基于制造技术

本发明专利技术公开了一种基于

【技术实现步骤摘要】
基于TCP
‑
BPF的动态网络自适应修改方法


[0001]本专利技术涉及
TCP
动态网络修改领域，尤其涉及一种基于
TCP
‑
BPF
的动态网络自适应修改方法
。

技术介绍

[0002]当客户端与服务端建立
TCP
连接时，通常情况下与
TCP
相关的参数大多都是默认的，比如
TCP
所采用的拥塞控制方案，初始拥塞窗口大小
、
以及
UTO、
延迟
ACK
的大小等，但是在网络环境发生变化时，如网络环境从低带宽高延迟变为高带宽低延迟，或丢包率徒增，网络波动时，对于当前
TCP
连接的参数，可能就不是最优解了
。
[0003]其次，有时需要去修改
TCP
相关参数来适应应用层的需求，如
TCP UTO(User Timeout
，用户超时时间
)
，需要根据不同的应用层的场景来设置不同的
UTO
，而非默认值；再如，在智能手机上运行的
app
需要针对短数据包优化的重传技术，而数据中心服务器可以则需要另一种拥塞控制方案，即需要实现客户端的定制化
。
[0004]Linux TCP
协议栈现在有一些方式来对
TCP
连接参数进行修改，如基于通用规则的自适应配置，或通过修改相应文件来调整参数等方式，但这些方式都存在一些问题
。
[0005]Linux TCP
协议栈现在有一些方式来对
TCP
连接参数进行修改，
TCP
连接参数在标准情况下通常是根据默认配置进行设置的
。TCP
协议栈会在建立连接时使用一组默认的参数来初始化连接，并在连接过程中根据一些固定的算法和规则进行调整，但这种方式虽然比较灵活，但缺点也很明显，是基于一些通用的原则和算法，可能不适用于所有的特定情况
。
在某些特殊应用场景下
(
如网络情况发生明显波动
)
，可能需要根据特定需求
。
除此之外，还可以使用配置文件的方式来对参数进行调整
。
通常可以在
/proc/sys/net/ipv4
或
/proc/sys/net/ipv6
目录下找到，并通过修改相应的文件来进行调整，这种方式的弊端是非常不灵活，无法在
TCP
保持连接的过程中自适应地变化
。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于
TCP
‑
BPF
的动态网络自适应修改方法
。
[0007]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于
TCP
‑
BPF
的动态网络自适应修改方法，包括以下步骤：
[0008](1)
使用
eBPF
获取
TCP
协议栈中的关键数据，并基于
eBPF
的
map
将关键数据传递到用户态，同时收集应用层的第一信息，将关键数据和第一信息作为衡量指标，以计算出适配当前网络环境的一组最优
TCP
参数集；其中，所述关键数据包括网络带宽相关数据
、
网络延迟相关数据
、
网络稳定性相关数据
、
丢包率相关数据和延迟
ACK
相关数据；所述第一信息包括对连接持久性的需求和数据传输模式；所述
TCP
参数集包括拥塞控制算法
、
初始拥塞窗口大小
、
用户超时时间和延迟
ACK
；
[0009](2)
使用
TCP
‑
BPF
提供的
tcp_options_write()
方法将所述步骤
(1)
得到的最优
TCP
参数集插入到
TCP Header
中的
options
字段中，并将更新后的
TCP
参数集中的
TCP
参数同步至服务端，以实现
TCP
参数的传递；
[0010](3)
服务端在收到
TCP
报文时，通过
TCP
‑
BPF
提供的
tcp_parse_options()
方法对
options
字段进行解析，并使用
eBPF
提供的
bpf_setsockops
和
setsockops
辅助函数将接收到的最优
TCP
参数集应用到服务端的当前
TCP
连接中
。
[0011]进一步地，所述拥塞控制算法包括
Reno
算法
、NewReno
算法
、CUBIC
算法
、BBR
算法和
Vegas
算法
。
[0012]进一步地，所述步骤
(1)
中，使用
eBPF
获取
TCP
协议栈中的关键数据，具体包括：
[0013]网络带宽相关数据：通过
struct tcp_sock
中的
__u32 snd_cwnd
获取拥塞窗口大小；通过
struct tcp_sock
中的
__u32 snd_ssthresh
获取慢开始门限；通过
struct tcp_sock
中的
__u32snd_cwnd_cnt
获取拥塞窗口大小的增长情况；通过
struct tcp_sock
中的
__u32 snd_cwnd_clamp
获取拥塞窗口大小的最大值限制；
[0014]网络延迟相关数据：通过
struct tcp_sock
中的
__u32 srtt_us
获取往返时间；通过
struct sock
中的
struct rate_sample
获取与往返时间和传输速率相关的统计信息；
[0015]丢包率相关数据：通过
struct tcp_sock
中的
__u32 retrans_out
获取当前重传队列中的数据包数量；
[0016]网络稳定性相关数据：通过
struct tcp_sock
中的
__u32 mdev_us
获取往返时间的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于
TCP
‑
BPF
的动态网络自适应修改方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)
使用
eBPF
获取
TCP
协议栈中的关键数据，并基于
eBPF
的
map
将关键数据传递到用户态，同时收集应用层的第一信息，将关键数据和第一信息作为衡量指标，以计算出适配当前网络环境的一组最优
TCP
参数集；其中，所述关键数据包括网络带宽相关数据
、
网络延迟相关数据
、
网络稳定性相关数据
、
丢包率相关数据和延迟
ACK
相关数据；所述第一信息包括对连接持久性的需求和数据传输模式；所述
TCP
参数集包括拥塞控制算法
、
初始拥塞窗口大小
、
用户超时时间和延迟
ACK
；
(2)
使用
TCP
‑
BPF
提供的
tcp_options_write()
方法将所述步骤
(1)
得到的最优
TCP
参数集插入到
TCP Header
中的
options
字段中，并将更新后的
TCP
参数集中的
TCP
参数同步至服务端，以实现
TCP
参数的传递；
(3)
服务端在收到
TCP
报文时，通过
TCP
‑
BPF
提供的
tcp_parse_options()
方法对
options
字段进行解析，并使用
eBPF
提供的
bpf_setsockops
和
setsockops
辅助函数将接收到的最优
TCP
参数集应用到服务端的当前
TCP
连接中
。2.
根据权利要求1所述的基于
TCP
‑
BPF
的动态网络自适应修改方法，其特征在于，所述拥塞控制算法包括
Reno
算法
、NewReno
算法
、CUBIC
算法
、BBR
算法和
Vegas
算法
。3.
根据权利要求1所述的基于
TCP
‑
BPF
的动态网络自适应修改方法，其特征在于，所述步骤
(1)
中，使用
eBPF
获取
TCP
协议栈中的关键数据，具体包括：网络带宽相关数据：通过
struct tcp_sock
中的
__u32 snd_cwnd
获取拥塞窗口大小；通过
struct tcp_sock
中的
__u32 snd_ssthresh
获取慢开始门限；通过
struct tcp_sock
中的
__u32snd_cwnd_cnt...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐新杰，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：