TW419919B - TCP resegmentation - Google Patents

Description

五'發明說明⑴ — 傳輸控制協定再區隔系統 發明背景 領域 傳輪控制協定再區隔系統乃應用於電腦網路環境中， 特別是應用在兩台擁有不同最大傳輸單位（以下稱 "MTU")，卻同時以傳輸控制協定（以下稱„ Tcp")為主要 輪通訊協定的主機之間。 iLiJiw 當某個網際網路通訊協定（以下稱” IP")路由實體擁有 數個不同MTU的傳輸介面，而含有TCP信息的較大Ip封包， 卻必須由其中一個MTU較小的介面傳送出去，此時該路由 實體的處理方式，通常有下列兩種： 1 ·利用IP區隔處理技術’將該封包加以區隔處理；或 2,丟棄該封包，並往傳送端主機回送出網際網路控制 資訊協定（以下稱"ICMP”）「無法傳送至ICMp目的地； 需要區隔處理」的訊息。 ’ 隔處理的技術 厂 的IP片段，再由接收端主機負責加以重組還原：丢棄;; 、i = : f貝】會導致資料的流失，而向傳送端主機适 MTU级Λ肝目的地；需分段」訊息會導致主機減少 MTU路從並使用較小的j p封包 隔將重新紐^合#认太 、 當主機收到ΙΡ段落實，它二;給接收端主機 完整^ 屬將所有段落完全重新組合 、巴 靶將負载送給tcp。這需要接收端提令

9919 五、發明說明（2) 額外的暫存器與中央處理器資源，並增加接收TCp段落的 潛伏時間H如果任何—個段落流失或在輸送期間因 故遺失’整個原先的TCP段落都必須重送。 •遺失IP封包並將「無法送抵ICMP目的地；需分段」訊 息送給傳送端主機會導致主機的路徑Μτϋ發現演算法為該 路徑選擇較小的MTU，並在未來的傳送過程中使用較小的 果發生這種情形，它會強迫能夠使用較大MTU的主 小的MTU，因此降低該主機的效率。整個yep段落 也需要重新傳送。 最好讓能夠傳送較大IP封包的主機傳送較大的封包， 即使它傳送的路經無法傳輸大型Ip封包。最好也不要叫接 收端主機負擔將各IP段落組合為ιρ封包的責任。最後，最 讓：路連線各站不需使用路徑界面上最小的 月'j k下’具備上述的能力。 發明概論 再提Γ 了一種再區隔實體’這種實體能實施7(^ ΞΪΪί:對接收端的主機在收到封包時，會以為它 ίΐΠΐί,τ中央處理器來重組IP。因此接收端主機 ί 段落的IP資料封包時，面臨的潛伏 時間也比需要處理TCP段落時來得低。傳 最大的MTU傳送TCP段落，而不需考虜4 鈿機也可以 匕知道居間路由的實體可以確保Tcp再區 包含再區隔TCP段落的IP資料封包遺 丁 °遇失，傳送端主機僅需 第6頁 五、發明說明（3) --- =新傳送實際遺失的TCp資料，而不需重送整個μ段落 圖1是顯示主機通訊協定堆疊的方塊圖。 圖2是根據本發明設計的再區隔實體之方塊圖。 圖3是根據本發明設計的主機通訊 圖4以圖解代表TCP/IP封包。 万尾圖 圖5以圖解代表根據本發明再區隔的封包。 圖6是根據本發明在電子網路中再區隔的方塊圖。 主A明詳細描诚 本發明提供了一種再區隔實體，這種實體能實施一種 新的TCP再區隔技術，使得接收端的主機在收到封包 時，會以為它們是專門針對接收端主機的MTU傳送的。接 收=主機不需提供暫存器或利用中央處理器來重组IP。接 收端主機在接收包括再區隔Tcp段落的IP資料封包時，面 臨的潛伏時間也比處理TCP段落時來得低。還有傳送端主 機可以最大的MTU傳送TCP段落，而不需考慮接收站的 MTU，知道居間路由的實體可以確保TCp再區隔會進行。萬 一包含再區隔TCP段落的ip資料封包遺失，傳送端主機僅 需重新傳送實際遺失的TCP資料，而不需重送整個Tcp段 圖1顯示了 一套提供主機通訊協定堆疊的系統的方塊 圖。根據圖1所示，一套系統10包括一或多種應用軟體 1 2、一套作業系統1 3、一套傳輸控制協定實體丨4、一套使 用者資料封包傳輸協定（UDP)實體15、一套網際網路協定 五、發明說明（4) :體16、以及一或多種網路裝置驅動 發明可應用在任何系統上，例如圖】 18 /9。本 收端主機或傳送端主機。本發明獨 可此疋接 MTU大小對收發都沒有影響。因特的種點在於主機的 路的異質企業可以使用這種發明，而有不多會種; 必須修改主機’就可以提供整個企業的通訊。、'’靶或 圖2是顯示再區隔實體的方塊圖，型態如路 i再區隔實體也包括轉送一套路由器2〇、 丄 器22、一套網際網路協定實體16、 ：：再區： 27、28、29。力夫浐加士 怎广 人夕嘗網路界面 在本範例中，再區隔實體裝在路由器内，這 為了解說的方便。這種實體可以裝在 橋接器、交換器、或傳送端主機= 程式、或網路界面。 圖3是根據本發明設計的主機通訊的方塊圖。在圖3 中’第一套系統20裝在小型MTU網路34上，第二条糸祐u 則裝在大侧網路35上。在這兩套網路上的：統=過 路由器21交換資訊，而路由器21則包括圖2中的再分段實 體。 圖4以圖解代表tcp/ip封包44，它包含一套ip標頭 45、一套TCP標頭46、和原始段落47。本發明不像傳統的 辦法一樣只靠I P分段，或避免丨P分段，它提供了一套混合 運用IP分段與TCP再區隔的系統。它讓IP和代卩通訊協定實 體忐夠運用大型MTU帶來的高效率，但不需要所有連線的 網路與主機都支援大型訂u。

，此’本發明提供了-種名為Tcp再區隔的機制，它 能將早-的TCP段落劃分為多個稱為子段落的代口段落。這 種再分段發生在網路元f (路由器、橋接器、交換器）的 中繼跳躍中，或在傳送主機的驅動程式或網路界面中。 圖5以圖解代表根據本發明再區隔的封包。因此原始 IP資料封包44 (請參照圖4 )中的原始段落47被劃分為多 的子段落52、53、54，各段落都被包含在完整的資料封包 61、63、65中’每-個都包括—套Ip標頭…、祝、· 與再區隔的tcp標頭51a、51b、51c。再區 TCP再分段執行的。 疋很龈 五、發明說明（5) 圖6是根據本發明在電子網路中再區隔的方塊圖。根據本 發明，TCP再區隔的建議實施方式如下： 如果IP路由、橋接、交換實體21包括網路界面27、 28、29 (各界面的MTU皆不同），而來自傳輸站的大型Ip 資料封包44必須行經界面27 (其ΜΤϋ較小），該1{)資料封 包包括完整的tcp段落，這時候該封包就會根據Tcp再區隔 决算法再區隔為多個小型TCp子段落61、63、65。這讓接 收站60能夠獨立地處理各TCp子段落，而不需在接收站上 為IP重組提供額外的暫存器或中央處理器資源。 、、如果TCP子段落不慎遺失，傳送端主機62僅需重新傳 送遺失的TCP資料’而不需重新傳送整個TCP段落，因為 TCP流中的所有位元組都有個別編號與確認。 TCP再區隔會忽視’也可能修改丨p不得分段位元。同 樣的’ MTU發現演算法可能故障，因為它會指出能運作的 4 19919 五、發明說明（6) " ----- 最大MTU是局部界面上的]^几，而不一定是路徑中每一個 節能用的最小MTU。 a tcp再區隔需要再分段實體針對包括非Tcp的傳輸控制 協定，以及不符合再區隔標準的Tcp封包進行1{5分段。 由於TCP需要針對每—個新段落產生新的核對，因此 再區隔疋種處理器密集的作業。也因為如此，tcp再區 隔最好（雖然不一定要）透過硬體的協助。 分段封包的原始傳送者在分段接收時，可能收到該 段的部分確認符冑。雖然這是TCP傳輸協定定義所允許 的’但某些TCP傳輸控制協定實施方式可能無法 理這種情形。 爽 下面是TCP再區隔演算法的偽碼範例，原始的段落尚 未被區隔，也不包括任何^或代選項。它不會減少Ip ° 攔位nt、視IP不得區隔位元。如果它無法針對任 包進仃再分段’它也會關閉該封包的1?不得區隔位元。它 會開啟所有再區隔封包的I p不得區隔位元。 演算法 如果收到的封包為IP，且 IP長度超過MTU，且 沒有IP選項，且 IP資料封包尚未區隔，且 傳輸協定為TCP，且 沒有TCP選項，然後 將剩餘負料長度設為原始資料長度

第10胃 4 19 919 五、發明說明（7) 將現有資料指標設為原始資料指標 將新緊急指標設為原始緊急指標 將現有序列號碼設為原始序列號碼 當剩餘資料長度不是零 為新段落找一個新的傳輸暫存器 將新段落長度設為剩餘資料長度與出口 MSS兩者之 中較小者 將原始I P與TCP標頭複製到新傳輸暫存器中 如果TCP SYN位元有設定，且 這不是第一個子段落，然後 關閉TCP SYN位元 如果TCP FIN位元有設定，且 這不是最後一個子段落，然後 關閉TCP FIN位元 如果TCP PUSH位元有設定，且 這不是最後一個子段落，然後 關閉TCP PUSH位元 如果TCP URG位元有設定，且 新緊急指標不是零，然後 將緊急指標設為新緊急指標 如果新緊急指標指到子段落内，然後 將新緊急指標設為零 另外 將新緊急指標減去子段落長度

第11頁 4 1 3 31 9 vt 五、發明說明（8) 另外 關閉TCP URG位元 將緊急指標設為零 將TCP序列號碼設為現有序列號碼 將現有序列號碼加上子序列長度 將I P資料報長度設為新I P資料報長度 開啟I P不得分段位元 將剩餘資料長度減去子段落長度 將資料從現有資料指標複製到 新傳輸暫存器的資料部分 複製長度相當於子段落長度 將現有資料指標加上子段落長度 重新計算TCP核對和 重新計算IP核對和 送出新段落 最後 釋放原始資料緩衝器 另外 關閉IP不得區隔位元 雖然文中描述的發明指的是推薦的實施方式，但對這 方面有研究的人士一定能瞭解也可以用其他方式來取代文 中描述的方式，而不至於偏離目前發明的精神與範圍。同 樣地，本發明不應受到下列主張的限制。

第12頁 4 1 9 91 9 ^ 五、發明說明（9) 原件符號對照說明表:

第13頁 10 系統一 12 應用軟體 13 作業系統 14 傳輸控制協定實體 15 使用者資料封包傳輸協定實體 16 網際網路協定實體 17 網路裝置驅動程式 18 網路裝置驅動程式 19 網路裝置驅動程式 20 路由器 21 路由器 22 TCP再區隔器 27 網路界面 28 網路界面 29 網路界面 32 系統二 34 小型MTU網路 35 大型MTU網路 44 TCP/IP封包 45 IP標頭 45a IP標頭 45b IP標頭 45c IP標頭 4 19 919 4 五、發明說明（ίο) 46 TCP標頭 47 原始段落 5 1 a T C P標頭 51b TCP標頭 51 c T C P標頭 52 子段落 53 子段落 54 子段落 60 接收站 62 傳送端主機

第14頁

Claims (1)

1. ;1 9 91 9 i 六、申請專利範圍 ±—建…專利範圍 1. 一種透過電子網路在二或多個主機間交換封包的裝置 ，其主機之中至少有一個傳送與接收的資訊封包在大 小上和其他兩個或更多的主機不同，包括： 在其一個或多個主機内，或其個別網路界面中、或其 電子網路上的再分段實體，其目的為將其資訊封包較 大型的資訊段落再區隔，以產生多個位於相對應資訊 子封包中的較小子段落。 2. 如申請專利範圍第1項所述的裝置，當其接收端主機收 到大小符合其資訊封包規定的資訊封包時，就像這些 封包是特別針對其接收端主機傳送的一樣。 3. 如申請專利範圍第1項所述的裝置，當傳送端主機傳輸 資訊封包時，不需考慮接收端主機對資訊封包大小的 要求。 4. 如申請專利範圍第1項所述的裝置，其再分段實體為一 中繼轉送實體。 5. 如申請專利範圍第1項所述的裝置，萬一其中包含子段 落的I P資料封包不慎遺失，傳送端主機僅需再度傳送 遺失的TCP資料，而不需傳送整個段落。 6 .如申請專利範圍第1項所述的裝置，其各主機皆為一I P 主機，且其主機皆使用TCP作為傳輸控制協定。 7.如申請專利範圍第1項所述的裝置，至少一個其主機包 括一套系統，該系統包括一或多種應用軟體、一套作 業系統、一套傳輸控制協定實體、一套網際網路協定

   第16頁 i 1 9 91 9 ':夺 六、申請專利範圍 實體、與一或多種網路裝置驅動程式。 8.如申請專利範圍第1項所述的裝置，其各主機的MTU和 傳送與接收目的無關，因此亦可提供給裝備多種不同 系統與網路的異質企業，而不會影響系統性能或必須 修改主機，就可以提供整個企業的通訊。 9 ·如申請專利範圍第1項所述的裝置，其再區隔實體包括 一套轉送引擎、一套TCP再區隔器、一 IP層、以及一或 多種網路界面。 1 0 ·如申請專利範圍第1項所述的裝置，其再區隔實體可 能為一路由器、橋接器、交換器、或傳送端主機的驅 動程式或網路界面D 11.如申請專利範圍第1項所述的裝置，其原始資訊封包 為一I P資料封包，該資料封包包括一套I P標頭、一套 TCP標頭、與TCP資料。 1 2.如申請專利範圍第1項所述的裝置，各再區隔封包為 一 I P資料封包，該資料封包包括一套I P標頭、一套再 區隔TCP標頭、與再區隔TCP資料。 1 3 .如申請專利範圍第1項所述的裝置，其再區隔實體將 針對包括非傳輸控制協定的資訊封包執行I P分段。 14. 一種透過電子網路在二或多個主機間交換封包的再區 隔實體，其主機之中至少有一個傳送與接收的資訊封 包在大小上和其他兩個或更多的主機不同，其再區隔 實體包括： 在其一個或多個主機内，或其個別網路界面中、或

   第17頁 11 9 91 9 ιϋΐ 六、申請專利範圍 其電子網路上、不同於其主機的再區隔器，其目的為 將其資訊封包中較大型的資訊段落再區隔，以產生多 個位於相對應資訊子封包中的較小子段落。 1 5. —種透過電子網路在二或多個主機間交換封包的方 法，其主機之中至少有一個傳送與接收的資訊封包在 大小上和其他兩個或更多的主機不同，其方法包括下 列步驟： 將其資訊封包中較大型的資訊段落再區隔，以產生多 個位於相對應資訊子封包中的較小子段落；並將其資 訊子封包轉送給接收端主機。 1 6.如申請專利範圍第1 5項所述的方法，當其接收端主機 收到大小符合其資訊封包規定的資訊封包時，就像這 些封包是特別針對其接收端主機傳送的一樣。 1 7.如申請專利範圍第1 5項所述的方法，當傳送端主機傳 輸資訊封包時，不需考慮接收端主機對資訊封包大小 的要求。 1 8.如申請專利範圍第1 5項所述的方法，其再分段步驟係 由一包括中繼轉送實體之再區隔實體為之。 1 9.如申請專利範圍第1 5項所述的方法，萬一包含再區隔 段落的封包不慎遺失，傳送端主機僅需再度傳送遺失 的TCP資料，而不需傳送整個段落。 2 〇 .如申請專利範圍第1 5項所述的方法，其各主機皆為一 I P主機，且其主機皆使用TCP作為傳輸控制協定。 2 1.如申請專利範圍第1 5項所述的方法，至少一個其主機

   第18頁 .1 9S1 9」i 六、 _請專利範圍 包 括 一 套 系 統 該 系統 包 括 一 或 多種 應 用軟體 、 一套 作 業 系 統 、 一 套 TCP傳輸控制協定實體 、一套網際網 路 協 定 實 體 、 與 一 或多 種 網 路 裝 置驅 動 程式。 22 如 中 請 專 利 範 圍 第 1 5項 所 述 的 方 法， 其 各主機 的 MTU 和 傳 送 與 接 收 目 的 無關 因 此 亦 可提 供 給裝備 多 種不 同 系 統 與 網 路 的 異 質企 業 而 不 會影 響 系統性 能 或必 須 修 改 主 機 就 可 以提 供 整 個 企 業的 通 訊。 23 •如 中 請 專 利 範 圍 第 18項 所 述 的 方 法， 其 再分段 實 體包 括 一 套 轉 送 引 擎 一套 TCP再區隔器 、 —- -套網際網路 協 定 實 體 N 以 及 一 或多 種 網 路 界 面。 2 4.如 中 請 專 利 範 圍 第 18項 所 述 的 方 法， 其 再區隔 實 體可 能 為 一 路 由 器 Λ 橋 接器 、 交 換 器 、或 傳 送端主 機 的驅 動 程 式 或 網 路 界 面 g 25 .如 中 請 專 利 範 圍 第 1 8項 所 述 的 方 法， 其 資訊封 包 為一 IP資 料 封 包 該 資 料封 包 包 括 — 套IP標 頭、一 套 TCP 標 頭 與 TCP資料 > 26 如 中 請 專 利 範 圍 第 18項 所 述 的 方 法， 其 各再區 隔 封包 為 一 IP資 料 封 包 該資 料 封 包 包 括一 套 I P標頭 再 分 段 TCP標頭 •與再區隔TCP資 料。 27 ，如 中 請 專 利 範 圍 第 18項 所 述 的 方 法， 其 再區隔 實 體將 針 對 包 括 非 TCP傳輸控制協定的資訊封包執行 [P分 段 0 28 ^ 一 種 透 過 電 子 網 路 在二 或 多 個 主 機間 交 換封包 的 再區 隔 方 法 其 主 機 之 中至 少 有 個 傳送 與 接收的 資 訊封

   第19頁 六、申請專利範圍 包在大小上和其他兩個或更多的主機不同，其再區隔 方法包括下列步驟： 提供位於其電子網路，但獨立於其主機的再區隔器， 該再區隔器亦可裝在其主機或網路界面上；並將其資 訊封包中較大型的資訊段落再區隔，以產生多個位於 相對應資訊子封包中的較小子段落。

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