbreiten durch
den Sender. Bandbreite ist definiert als die Datenübermittlungsrate,
d.h., wird in der Einheit von Datenzeiteinheit, z.B. Bits pro Sekunde,
angegeben. Dieses konstante Sondieren nach Bandbreite hat die Auswirkung,
dass ein Stau dennoch auftreten wird, solange wie der Empfänger ein
ausreichend großes Fenster
anbieten wird, auch wenn es gemäß dem oben
beschriebenen Verfahren einer Stauvermeidung durchgeführt wird,
das bewirkt, dass sich das Staufenster nur linear nach einem gewissen
Punkt erhöht.
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Es
sollte bemerkt werden, dass dieses Problem nicht auf TCP beschränkt ist,
sondern auch in jedem System auftritt, das eine gleitende Fensterflusssteuerung
durchführt.
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EP-0
454 364 A2 zeigt ein Hochgeschwindigkeitstransportprotokoll mit
zwei Fenstern. Das Protokoll schließt zwei Fenster zum Steuern
des Informationsvolumens ein, wobei das erste Fenster Netzwerkfenster
genannt wird und verwendet wird, um die Daten in dem Netzwerk zu
begrenzen, so dass Netzwerkpufferressourcen ökonomisch bemessen werden können und
schon auf eine derartige Weise, dass kein außerordentlicher Verlust der
Anzahl von über
das Netzwerk übermittelte
Pakete auftritt, wobei das zweite Fenster als das Empfängerflusssteuerungsfenster
bezeichnet wird und typischerweise größer als das erste Fenster ist.
Das zweite Fenster wird verwendet, um sicherzustellen, dass Pakete nicht
unterdrückt
werden oder an dem Empfänger verloren
gehen. Dieses Dokument erwähnt,
dass typischerweise das erste Fenster auf einen Wert des sogenannten
Bandbreiteverzögerungsprodukts
gesetzt wird, was definiert ist als das Produkt der Round-Trip-Verzögerung und
der Bandbreite des Netzwerks, das den Übermittler und den Empfänger verbindet.
Der Begriff "Bandbreiteverzögerungsprodukt" ist synonym für den Umfang
unbestätigter
Daten.
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Aus
EP-0 693 840 A1 ist ein System bekannt, das eine Hop-By-Hop-Flusssteuerung
verwendet, wobei eine Quellenendstation regelmäßig eine Steuerungszelle über die
eingerichtete Verbindung an eine Bestimmungsendstation sendet, wobei die
Steuerungszelle ein aufgestempeltes Ratenfeld aufweist, das eine
diskrete Übermittlungsrate
anzeigt. In einem periodischen Aktualisierungsprozess berechnet
jede der Vermittlungen entlang der Verbindung zwischen der Quellenendstation
und der Bestimmungsendstation eine verfügbare Bandbreite für die Verbindung.
Der Wert in dem aufgestempelten Ratenfeld in jeder Steuerungszelle
wird mit der laufenden verfügbaren
Bandbreitenzuweisung verglichen, und die laufende verfügbare Bandbreitenzuweisung
in einer gegebenen Vermittlung wird in das aufgestempelte Ratenfeld
geschrieben, wenn sie kleiner als der in dem Feld vorliegende Wert
ist. Dann läuft
ein Steuerungszellenrückkehrprozess
und in der Quellenendstation triggert die zurückgekehrte Steuerungszelle
ein Aktualisieren der erlaubten Übermittlungsrate
derart, dass die erlaubte Übermittlungsrate gleich
einer der Diskretübermittlungsraten
ist. Daher beschreibt dieses Dokument ein Verfahren einer Ratensteuerung.
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Aus
dem Artikel "Protocol
Mechanisms for Reliable Transmission and Flow Control on Multimedia
Highways" von Miloucheva,
I. et al., in Proceedings der 1996 IEEE Fifteenth Annual International Phoenix
Conference on Computers and Communications, Scottsdale, 27.–29. März 1996,
Conf. Nr. 15, 27. März
1996, Seiten 239–245
(XP000594795), werden gewisse Routinen und Techniken, wie langsamer
Start und Stauvermeidung in TCP beschrieben.
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[Aufgabe der Erfindung]
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, die oben erwähnten Probleme zu überwinden
und ein verbessertes Verfahren und Vorrichtung für eine Flusssteuerung bereitzustellen.
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[Zusammenfassung der Erfindung]
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Diese
Aufgabe wird durch das in den unabhängigen Ansprüchen beschriebene
Verfahren und Vorrichtung beschrieben. Vorteilhafte Ausführungsformen
werden in den unabhängigen
Ansprüchen
beschrieben.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet eine Flusssteuerung in einer Verbindung, über die ein
Datenumfang gesendet werden muss, direkt Information auf der Verbindung,
nämlich
einen oder mehrere Bandbreitewerte, die zu die Verbindung bildenden
Links bzw. Verknüpfungen
gehören.
Auf diese Weise kann eine Flusssteuerung direkt auf die Situation
in dem Netzwerk angepasst werden.
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Vorzugsweise
wird der Bandbreitewert oder Werte nicht nur einmal bestimmt, sondern
werden einige Male während
des Sendens der Daten derart bestimmt, dass der Bandbreitewert oder
-werte aktualisiert werden und die Flusssteuerung dynamisch an die
Situation entlang der Verbindung angepasst wird.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung, wird in einem System, in dem eine gleitende
Fenstersteuerung verwendet wird, eine Fenstergröße in Abhängigkeit von den Bandbreiten
berechnet und die Fenstergröße in dem Vorgang
zum Bestimmen eines Steuerungsfensters in der gleitenden Fenstersteuerung
verwendet.
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Verwenden
der Fenstergröße in dem
Vorgang zum Bestimmen eines Steuerungsfensters bedeutet, dass z.B.
das Fenster direkt als eine Größe des Steuerungsfensters
verwendet wird oder mit anderen verfügbaren Fenstergrößenwerten
verglichen wird (z.B. eine Staufenstergröße und eine angebotene Fenstergröße, bekannt
aus TCP) und die Steuerungsfenstergröße aus diesem Vergleich bestimmt wird,
z.B. das kleinste der verfügbaren
Fenstergrößen ausgewählt wird.
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Die
Grundauswirkung eines Definierens eines Fensters in der oben beschriebenen
Weise ist, dass dieses neue, auch als das Flaschenhalsfenster bezeichnete
Fenster in Betracht zieht, dass einer der Links in der Verbindung
in der Lage ist, der Flaschenhals für eine Paketübermittlung
zu sein und dass ein in Betrachtziehen des Flaschenhalsfensters
während der
gleitenden Fensterflusssteuerung einen Stau auf einem der Links
minimieren kann, deren Bandbreite für die Bestimmung des Flaschenhalsfensters
in Betracht gezogen wurde.
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Gemäß einer
anderen bevorzugten Ausführungsform
wird das Flaschenhalsfenster durch Erhalten eines entsprechenden
Bandbreitewerts für
jeden der in Betracht gezogenen Links erhalten, der das Minimum
der Mehrzahl von Bandbreitewerten bestimmt und einen Zeitwert bestimmt,
der den Zeitumfang charakterisiert, der zwischen dem Senden eines
gegebenen Bytes und dem Empfangen einer Bestätigung vergeht, dass das gegebene
Byte an dem anderen Ende der Verbindung empfangen worden ist, und
Berechnen des Produkts des Zeitwertes und des Minimumbandbreitewertes
als das Flaschenhalsfenster.
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Vorzugsweise
ist der Zeitwert der Round-Trip-Zeitwert für die gegebene Paketübermittlungsverbindung
in die Richtung, in die die Pakete gesendet werden müssen.
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Gemäß einer
anderen bevorzugten Ausführungsform
ist der zu einer Verbindung gehörige Bandbreitewerte
die physikalische Bandbreite des Links, d.h., der gesamte Datenumfang,
der durch den Link zu einem gegebenen Zeitpunkt gesendet werden
kann. Gemäß einer
anderen bevorzugten Ausführungsform
ist der zu einem Link gehörende
Bandbreitewert der tatsächliche
Bandbreitewert, der in der Paketvermittlungsverbindung in diesem
Link verfügbar
ist. Die letztere Ausführungsform
zieht in Betracht, dass mehr als eine Verbindung durch einen Link
laufen kann.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
wird nur ein Bandbreitewert in Betracht gezogen, nämlich der
verfügbare
Bandbreitewert des Zugriffs-Links. Der Zugriffs-Link ist der Link
zwischen der Vorrichtung an dem Ende der Paketvermittlungsverbindung
und dem nächsten
Router entlang der Paketvermittlungsverbindung. Diese Ausführungsform
führt zu
dem Flaschenhals-Link, der durch die Basis der Bandbreite den Zugriffs-Links
definiert, so dass die Staumöglichkeit
auf dem Zugriffs-Link vermindert werden kann. Der gemessene Zugriffs-Link kann
entweder der der Vorrichtung sein, die als ein Sender in der Verbindung
agiert oder der der Vorrichtung sein, die als ein Empfänger agiert.
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Vorzugsweise
ist diese Ausführungsform derart
ausgelegt, dass die Bandbreite des Zugriffslinks durch den Bestandteil
bereitgestellt wird, der die Link-Schicht durch den Zugriffs-Link steuert. Als
Beispiel, wenn die Vorrichtung an dem Ende der Paketvermittlungsverbindung
ein Personal Computer ist und der Zugriffs-Link ein Modem-Link an
den Internet-Provider ist, dann wird die Link-Schicht durch ein geeignetes
Link-Protokoll eingerichtet,
wie SLIP (Serial Line Internet Protocol), PPP (Point-to-Point Protocol)
oder RLP (in Verbindung mit GSM verwendetes Radio Link Protocol)
und der die Link-Schicht steuernde Bestandteil ist der Treiber,
der die Vermittlung zwischen dem Personal Computer und dem Modem
verwaltet. Als ein anderes Beispiel kann der Zugriffs-Link ein digitaler
Telefon-Link, wie eine ISDN-Leitung oder eine Verbindung in einem
digitalen zellularen Telefonnetzwerk sein, wobei der Treiber dann
nicht ein Modem steuert, sondern eine geeignete Anpassungseinheit,
wie eine ISDN-Anpassungskarte.
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Diese
letzte Ausführungsform
hat den Vorteil, dass sie leicht implementiert wird, da sie in irgendwelche
Teile eines Paketvermittlungsnetzwerkes implementiert werden kann,
ohne das Netzwerk oder die das Netzwerk verwaltenden Protokolle
verändern
zu müssen,
und ist besonders effektiv, wenn der Zugriffs-Link einen Funkübermittlungsteil
enthält, wie
einen Zugriffs-Link über
ein zellulares Telefon, weil in einem derartigen Fall der Zugriffs-Link
typischerweise der Flaschenhals-Link sein wird, d.h., der Link unter
all den Links bildet die Paketvermittlungsverbindung, die den Sender mit
der niedrigsten Bandbreite versorgt. Mit anderen Worten, kann in
diesem Fall das Auftreten eines Staus in der gesamten Paketvermittlungsverbindung
vollständig
vermieden werden, wenn ein Stau in dem Zugriffs-Link vermieden wird,
was die vorliegende Erfindung in der obigen Ausführungsform sicherstellen kann.
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Gemäß einem
anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel
sind zwei Bandbreitewerte bestimmt, nämlich diese des Zugriffs-Links
des Senders bzw. des Empfängers.
Auf diese Weise kann das Auftreten eines Staus in diesen Links vermindert
werden.
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Die
vorliegende Erfindung stellt eine einfache, effektive und flexible
Lösung
des oben erwähnten
Problems einer Stauvermeidung bereit und kann in jedem Kommunikationssystem
angewendet werden. Sie kann besonders in Systemen angewendet werden,
die eine gleitende Fensterflusssteuerung verwenden. Wie schon erwähnt, kann
die Flusssteuerung durch Verwenden allein des Flaschenhalsfensters
durchgeführt
werden oder durch Kombinieren der Verwendung des Flaschenhalsfensters
mit bekannten Fenstern für
das gegebene System. Wenn zum Beispiel die Erfindung auf TCP angewendet wird,
könnte
dieses Protokoll derart verändert
werden, dass eine Flusssteuerung nur mit dem Flaschenhalsfenster
durchgeführt
wird, oder die Verwendung des Flaschenhalsfensters kann zu der Verwendung
des bekannten Fensters hinzugefügt
werden, d.h., das Staufenster und das angebotene Fenster, z.B. durch
Bestimmen des Steuerungsfensters als das Minimum des angebotenen
Fensters, des Staufensters und des Flaschenhaltfensters.
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In
dem letzteren Fall, d.h., wenn die Erfindung durch Hinzufügen des
Flaschenhalsfensters zu einem bestehenden Fenster oder Fenstern
hinzugefügt
wird und dann das Steuerungsfenster aus diesen Fenstern ausgewählt wird,
stellt die Erfindung den ergänzenden
Vorteil bereit, dass das herkömmliche Übermittlungsprotokoll
(z.B. TCP) nicht verändert werden
müsste
und die Erfindung würde
noch effektiv sein, auch wenn sie nur an einem Ende einer Verbindung
implementiert ist. Mit anderen Worten, in diesem letzteren Fall
könnte
die Kompatibilität
mit bestehenden Implementierungen des Standardübermittlungsprotokolls beibehalten
werden, während
noch der Gewinn einer verbesserten Leistung erhalten wird.
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Durch
Definieren eines neuen Fensters, das in der gleitenden Fensterflusssteuerung
verwendet wird, nämlich
des Flaschenhalsfensters, unterscheidet sich eine bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung von dem im Stande der Technik dargelegten
Konzept, in dem die bestehenden Fenster (angebotene Fenster, Staufenster)
zusammen mit neuen Algorithmen verwendet werden, z.B. dem oben beschriebenen
Stauvermeidungsalgorithmus. Im Gegensatz hierzu erreicht die vorliegende
Erfindung durch Definieren des Flaschenhalsfensters, dass eine lokale
Information der Bandbreite von individuellen Links unter den die
Paketvermittlungsverbindung bildenden Links in Betracht zieht, ein
einfaches und hochflexibles Verfahren, bei dem die Verwendung dieses
Flaschenhalsfensters, sei es alleine oder in Verbindung mit anderen
bekannten Fenstern, eine effektivere Stauvermeidung als die bekannten Lösungen erreicht.
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Diese
und andere Vorteile werden deutlicher aus der folgenden Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung, die in Verbindung mit den anhängenden Zeichnungen beschrieben werden,
in denen:
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1 ein
Flussdiagramm zeigt, das eine Basisausführungsform der vorliegenden
Erfindung darstellt;
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2 ein
Beispiel eines Satzes von zu übermittelnden
Datenabschnitten zeigt;
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3 ein
Beispiel einer Paketvermittlung gemäß TCP zum Übermitteln der in 2 gezeigten Abschnitte
zeigt;
-
4 die
Bewegung und Einstellung des Steuerungsfensters während der
Flusssteuerung der in 3 gezeigten Kommunikation erklärt;
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5 eine
schematische Darstellung ist, die das Prinzip einer gleitenden Fensterflusssteuerung zeigt;
-
6 eine
schematische Darstellung ist, wie sich die Ränder des Steuerungsfensters
bewegen;
-
7 eine
schematische Wiedergabe ist, um einen Stau an einem Link entlang
des Kommunikationspfad zu erklären;
und
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8 ein
Flussdiagramm zeigt, das eine bevorzugte Ausführungsform zum Bestimmen des
Flaschenhalsfensters darstellt.
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[Detaillierte Beschreibung
der Erfindung]
-
Die
meisten der unten gegebenen Beispiele werden in Verbindung mit einer
Kommunikation gemäß TCP erklärt. Da die
vorliegende Erfindung mit den bekannten Elementen einer Flusssteuerung
gemäß TCP kombiniert
werden kann, bildet die vorhergehende Beschreibung ein Teil der
Offenbarung der Erfindung. Es sollte jedoch bemerkt werden, dass
die vorliegende Erfindung nicht auf die Anwendung von TCP beschränkt ist,
sondern auch auf jedes andere Kommunikationssystem angewendet werden
kann, das eine gleitende Fensterflusssteuerung verwendet.
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Eine
Verbindung zwischen zwei Kommunikationspartnern in einem Paketvermittlungsnetzwerk, wie
das Internet, besteht typischerweise aus einer Anzahl von individuellen
Links, wobei die Links durch Router verbunden sind. Zum Beispiel
kann ein Personal Computer mit einem Server über ein schnelles LAN verbunden
sein, der Server mit anderen Teilen des Internets (auch bezeichnet
als Internetprotokoll-Peer oder IP-Peer) über ein langsames LAN, und diese
anderen Teile des Internets mit dem Empfänger, wieder über ein
schnelles LAN. Das LAN und WAN stellt Links dar, wohingegen die
Server die Router sind, d.h., die Vorrichtungen, die die Pakete
in Richtung ihrer Bestimmung gemäß der in
den Paketen enthaltenen Routing-Information routen. Diese Situation
entspricht dem, was schematisch in 7 gezeigt
ist, wobei das erste LAN Link 300 ist, der erste Server
Router R1, der WAN Link 301, der andere Internetteilnehmer
Router R2, und der zweite LAN Link 302. Ein anderes Beispiel
ist ein Personal Computer, der mit einem Internet-Server über einen
langsamen Modem-Link verbunden ist, wobei der Server mit einem anderen
IP-Peer über
einen festgelegten Satelliten-Link verbunden ist, und dieser IP-Peer
mit dem Empfänger
wiederum über
einen langsamen Modem-Link verbunden ist.
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1 stellt
eine Basisausführungsform
des Verfahrens einer Flusssteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung
dar. Der Datenfluss in einer Paketvermittlungsverbindung zwischen
zwei Kommunikationspartnern wird gesteuert, wobei die Verbindung aus
einer Mehrzahl von durch Router verbundenen Links besteht. Ein Beispiel
ist eine TCP/IP-Verbindung über
das Internet. In der Verbindung ist der Partner, der Daten zu senden
hat, der Sender, und der andere Partner ist der Empfänger. In
einem ersten Schritt ST10 wird die Sequenz von zu sendenden Daten
(z.B. eine E-Mail) für
den Sender bestimmt. Das bedeutet, dass eine Sequenz von Dateneinheiten
(z.B. Bytes) von zu sendenden Daten bestimmt wird.
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In
einem weiteren Schritt ST20 werden Bandbreitewerte, die zu wenigstens
einem dieser Links in der Verbindung über die Daten zu senden sind,
automatisch bestimmt. Das kann auf viele verschiedene Weise erfolgen.
Zum Beispiel können
ein oder beide Partner in der Verbindung Bandbreitewerte von einem
oder mehreren Links in der Verbindung in die Richtung, in die Daten
zu senden sind, überwachen,
d.h., in der Richtung vom Sender zum Empfänger. Eine Möglichkeit
ist, die Router entlang der Verbindung diese Bandbreitenwerte Pakete
zufügen
zu lassen, die zu dem Empfänger
gesendet werden oder bevorzugter Bestätigungspakete, die zu dem Sender zurückgegeben
werden. Eine andere Möglichkeit
ist, den Link-Schichttreiber
in einem oder beiden der Partner zum Überwachen des Bandbreitewerts
des Zugriffs-Links des Partners anzupassen. Der Zugriffs-Link ist
der Link, der die Partner mit dem nächsten Router in Verbindung
mit dem andern Partner verbindet. Der zu einem Link gehörige Bandbreitewert
kann jeder Wert sein, der anzeigt, wieviele Daten pro Zeiteinheit
dieser Link tragen kann. Dies kann zum Beispiel der physikalische
Bandbreitewert des Links sein, d.h., die gesamte Bandbreite des
Links, oder bevorzugter kann dies die momentan für die Verbindung auf diesem
Link verfügbare
Bandbreite sein.
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Schließlich wird
der Fluss der Datensequenz durch Verwenden der Bandbreitewerte gesteuert. Das
bedeutet, dass der Datenfluss von dem Sender durch automatisches
in Betrachtziehen des einen oder mehreren Bandbreitewertes gesteuert
wird, so dass ein Stau minimiert werden kann. Das kann z.B. in einem
System getan werden, das eine gleitende fensterbasierte Flusssteuerung
durch Bestimmen eines Fensterwertes aus dem einen oder mehreren Bandbreitewerten
durchführt,
und dann den Fensterwert als das Steuerungsfenster verwendet, oder
das Steuerungsfenster aus einer Gruppe auswählt, die unter anderem den
Fensterwert enthält.
Auf diese Weise erhält
die vorliegende Erfindung ein System, in dem der Datenfluss in automatischer
Abhängigkeit von
Parametern, die direkt die Verbindung charakterisieren, gesteuert
wird.
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Es
sollte bemerkt werden, dass die Hardware zum Steuern des Flusses
durch jede geeignete oder gewünschte
Weise bereitgestellt werden kann, z.B. in einer Vorrichtung, die
simultan beide Partner in der Verbindung steuert, oder bevorzugter
wird die Steuerung gemäß der vorliegenden
Erfindung direkt in einem oder beiden der Partner in der Verbindung verkörpert. Es
ist ein wichtiger Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass sie gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
in nur einem Partner einer Verbindung implementiert werde kann und
nichtsdestotrotz eine verbesserte Flusssteuerung für die gesamte Verbindung
erreicht.
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8 zeigt
ein Flussdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens der
vorliegenden Erfindung. In einem ersten Schritt ST1 werde ein oder
mehrere Bandbreitewerte, die zu den Links entlang der Verbindung
gehören,
bestimmt. Eine Bandbreite wird definiert als der Umfang von Daten pro
Zeiteinheit, z.B. Bits pro Sekunde. Es sollte bemerkt werden, dass
die Links in der Verbindung diese sind, die einen Pfad zwischen
Sender und Empfänger
in der Richtung einrichten, in die die Pakete gesendet werden müssen, oder
gesendet werden. Dies folgt aus der Tatsache, dass der Pfad oder
Verbindung entlang der Pakete von dem Sender zu dem Empfänger gesendet
werden, nicht notwendiger Weise identisch ist mit dem Pfad, entlang
dem Pakete von dem Empfänger
zu dem Sender gesendet werden.
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Der
Mechanismus zum Bestimmen, welche Bandbreite zu einem gegebenen
Link gehört,
ist nicht wesentlich für
die Erfindung und kann auf jede geeignete Weise ausgewählt werden.
Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist der zu einem gegebenen Link zugehörige Wert
die Bandbreite der physikalischen Verbindung entsprechend dem Link.
Als Beispiel, wenn der Link durch ein Modem mit einer Übermittlungsgeschwindigkeit
von 28800 Bits pro Sekunde gebildet wird, ist die zugehörige Bandbreite
28800 Bits pro Sekunde. Es muss bemerkt werden, dass die physikalische
Bandbreite entweder die absolute Maximumbandbreite sein kann, die
ein spezifischer Link anbieten kann, wobei in diesem Fall der Wert
für einen
gegebenen Link konstant ist, oder die Maximumbandbreite unter den vorherrschenden
Bedingungen. Diese Unterscheidung ist wichtig, wenn ein Link durch
eine Funkkommunikation gegeben wird, wobei in diesem Fall das absolute
Maximum der Wert unter idealen Funkbedingungen ist, und das vorherrschende
Maximum der durch die momentanen Bedingungen erlaubte Wert ist.
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Es
sollte bemerkt werden, dass diese so definierte physikalische Link-Bandbreite
unabhängig davon
ist, wie viel Bandbreite tatsächlich
für die
in Betracht gezogene Verbindung verfügbar ist. Wie im Stand der
Technik gut bekannt ist, kann ein gegebener Link mehr als eine Verbindung
tragen, wobei ein Teilen der gesamten (d.h., physikalischen) Bandbreite
für jede
Verbindung verfügbar
ist. Folglicherweise ist gemäß einer
anderen bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung der mit einem gegebenen Link verbundene Bandbreitewert
die derzeitig für
die Verbindung für
den Link verfügbare
Bandbreite.
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In
der Ausführungsform,
in der die zu einem Link gehörige
Bandbreite die derzeitig verfügbare Bandbreite
ist, ist eine Möglichkeit
zum Bestimmen dieses Wertes die Modifikation des Basisprotokolls, dem
die Paketübermittlung
unterliegt (z.B. IP im Fall einer Paketvermittlung über das
Internet) derart, dass jeder Link in einer Verbindung diese Information zu
den übertragenen
Paketen hinzufügt,
sei es zu den Datenpaketen, die zu dem Empfänger gesendet werden oder zu
den entsprechenden Bestätigungspaketen,
die durch den Empfänger
an den Sender gesendet werden. Jedoch kann im Sinne der vorliegenden
Erfindung jedes geeignete Verfahren zum Bestimmen des derzeitig
verfügbaren
Bandbreitewertes verwendet werden, da die Erfindung nicht davon
abhängt.
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In
der Ausführungsform,
in der die physikalische Link-Bandbreite
als die zugehörige
Bandbreite verwendet wird, ist eine Möglichkeit zum Bestimmen dieser
Werte wiederum die Modifikation des unterliegenden Netzwerkschichtübermittlungsprotokolls, derart,
dass die Links diese Information an den Sender oder Empfänger (wieder
z.B. IP) bereitstellen. Es ist jedoch auch möglich, das Verfahren der vorliegenden
Erfindung ohne Modifizieren des unterliegenden Übermittlungsprotokolls zu verwenden.
Eine Möglichkeit
ist, dass die relevante Bandbreiteinformation nicht durch Modifizieren
des Basisübermittlungsprotokolls
(z.B. TCP), sondern durch Verwenden eines geeigneten modifizierten
Link-Schichtprotokolls (z.B. SLIP, PPP oder RLP) bereitgestellt
wird, oder bevorzugter, nur ein modifizierter Treiber für ein derartiges Link-Schichtprotokoll.
Wenn nur der Treiber des Link-Schichtprotokolls
modifiziert wird, stellt die vorliegende Erfindung den Vorteil bereit,
dass keines der involvierten Protokolle verändert werden muss, so dass
absolut keine Kompatibilitätsprobleme
mit eingerichteten Systemen auftreten, und die Erfindung kann in
jeden Teil eines Netzwerks eingeführt werden, ohne irgendetwas
in dem Rest des Netzwerks verändern
zu müssen.
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Ein
Link-Schichtprotokoll verbreitet die Kommunikation zwischen zwei
Partnern in der Kommunikation über
einen spezifischen Link, wobei der Link einen Teil der Verbindung
bildet. Ein typisches Beispiel ist ein Zugreifen auf das Internet
von einem Personal Computer über
einen Modem-Link auf einen Server. Die Kommunikation zwischen dem
Personal Computer und dem Server, der als ein Router agiert, wird
dann gemäß einem
spezifischen Protokoll für derartige
Links durchgeführt,
z.B. SLIP (Serial Line Internet Protocol) oder PPP (Point to Point
Protocol). Diese Protokolle schließen die niedrigeren Schicht-Pakete
ein, d.h., die TCP/IP-Pakete. Diese Protokolle und Einschließungen sind
im Stand der Technik wohlbekannt und werden z.B. in dem oben erwähnten Buch
von W. R. Stevens, TCP/IP Illustrated, beschrieben. Die Details
müssen
daher hier nicht wiederholt werden.
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Der
zum Betreiben der Kommunikation gemäß dem Link-Protokoll verwendete
Treiber könnte dann
die Information auf der physikalischen Bandbreite des entsprechenden
Links bereitstellen.
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Der
Vorteil zum Implementieren der vorliegenden Erfindung durch Verwenden
der physikalischen Bandbreite ohne Modifizieren des basisübermittlungsunterliegenden
Protokolls (z.B. TCP/IP) hat den Vorteil, dass die Erfindung in
bestehende Systeme und ohne Kompatibilitätsprobleme integriert werden
kann, während
der Vorteil einer erhöhten
Leistung erhalten werden kann. Weiterhin kann die Erfindung in nur
einem Partner der Kommunikation implementiert werden und noch effektiv
sein. Das bedeutet, dass die vorliegende Erfindung im allgemeinen
in jedem System anwendbar ist, das eine gleitende Fensterflusssteuerung
verwendet, ohne das unterliegende Übermittlungsprotokoll dieses
Systems verändern
zu müssen.
Dies ist ein großer
Vorteil gegenüber
dem Stand der Technik, da alle bekannten Lösungen Modifikationen von beiden
Kommunikationspartnern oder die Installation von einem Transportschichtstatus
in dem Netzwerk erfordern.
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Zurückkehrend
nun zu der Beschreibung von 8, repräsentieren
die in Schritt ST1 bestimmten Bandbreitewerte den Datenumfang pro
Zeiteinheit, die die dazugehörigen
Links handhaben können.
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In
dem nächsten
Schritt ST2 wird das Minimum der in Schritt ST1 bestimmten Bandbreitewerte bestimmt.
Wenn nur ein Wert bestimmt wurde, ist natürlich dieser Wert das Minimum.
Es jedoch zu bevorzugen, das mehr als ein Bandbreitenwert in Schritt ST1
bestimmt wird, so dass der in Schritt ST2 gewählte Minimumwert die Bandbreite
des Links darstellt, der die niedrigste Übermittlungsgeschwindigkeit
unter den in Schritt ST1 Betracht gezogenen Links aufweist. Obwohl
es zu bevorzugen ist, dass all diese die Verbindung bildenden Links
in Betracht gezogen werden, ist dies nicht unbedingt notwendig, wie
im folgenden erklärt
wird.
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In
dem nächsten
Schritt ST3 wird ein Zeitwert, der die Verzögerung entlang der Paketvermittlung
in der Senderichtung charakterisiert, bestimmt (d.h., die Richtung
vom Sender zum Empfänger). Dieser
charakteristische Zeitwert wird im allgemeinen mit der sogenannten
Roundtrip-Zeit (RTT) der Verbindung zugeordnet. Die RTT ist in eine
gegebene Richtung definiert als die Zeit, die zwischen dem Senden
eines Bytes in diese Richtung und dem Empfang der direkten Bestätigung dieses
Bytes vergeht. Wenn man die in Fig. gezeigte Vermittlung von Paketen
als Beispiel nimmt, ist die RTT die Zeit, die zwischen dem Senden
von Abschnitt S1 durch den Sender und dem Empfang der Bestätigung in
Abschnitt S2 vergeht. Mit anderen Worten, die RTT ist der Unterschied
zwischen der Empfangszeit einer Antwort auf eine Nachricht und dem
Senden der Nachricht, oder genauer, die Zeit zwischen Senden eines
Bytes mit einer besonderen Sequenznummer und Empfangen einer Bestätigung,
die diese Sequenznummer einschließt.
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Es
sollte bemerkt werden, dass in der vorliegenden Erfindung der oben
erwähnte
charakteristische Zeitwert als ein Wert verstanden werden muss, der
die Verzögerungszeit
entlang der Paketvermittlungsverbindung anzeigt, d.h., die oben
erwähnte Zeitdifferenz
zwischen einem Aussenden eines Pakets und Empfangen der entsprechenden
Bestätigung.
Daher ist die RTT oder jeder von der RTT abgeleitete Wert geeignet
als der charakteristische Zeitwert.
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Die
Bestimmung der RTT kann in jeder geeigneten Weise durchgeführt werden.
Eine besondere Möglichkeit
ist aus Kapitel 21.3 des oben erwähnten Buchs von W.R Stevens,
TCP/IP Illustrated, bekannt. Dieses darin offenbarte Verfahren ist nicht
auf TCP begrenzt, sondern kann geeigneter Weise auf jedes System
angewendet werden, das eine gleitende Fenstersteuerung für eine Paketübermittlung
verwendet. Ein alternatives Verfahren ist z.B. bekannt aus dem Network
Working Group Internet-Draft von V. Jacobson, R. Braden, D. Borman,
Februar 1997.
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In
einem einfachsten Fall kann der charakteristische Zeitwert einfach
direkt bestimmt werden als die momentane RTT durch Überwachen
der Zwischenzeit zwischen dem Aussenden eines Abschnitts mit einer
spezifischen Sequenznummer und dem Empfang des eine Bestätigung des
Empfangs von diesem Abschnitt enthaltenden Pakets an dem anderen
Ende, z.B. durch einen geeigneten Uhrschaltkreis, der zu laufen
beginnt, wenn ein Abschnitt ausgesendet wird, und einen Wert ausgibt,
der die vergangene Zeit anzeigt, wenn das entsprechende Bestätigungspaket
empfangen wird. Dieser Ausgabewert wird als die momentane RTT gespeichert. Eine
derartige Bestimmung ist vollständig
geeignet in einem Steuerungsprotokoll, das jedes individuelle Paket
oder Abschnitt individuell bestätigt,
d.h., eine Eins-zu-Eins-Entsprechung von Datenabschnitten und Bestätigungsnachrichten
aufweist.
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Jedoch
können
in Protokollen auch kumulative Bestätigungsnachrichten gesendet
werden, wie im Fall von TCP (siehe z.B. S1 in 3,
der den Empfang von bis zu 2049 Bytes bestätigt, d.h., die ersten beiden
Datenabschnitte S4 und S5) ist es zu bevorzugen, den charakteristischen
Zeitwert aus Schritt ST3 als eine geglättete Menge abhängig von der
RTT zu bestimmen. In diesem Fall wird die momentane RTT wie oben
gezeigt gemessen, d.h., die Verzögerungszeit
zwischen dem Aussenden eines eine spezifische Frequenznummer aufweisenden Abschnitts
und den Empfang einer die Sequenzzahl einschließenden Bestätigung (die auch andere Sequenznummern
einschließen
kann). Dieser Zeitwert wird bezeichnet mit M. Dann wird ein als
R bezeichneter Abschätzer
durch Verwenden eines Tiefpassfilters wie folgt aktualisiert R ← αR + (1 – α)M,wobei α ein Glättungsfaktor
ist, der in TCP einen empfohlenen Wert von 0,9 aufweist. Der momentane Werte
von R kann dann als der charakteristische Zeitwert in Schritt ST3
verwendet werden.
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Ebenso
bevorzugter wird der charakteristische Zeitwert gemessen durch Mittelung
des Messwertes M. Dies wird durch Berechnen des Fehlerwertes Err
und Aktualisieren eines Mittelwertes A bei jeder Messung von M in
der folgenden Weise durchgeführt: Err = M – A, A ← A
+ gErr,wobei g ein Verstärkungswert
zum Bestimmen des Mittelwertes ist. Ein typischer Wert von g ist
0,125. Der momentane Wert von A kann dann als der charakteristische
Zeitwert in Schritt ST3 verwendet werden.
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Schließlich wird
in Schritt ST4 das Produkt des in Schritt ST2 bestimmten Minimumbandbreitenwertes
und des in Schritt ST3 bestimmten charakteristischen Zeitwertes
berechnet und dieses Produkt wird definiert als das Flaschenhalsfenster.
Gemäß der vorliegenden
Erfindung kann dieses Flaschenhalsfenster dann in der gleitenden
Fensterflusssteuerung verwendet werden. Die genaue Verwendung ist
nicht wesentlich für
die Erfindung, d.h., die Bedingungen oder Erfordernisse gemäß denen
das Flaschenhalsfenster als das Steuerungsfenster in einer gleitenden
Fensterflusssteuerung verwendet wird, wie in Verbindung mit 5 und 6 beschrieben.
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Gemäß einer
Ausführungsform,
wird das Flaschenhalsfenster konstant als das Steuerungsfenster
verwendet, d.h., die ganze Flusssteuerung wird auf der Basis des
Flaschenhalsfensters ausgeführt.
Gemäß einer
anderen Ausführungsform
wird das Flaschenhalsfenster zusammen mit dem bekannten angebotenen
Fenster verwendet, wobei das Steuerungsfenster als das Minimum des
Flaschenhalsfensters und des angebotenen Fensters ausgewählt wird.
Gemäß einer
anderen Ausführungsform wird
das Flaschenhalsfenster zusammen mit dem bekannten angebotenen Fenster
und dem bekannten Staufenster verwendet, wobei das Steuerungsfenster als
das Minimum des angebotenen Stau- und Flaschenhalsfensters ausgewählt wird.
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Gemäß einer
einfachsten Ausführungsform wird
der Wert des Flaschenhalsfensters nur einmal automatisch vor Einrichten
des Sendens der nummerierten Datensequenz berechnet (wie z.B. in 2 gezeigt).
Jedoch wird gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Wert des Flaschenhalsfensters einige Male während des Sendens der Abschnitte
derart bestimmt, dass der Flaschenhals immer aktualisiert wird und
korrekt den momentanen Übermittlungsstatus
der Paketvermittlungsverbindung reflektiert. Diese Messung und Aktualisierung
des Flaschenhalsfensters kann zu jeder Zeit erfolgen, in der weitere
Abschnitte gesendet werden müssen,
oder periodisch zu einer gegebenen Zeitdauer, oder konstant, d.h.,
die Vorrichtung, in der das Verfahren der vorliegenden Erfindung
implementiert ist, geht zyklisch durch den Vorgang zum Bestimmen
des Flaschenhalsfensters mit der schnellsten möglichen Rate, das bedeutet,
dass das Bestimmen eines neuen Flaschenhalsfensters jedes Mal initiiert
wird, wenn ein Zyklus zum Bestimmen des Flaschenhalsfensters abgeschlossen
ist.
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Wenn
das Flaschenhalsfenster dynamisch an die oben beschriebene Weise
adaptiert wird, da die verschiedenen, in Schritten ST1 bis ST3 aufgezählten Parameter
dazu neigen, über
die Zeit variabel zu sein, da z.B. die momentanen Bandbreitewerte,
die über
die Verbindung verfügbar
sind, sich aufgrund eines verändernden
Verkehrs im Netzwerk verändern,
kann der Beitrag des Senders zum Stau bezüglich der Verbindung der in
Betracht gezogenen Links minimiert werden, auch wenn die Eigenschaften
der Paketvermittlungsverbindung sich verändern.
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Es
sollte bemerkt werden, dass der Begriff "Stau" im
allgemeinen verwendet wird, um den gesamten Stau in einem Link zu
bezeichnen, d.h., der durch den gesamten Verkehr verursachte Stau
(aller Verbindungen), der durch den Link geht. Es ist verständlich,
dass die vorliegende Erfindung nur direkt den Teil des gesamten
Staus beeinflussen kann, der durch den Sender in der in Betracht
gezogenen Verbindung verursacht wird, d.h., der Beitrag des Senders
zu dem Stau. Jedoch wird ein Minimieren dieses Beitrags natürlich auch
den gesamten Stau minimieren.
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Das
durch die vorliegende Erfindung definierte Flaschenhalsfenster ist
eine Einrichtung zum Minimieren eines Staus in einem spezifischen
Link und in allen anderen Links, die eine größere Bandbreite als der spezifische
Link aufweisen. Dies ist etwas, was der Stand der Technik nicht
erreichen kann. Mit anderen Worten kann aus der obigen Beschreibung
gesehen werden, dass das Flaschenhalsfenster entsprechend dem Link,
zu dem die in Schritt ST3 bestimmte Minimumbandbreite gehört, definiert
ist. Die Verwendung des Flaschenhalsfensters minimiert das Auftreten
eines Staus in dem Link. Wie schon oben bemerkt, ist vorzuziehen,
dass die in Betracht gezogenen Links in Schritt ST1 alle Links in
der Verbindung sind. In diesem Fall entspricht das Flaschenhalsfenster
dem Link unter denen, die die Verbindung bilden, die die absolut
niedrigste Bandbreite bereitstellt. Jedoch arbeitet die Erfindung
ebenso, wenn weniger Links in Schritt ST1 in Betracht gezogen werden,
weil dann ein Stau wenigstens an diesen in Betracht gezogenen Links
sicher minimiert werden kann, was etwas ist, das der Stand der Technik
nicht garantieren kann.
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Wenn
die vorliegende Erfindung in einer Vorrichtung, die ein Partner
in einer Paketvermittlungsverbindung mit einer gleitenden Fensterflusssteuerung
ist, in die Praxis umgesetzt wird, wenn die Vorrichtung der Sender
ist, dann bestimmt sie das Flaschenhalsfenster in der Senderichtung,
wie oben beschrieben, und verwendet es geeigneter Weise für die Flusssteuerung.
Wenn der Partner der Empfänger
ist, dann bestimmt sie das Flaschenhalsfenster in seine Empfangsrichtung
und übermittelt
diese Information an den Sender. Zum Beispiel kann der Empfänger in
einer TCP-Verbindung,
in der nur der Empfänger
gemäß der vorliegenden
Erfindung arbeitet, das Flaschenhalsfenster in seine Empfangsrichtung bestimmen,
und dann das Minimum eines Flaschenhalsfensters und dem Fenster
anbieten, das er gemäß dem Standard-TCP
als das angebotene Fenster an den TCP-Sender anbietet (z.B. die
Eingabepuffergrenze). Auf diese Weise arbeitet der Sender gemäß der Erfindung,
obwohl er in keiner Weise modifiziert wurde. Auf diese Weise weist
die vorliegende Erfindung einen großen Vorteil auf, dass sie in
jedes bestehende System ohne jegliche Kompatibilitätsprobleme
integriert werden kann, während
der Gewinn einer verbesserten Leistung noch erhalten wird.
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Die
vorliegende Erfindung kann in einer Vorrichtung implementiert sein,
die als ein Sender ausgelegt ist oder als ein Empfänger ausgelegt
ist, wird jedoch typischer Weise in einer Vorrichtung implementiert,
die sowohl als Sender als auch als Empfänger agieren kann, abhängig davon,
ob Daten von der Vorrichtung gesendet werden oder durch die Vorrichtung
empfangen werden.
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Wenn
die vorliegende Erfindung gemäß der in 8 gezeigten
Ausführungsform
in einer als Sender agierenden Vorrichtung, implementiert wird,
kann die Steuerung derart durchgeführt werden, dass die Vorrichtung
geeigneter Weise einen oder mehrere Bandbreitewerte für die Links
(Schritt ST1 in 8) bestimmt und dann das Minimum
(Schritt ST2) bestimmt. Jede der oben genannten Möglichkeiten
in Verbindung mit Schritt ST1 und ST2 kann verwendet werden. Die
Bestimmung des Verzögerungsanzeigewertes
(Schritt ST3) kann auch direkt wie oben beschrieben, durchgeführt werden,
z.B. durch Messen der Zeit, die zwischen dem Senden eines Bytes
und dem Empfangen der dieses Byte einschließenden Bestätigung vergeht. Das Produkt
des Minimumbandbreitewertes und des Verzögerungsanzeigewertes kann dann
in dem Sender berechnet werden und in der Flusssteuerung als das
Flaschenhalsfenster geeignet verwendet werden.
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Wenn
andererseits die vorliegende Erfindung gemäß der in 8 gezeigten
Ausführungsform
in einer als Receiver agierenden Vorrichtung implementiert wird,
kann die Steuerung wiederum derart durchgeführt werden, dass die Vorrichtung
geeigneter Weise einen oder mehrere Bandbreitewerte für die Verbindungen
(Schritt ST1 in 8) bestimmen und dann das Minimum
(Schritt ST2) bestimmen. Jede der oben erwähnten Möglichkeiten in Verbindung mit
den Schritten ST1 und ST2 kann wieder verwendet werden. Die Bestimmung
des Verzögerungsanzeigewertes
in der Richtung von dem Sender zu dem Empfänger kann auf jede geeignete
Weise durchgeführt
werden. Eine Möglichkeit
ist das Aussenden durch den Empfänger
einer bestimmten Verbindungsverzögerungszeitmessnachricht
an den Sender und Messen der Zeit, solange bis eine entsprechende
Bestätigung
zurückgekehrt
ist. Das macht es notwendig, dass sowohl der Empfänger als auch
der Sender in der Verbindung gemäß einem Protokoll
arbeiten, das derartige Verzögerungszeitmessnachrichten
unterstützt.
In einer bevorzugten Ausführungsform
ist ein derartiges Protokoll nicht notwendig, weil der Empfänger den
Verzögerungsanzeigewert
unabhängig
bestimmen kann. Es wird nur angenommen, dass ein System zum Bestätigen des Empfangs von
Daten zwischen dem Sender und dem Empfänger gegeben ist. Dann wird
der Empfänger die
RTT der Verbindung durch Messen der Differenz zwischen dem Senden
der Bestätigung
ACK (n) und Empfangen eines eine Byte-Nummer n+1 einschließenden Abschnitts
bestimmen, wobei ACK (n) sich auf die Bestätigung für alle Bytes einschließlich und bis
zu der Byte-Nummer n in der Sequenz bezieht, die durch den Sender
gesendet wird. Der so bestimmte Wert kann direkt zum Berechnen des
Flaschenhalsfensters verwendet werden oder eine Glättung und/oder
Mittelwertbildung kann durchgeführt werden, ähnlich zu
der obigen Erklärung
in Verbindung mit denn Werten R und A. Das Flaschenhalsfenster kann
dann an den Sender auf jede geeignete Weise bereitgestellt werden,
z.B. in Form eines angebotenen Fensters, wie schon oben erklärt.
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Gemäß einer
anderen im folgenden beschriebenen Ausführungsform der Erfindung, wird die
Erfindung auf eine TCP-Kommunikation angewendet, und die folgenden
Definitionen werden verwendet. Es sollte bemerkt werden, dass sich
TCP in dem schon erwähnten
Sinn auf das Übermittlungssteuerungsprotokoll
bezieht, das in dem Internet verwendet wird, in dem Sinn, dass alle
vergangenen, derzeitigen und zukünftigen
Variationen und Implementierungen dieses Protokolls, z.B. gemäß jedes vorherrschenden
Standards, eingeschlossen sind.
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Eine
Kommunikationsvorrichtung, in der das TCP-Protokoll implementiert
ist und die ein Ende einer TCP-Verbindung bildet, wird als ein "TCP-Peer" bezeichnet. Jeder
TCP-Peer kann als ein TCP-Sender oder als TCP-Empfänger oder
als beides gleichzeitig laufen. Ein TCP-Peer, der gemäß dieser
Erfindung modifiziert wurde, wird als ein "modifizierter TCP-Peer" bezeichnet,
andernfalls wird er als ein "Standard-TCP-Peer" bezeichnet. Die
Begriffe "modifizierter
TCP-Sender", "modifizierter TCP-Empfänger", "Standard-TCP-Sender" und "Standard-TCP-Empfänger" werden entsprechend
verwendet. Ohne die Qualifizierungen "modifiziert" oder "Standard" beziehen sich die relevanten Bezeichnungen
auf beide Fälle.
Für Erklärungszwecke
wird der Standard TCP-Peer als gemäß dem oben zitierten Buch von
W. R. Stevens, TCP/IP Illustrated, Volume 1, implementiert angenommen,
jedoch ist diese Ausführungsform
auf jede Variation von TCP anwendbar, solang die Annahmen und in
Verbindung mit dieser Ausführungsform
ausgeführten
Vorbedingungen zutreffen.
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Gemäß dieser
Ausführungsform
ist ein modifizierter TCP-Peer eine standard-willfähige Modifikation
eines Standard-TCP-Peers,
d.h., ein modifizierter TCP-Peer verhält sich konform mit den derzeitigen
TCP-Protokollstandards, was eine rückwärtige Kompatibilität mit bestehenden
TCP-Implementierungen
garantiert.
-
Der
Begriff "Maximum-Link-Bandbreite" (MLB) wird die Bandbreite
der physikalischen Verbindung entsprechend der Verbindung bezeichnen,
die zu dem Sender auf dem Link verfügbar ist.
-
Das
Minimum von allen MLBs, die durch einen modifizierten TCP-Peer für eine besondere
Richtung einer TCP-Verbindung (Senden oder Empfangen) in Betracht
gezogen werden, werden "MinMLB" der relevanten Richtung
genannt. Es ist zu bemerken, dass die MinMLB für die Sende- oder Empfangsrichtungen
eines TCP-Peers verschieden sein können, da der Pfad der Links
für die
Senderichtung nicht notwendiger Weise der gleiche ist, wie der Pfad der
Links für
die Empfangsrichtung. Weiterhin sollte bemerkt werden, dass die
wie oben definierten MinMLBs nicht das Minimum aller MLBs von allen eine
TCP-Verbindung in eine Richtung darstellenden Verbindungen sind.
In den meisten Fällen
zieht ein modifizierter TCP-Peer nicht alle MLBs in Betracht, z.B.
weil es nicht notwendig ist, oder sie ihm nicht alle bekannt sind.
Die MinMLBs können
sich über
die Zeit ändern,
z.B. da der Wert eines bekannten MLBs sich verändert, oder ein neuer MLB in
Betracht gezogen wird, was vorher nicht in Betracht gezogen wurde
und dieser neue MLB langsamer ist als der vorhergehende MinMLB.
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Der
Begriff "Flaschenhalsfenster" für eine gegebene
Richtung (Senden oder Empfangen) wird für das Produkt des laufenden
MinMLBs in die Richtung und des laufenden RTTs in diese Richtung
verwendet. Wie der MinMLB kann das Flaschenhalsfenster für die Sende
und die Empfangsrichtung eines TCP-Peers unterschiedlich sein.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist ein modifizierter TCP-Sender darauf beschränkt nicht schneller zu senden
als der derzeitige MinMLB seiner Senderichtung, und dass ein modifizierter
TCP-Empfänger
den entsprechenden TCP-Sender steuern wird, um ihn nicht schneller
senden zu lassen, als der modifizierte laufende MinMLB des modifizierten TCP-Empfängers seiner
Empfangsrichtung. Das letztere ist äquivalent dazu, dass dem entsprechenden
TCP-Sender nicht erlaubt ist, schneller zu senden, als der laufende
MinMLB seiner Senderichtung.
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Nicht
schneller zu senden als der MinMLB bedeutet, dass dem TCP-Sender
nicht erlaubt ist, mehr ausstehende unbestätigte Pakete aufzuweisen, als
durch das Flaschenhalsfenster seiner Senderichtung gegeben ist.
Ein modifizierter TCP-Sender wird kontinuierlich den laufenden MinMLB
und den laufenden RTT seiner Senderichtung verfolgen. Ein modifizierter
TCP-Empfänger wird
kontinuierlich den laufenden MinMLB und den laufenden RTT seiner
Empfangsrichtung verfolgen, d.h., Verfolgen des Flaschenhalsfensters
der entsprechenden Senderichtung des TCP-Senders.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird die Flusssteuerung in dem modifizierten TCP-Sender durch
das Flaschenhalsfenster seiner Senderichtung ergänzt, d.h., das Flaschenhalsfenster
wird zusammen mit dem angebotenen Fenster und dem Staufenster zum
Bestimmen des verwendeten Steuerungsfensters verwendet.
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Das
Steuerungsfenster wird als das Minimum der drei Fenster ausgewählt, was
bedeutet, dass der modifizierte TCP-Sender nicht mehr ausstehende
unbestätigte
Pakete aufweisen kann, als das Minimum des angebotenen Fensters,
des Staufensters und des Flaschenhalsfenster seiner Senderichtung.
Weiterhin bestimmt gemäß der vorliegenden Erfindung
der modifizierte TCP-Empfänger
das Flaschenhalsfenster seiner Empfangsrichtung und bietet dann
das Minimum des Flaschenhalsfensters und des Fensters, das er gemäß dem Standard-TCP
als das angebotene Fenster dem TCP-Sender anbietet, an (z.B. die
Eingabepuffergrenze).
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Wenn
die Ausführungsform
in einer Vorrichtung implementiert ist, die als ein Sender agiert,
dann kann die Bestimmung des RTT in der Senderichtung, die zum Bestimmen
des Flaschenhalsfensters verwendet wird, durch Messen des momentanen
RTT durch Überwachen
der Zwischenzeit zwischen dem Aussenden eines eine spezifische Sequenznummer aufweisenden
Bytes und dem Empfangen der sich auf den Empfang des Bytes beziehenden
Bestätigung
von dem Empfänger
durchgeführt
werden. Dieser Wert wird als M bezeichnet. Dann wird der Fehlerwert
Err berechnet und ein Mittelwert A wird bei jedem Messen von M in
der folgenden Weise aktualisiert: Err = M – A, A ← A
+ gErr,wobei g ein Verstärkungswert
zum Bestimmen des Mittelwertes ist. Ein typischer Wert von g ist
0,125. Der momentane Wert von A wird dann als der RTT-Wert verwendet,
der zum Berechnen des Flaschenhalsfensters dient.
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Wenn
die Ausführungsform
in einer Vorrichtung implementiert wird, die als Empfänger agiert, dann
kann die Bestimmung des RTT in der Senderichtung (d.h., die Richtung
von dem Sender zu dem Empfänger),
die zum Bestimmen des Flaschenhalsfensters verwendet wird, durch
Messen des momentanen RTT in einer modifizierten Weise ausgeführt werden.
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Der
laufende RTT-Wert, der wiederum als M bezeichnet wird, wird durch Überwachen
der Zwischenzeit zwischen dem Aussenden einer Bestätigung ACK
(n) durch den Empfänger
bestimmt, die den Empfang aller Bytes einschließlich und bis zu einer Byte-Zahl n bestätigt, und
die Bestätigung
durch den Empfänger
von dem TCP-Abschnitt, der eine Byte-Nummer n+1 einschließt. Der
verwendete Wert von RTT wird erneut bestimmt als A in der folgenden Weise: Err = M – A, A ← A
+ gErr,
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Da
die Situation in der umgekehrten Richtung nicht identisch zu der
Situation in der Senderichtung ist, tritt ein Problem auf, wenn
der eine Byte-Nummer n einschließende Abschnitt sich an dem
TCP-Sender verzögert,
z.B. weil die Anwendung ihn noch nicht freigegeben hat. In diesem
Fall sollte der gemessene momentane RTT M nicht verwendet werden,
um den Wert A zu aktualisieren, d.h., solche Werte von M sollten übersprungen
werden. Die Entscheidung zum Überspringen
wird auf der Basis der zwischen Paketsankunftszeit von durch den Empfänger empfangenen
TCP-Paketen durchgeführt.
Mit anderen Worten misst gemäß der vorliegenden
Erfindung der modifizierte Empfänger
die Paketzwischenankunftszeit während
der momentanen RTT und vergleicht die Ankunftszeit mit einem Schwellwert,
und wenn die Ankunftszeit den Schwellwert überschreitet, dann wird der
gemessene momentane Wert RTT nicht verwendet, um A in der oben erwähnten Formel
zu aktualisieren.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung bestimmt die Vorrichtung, die gemäß der vorliegenden Erfindung
läuft,
sei es als Sender oder als Empfänger,
den MinMLB als die Bandbreite seines Zugriffs-Links, der momentan
für die
Vorrichtung verfügbar
ist. Nur ein MLB wird bestimmt, was automatisch gleich dem MinMLB
ist. Da der Zugriffs-Link in beide Richtungen verwendet wird, d.h.,
Senden und Empfangen, muss keine Beschränkung zwischen Sende- und Empfangsrichtung
in diesem Fall gemacht werden. Der Zugriffs-Link ist der Link, der
die Vorrichtung mit dem nächsten
Router entlang der Verbindung verbindet. Gemäß dieser Ausführungsform
wird die verfügbare
Bandbreite durch den Link-Schichttreiber geliefert. Der Link-Schichttreiber hält eine
laufende Durchsatzmetrik, die die letzten aufkommenden in Betracht
zieht, d.h., sie misst den Datendurchsatz (in Bytes) über Zeitintervalle
und teilt die gemessenen Durchsätze
durch die Länge
dieser Intervalle als den Quotient des Durchsatzes und einer Intervalllänge, um
dadurch kontinuierlich die Bandbreite zu messen. Dies wird kontinuierlich
durchgeführt,
d.h., nachdem eine Messung über
ein Intervall geendet hat, wird die nächste begonnen. Eine andere
Möglichkeit
ist, einen offen Mittelwert über
eine Spanne eines gegebenen vergangen Zeitumfangs (z.B. einige Sekunden) zu
nehmen. Diese Funktion kann in den Link-Schichttreiber der Vorrichtung implementiert
werden durch geeignetes Implementieren eines verwendeten Link-Schichtprotokolls,
z.B. SLIP, PPP oder RLP. Verändern
der Implementierung bedeutet, dass das Standardprotokoll vollständig derart
erhalten wird, dass eine Kommunikation mit jeder Standardimplementierung
erhalten bleibt, d.h., Kompatibilität, aber dass die oben erwähnte spezielle
Funktion einer Bandbreitenbestimmung der Implementierung der Vorrichtung
hinzugefügt
wird, die gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
der Erfindung arbeitet.
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Konventionelle
Techniken zum Verbessern von TCP-Leistung erfordern, dass die Implementierungen
von beiden Endpunkten (d.h., Sender und Empfänger) von bidirektionalen Kommunikationspfaden
von TCPs modifiziert werden. Folglicherweise werden alle bestehenden
TCP-Implementierungen mit den Hosts, mit denen eine Kommunikation
nachgesucht wird, aufgewertet. Unter der heute gegebenen weiten
Streuung von Internet-Servern würde dies
unpraktisch sein. Andere Annäherungen
zum Verbessern einer TCP-Leistung erfordern ein Aufrechterhalten
von pro TCP-Flussstatus in einem Netzwerk, was ein Nachteil von
pro Fluss-Ressourcenanforderungen im Netzwert zur folge hat.
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Die
obige Ausführungsform
hat den Vorteil, dass eine TCP-Leistung
sowohl in der Sende-, als auch in der Empfangsrichtung durch Modifizieren
nur einer Seite einer End-zu-End-TCP-Verbindung erhöht wird.