一种提高端到端数据传输速率的方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种提高端到端数据传输速率的方法及系统。该方法的思路为：利用源节点和目的节点之间的多条间接路径和直接路径；在每条路径上创建多个ＴＣＰ连接，在路径选择过程中，记录所有ＴＣＰ连接的耗时，关闭连接超时的ＴＣＰ连接；接收方向所有建立的ＴＣＰ连接发送探测数据包；中转服务器将收到的探测数据包转给发送方；发送方根据探测包到达的先后顺序决定采用哪些ＴＣＰ连接并沿探测数据包走过的路径向接收方分块传递文件。该系统包括可用路径获取单元、ＴＣＰ连接请求单元、可用路径优选单元、探测包发送单元、探测包中转单元及数据发送单元。本发明专利技术适用于互联网上端到端的大文件传输，可以有效解决端到端的文件传输速度的提升问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及计算机网络通信领域，具体涉及一种通过采用多路、多TCP连接来提高端到端数据传输速率的方法及系统。
技术介绍
计算机技术，特别是具备多媒体功能的个人计算机以及互联网的技术发展与应用普及带来了各类数据密集型应用，比如视频的复制和在线播放；大规模Web数据或交易数据库的复制和检索。这类应用的用户的广泛性(包括数量和分布位置)对跨网络的大文件传输速率提出了很高的要求。 从网络接入技术看，虽然IOOM甚至1000M以太网卡使用已经非常普遍，但用户实际能够获得的传输速度一般要小于这个值。图l给出的是分布在互联网上、跨越3个自治系统的总共15个测量点两两之间的数据传输速率的分布情况，所有测量点的接入带宽均为100Mbit/秒。图中最左边的虚线描述了单个TCP (Transmission Control Protocol)连接所能够获得的传输速度。其中在单个TCP连接中，仅有两方进行彼此通信，该曲线表明在总共210个测量点对中，约200对只能够获得小于20Mbit/秒的速度，占总数的95%。 造成这种现象的原因主要有两点1) 一次跨网络的数据传递中间可能经过多个路由器。只要其中任何一台路由器出现了拥塞，就会影响最终能够获得的端到端的传输速度；2)早期对传输控制协议TCP设计非常强调公平性，从全局看，TCP的拥塞控制策略需要保证在多个TCP连接之间公平地分配可用带宽资源，为此，TCP协议采用了比较保守的拥塞控制策略，最常用的是AIMD (Additive IncreaseMultiplicative Decrease,加法增，乘法减)，即在没有发生丢包的情况下，在一个往返时延内，发送方使发送窗口增加一个单位。一旦发生了丢包，发送方使发送窗口减半。因为一次丢包事件可能是偶然产生的，并不意味着一定发生了拥塞，发送窗口减半会影响发送方向网络中注入数据包的速度，因此这样的策略在网络空闲和轻度拥塞的时候不能够充分利用下层网络基础设施提供的通讯带宽。 另外，当今互联网基础通讯设施是高度冗余的，任意两个节点之间往往存在有多条网络路径。与此同时，下层路由协议计算出的网络路径(简称直接路径)往往并不是最优路径。众多的参考文献和实验均表明无论是从RTT(Round-Trip Time)往返时延还是从可用带宽两个指标衡量，在当今的互联网上，70%到80%的情况下存在着一条或者多条性能优于直接路径的间接路径。从本世纪初，围绕覆盖网络(Overlay Network)开展的各类研究的一个基本出发点就是要利用这些间接路径提高互联网通讯的可靠性和性能。覆盖网络的基本技术路线就是在已有的IP路由基础设施之上布置多台服务器，服务器之间通过交换网络拓扑和负载信息，协同为用户提供间接路由服务。已有的围绕间接路径开展的研究往往强调当直接路径发生故障的时候，如何从所有可用的间接路径中选出一条最优的路径替换原来的路径，这样提高的数据传输速率是有限的。并行TCP (Parallel TCP)已经被证明是一种行之有效的提高端到端数据传输速度的技术手段。并行TCP技术在发送方和接收方之间建立多个TCP连接，发送方分块传递数据，接收方重新组合数据。实验数据和理论分析均表明，在网络空闲和轻度拥塞情况下， 并行TCP能够获得的传输速率随TCP连接数线性增长。并行TCP属于应用层的技术，对该 技术的应用不需要修改网络层路由协议和传输层的TCP协议，但是单纯的利用并行TCP技 术来提高的端到端的数据传输速率是有限的，还有待于进一步提高。 在数据跨网络传输领域，还有另外一类基于对等计算P2P(peer-to-peer)的数据 传输技术，比如Bittorrent，迅雷，网络蚂蚁等。这类技术所要解决的根本问题是提高大文 件从一点到多点或者多点到一点的分发速度。其基本的技术路线就是利用网络中已经存在 的多个或者部分的文件复本，通过文件分块传输的技术提高文件的复制速度。这类技术的 一个基本的特征就是文件的知名度越高即复本越多，复制的速度就越快。但若在文件开始 复制之前，网络种不存在任何复本，该数据传输技术不能提高端到端的数据传输速度，即不 能提高点到点的文本复制速度。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种提高端到端数据传输速率的方法，适用于互联网上端到端的大文件传输，有效解决端到端文件传输速度的提升问题。 为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案 —种提高端到端数据传输速率的方法，应用于包括中转服务器的覆盖网络中，该 方法包括步骤 获取接收方到发送方之间的直接路径和间接路径； 在每条直接路径和每条间接路径上均发出若干个TCP连接请求； 记录所有TCP连接的耗时，关闭超过设定时间的TCP连接； 接收方通过所有建立的TCP连接向发送方发出探测数据包； 发送方在接收到探测数据包后，沿探测数据包走过的路径开始向接收方分块传递 文件。 其中，该方法中获取接收方到发送方之间的间接路径步骤中，所获取间接路径上的中转服务器数目小于设定值。 其中，所述设定值为2。 其中，沿探测数据包走过的路径开始向接收方分块传递文件步骤中，最终所采用 的路径数目小于设定路径数。 其中，所述探测数据包由本次数据传递的相关参数构成，所述相关参数包括传递 文件的文件名、TCP连接超时所用的设定时间、发送方最终采用路径数目所用的设定路径数 和填充数据构成。 其中，发送方采用异步socket,在分块传递文件过程中，针对每一直接路径或间接 路径所对应的socket，发送方跟踪前后数据块发送成功的时间差，在保证总路径数不小于 设定最小路径数的条件下，发送方关闭花费时间超过设定最大时间值的直接路径或间接路径。 其中，发送方向接收方分块传递文件过程中，所经过的间接路径上由中转服务器 将数据块转发给接收方，所述中转发服务器采用异步socket,在转发数据块的过程中，若中 转发服务器发现本地积累的数据块超过阈值数，则停止读发送方发送过来的数据块。 其中，所述数据块为固定长度数据块，依次包括数据块编号、块内偏移和文件数 据，接收方依据数据块编号判断最后一个数据块的出现，并依据块内偏移获取接收文件的 长度。 其中，每条直接路径和每条间接路径上发出的TCP连接请求的个数n均为 2《n《12。 其中，所述设定路径数为12，所述设定最小路径数为3。 其中，所述数据块中所述数据块编号占用4个字节长度，所述块内偏移占用2个字 节长度，所述文件数据占用4K字节长度。 本专利技术还提供了一种提高端到端数据传输速率的系统，该系统主要包括 可用路径获取单元，用于获取接收方到发送方之间的直接路径和间接路径； TCP连接请求单元，用于在每条直接路径和每条间接路径上均发出若干个TCP连 接请求； 可用路径优选单元，用于记录所有TCP连接的耗时，关闭超过设定时间的TCP连 接； 探测包发送单元，由接收方通过所有建立的TCP连接向发送方发出探测数据包； 探测包中转单元，用于在间接路径上通过中转服务器将接收的探测数据包转发到 发送方； 数据发送单元，用于在发送方在接收到探测数据包后，沿探测数据包走过的路径 开始向接收方分块传递文件。 其中，该系统还包括最终采用路径决策单元，用于在发送方开始向接收方分块传 递文件后，记录所采用的路径数，当所采本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高端到端数据传输速率的方法，应用于包括中转服务器的覆盖网络中，其特征在于，该方法包括步骤：获取接收方到发送方之间的直接路径和间接路径；在每条直接路径和每条间接路径上均发出若干个ＴＣＰ连接请求；记录所有ＴＣＰ连接的耗时，关闭超过设定时间的ＴＣＰ连接；接收方通过所有建立的ＴＣＰ连接向发送方发出探测数据包；发送方在接收到探测数据包后，沿探测数据包走过的路径开始向接收方分块传递文件。

【技术特征摘要】
一种提高端到端数据传输速率的方法，应用于包括中转服务器的覆盖网络中，其特征在于，该方法包括步骤获取接收方到发送方之间的直接路径和间接路径；在每条直接路径和每条间接路径上均发出若干个TCP连接请求；记录所有TCP连接的耗时，关闭超过设定时间的TCP连接；接收方通过所有建立的TCP连接向发送方发出探测数据包；发送方在接收到探测数据包后，沿探测数据包走过的路径开始向接收方分块传递文件。2. 如权利要求1所述的提高端到端数据传输速率的方法，其特征在于，该方法中获取接收方到发送方之间的间接路径步骤中，所获取间接路径上的中转服务器数目小于设定值。3. 如权利要求2所述的提高端到端数据传输速率的方法，其特征在于，所述设定值为2。4. 如权利要求1或2所述的提高端到端数据传输速率的方法，其特征在于，沿探测数 据包走过的路径开始向接收方分块传递文件步骤中，最终所采用的路径数目小于设定路径 数。5. 如权利要求4所述的提高端到端数据传输速率的方法，其特征在于，所述探测数据 包由本次数据传递的相关参数构成，所述相关参数包括传递文件的文件名、TCP连接超时所 用的设定时间、发送方最终采用路径数目所用的设定路径数和填充数据构成。6. 如权利要求1或2所述的提高端到端数据传输速率的方法，其特征在于，发送方采 用异步socket，在分块传递文件过程中，针对每一直接路径或间接路径所对应的socket, 发送方跟踪前后数据块发送成功的时间差，在保证总路径数不小于设定最小路径数的条件 下，发送方关闭花费时间超过设定最大时间值的直接路径或间接路径。7. 如权利要求1或2所述的提高端到端数据传输速率的方法，其特征在于，发送方向接 收方分块传递文件过程中，所经过的间接路径上由中转服务器将数据块转发给接收方，所 述中转发服务器采用异步socket，在转发数据块的过程中，若中转发服务器发现本地积累 的数据块超过阈值数，则停止读发送方发送过来的数据块。8. 如权利要求1或2所述的提高...

【专利技术属性】
技术研发人员：张进宇，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]