广域网并行TCP加速系统的研究与实现

黄滔　叶立芳

摘 要：本文主要对广域网并行TCP加速系统进行研究，对并行TCP加速系统的实现提出了一些看法，以供参考。

关键词：互联网；广域网；加速系统

中图分类号：TP39 文献标识码：A

一、概述

网络技术发展至今，其功德无量造福着全人类。在各种迅速发展的电子商务、网游等业务中，提出了对处理数据速度及网络的传输速度更高的要求。在高带宽延时广域网的发展中，传统的TCP将难以适应。在高带宽延时的网络条件下，TCP流将有抖动的发生，在不停的抖动下让路由器中的队列长度产生未稳定性状态，且TCP的性能方面会伴随着链路带宽或延时的增加而降低。一些学者们对TCP的拥塞控制机制加以改进，经由加以改变TCP拥塞窗口的调整参数，使其在互联网中发挥更好的性能，而并行TCP主要是经由TCP流之间的相互协作及让TCP连接的数目有所增加，从而有助于网络传输的性能方面的提高。

并行TCP加速系统的设计

二、在当前的广域网中，主要存在着三个方面的问题，它们分别是带宽、延迟与可靠性，对并行TCP广域网加速系统的设计采取双网关模式，该加速系统主要由系统配置、会话控制的接入、数据应用管理与网关间传输控制该四个模块构成。

1 系统配置。该模块方便用户针对各种不同服务同其侧重的优化指标配置系统参数，同时能达成加速效应，例如设置并发流的数目和调度方式，以及多种策略自身的参数等等。

2 会话控制的接入。此模块可让管理会话、同步控制会话与会话数据流量的控制得以实现。按用户的需求而言，能对局域网中的各种服务应用进行访问，在系统中分组管理各种会话，可按服务应用的端口同IP地址来进行。在管理会话当中经由所接入会话设置的ID码，促使会话的迅速控制与定位得以实现。因进行设计时采取双网关加速模式，数据传输是由网关两端会话接入同网间并行TCP隧道一同协作得以完成，在启动系统的时候服务器端会话已成功创建，在准许会话接入负载时，服务器端网关会分配一个空闲会话连接于接入客户端网关新会话里，共同与网间隧道组成数据链路1条，以此达成用户与服务器间进行传输数据。

3 数据应用管理。此模块功能是对数据进行转化转发，当中含有分块封装的会话数据、分配转发控制及分发控制、网间数据的重组解析。

该模块经由对会话类型加以判断，分别完成对会话数据的接入与网间隧道会话数据的操作处理。系统将按会话接入的会话号同组标识进行分块封装其数据，分配给相对应的网间隧道会话需依据分配数据的策略，然后对网间隧道会话数据加以解析，然后进行获取控制信息，把当中的有效数据分发至对应的接入会话。

4 网关间的传输控制。在此模块中，可实现隧道TCP会话的接入控制与输送隧道数据，也就是网关间并行TCP隧道的管理，在隧道TCP会话接入的控制过程中，它是按配置文件的服务器端网关的IP及隧道侦听端口对隧道TCP会话分组进行有效管理，由此产生并行TCP隧道。该系统的准确定位是经由隧道TCP会话标识同隧道标识一起加以实现， socket可以完成其隧道数据的传输。

三、广域网并行TCP加速系统的实现

据此种设计，使系统加速的客户端网关模式与服务器端网关模式得到了实现。

1 数据转化转发的控制。若要使转化转发中的网关间数据与会话数据得以实现，数据应用管理对网关间数据传输的包封装格式有所定义；数据包的用处是对会话数据加以携带，能对控制信息的确认包与同步包加以携带，其在会话流量控制和会话同步控制过程中分别得到很好的应用。

在数据转发控制中，若果实现对会话数据进行重组，可在会话的发送缓存过程中所获得。而会话的发送缓存为BC （BlockContainer）对象，BC对象是以指向数据包中有效数据的指针同数据包序列号构成映射，对数据包加以解析完后，能够于会话发送的缓存BC对象里增添对应表项，这样可使大量避免数据的转储存。

在会话中发送数据的时候，能够对缓存BC中的表项进行有效读取，若果返回的为非空指针的话，可在对应内存地址中进行对数据块读取，若果为空指针的话，数据包则有延迟现象产生，产生阻塞的必是发送线程，仍需等待该数据包来对此发送线程进行有效激活。

2 会话管理。在加速网关系统会话类型的实现中，分别有网间隧道中的TCP会话与系统可外接入会话。基于socket编程中建立连接的方式有侦听接收与主动请求两种，系统对服务器端与会话的客户端分别能够实现异同的管理模式。

在服务器端管理的层次中，它同客户端管理存在异曲同工之处，它们的区别主要在于服务端的管理目标为TS（TcpServer），是以其监听的套接字同端口号为主键创建Map对象。

3 会话同步的控制。在实现系统的过程当中，可以使着布尔型数组得到维护的是每个会话分组，数组位序也可当作待分配的会话号资源，在两端网关上，其数组布尔型元素的值也有着不同寻常的意义。

在服务器端中的网关，它所能标记的是其位序对应会话的状态为忙碌或空闲；在客户端的网关中，它标识其位序对应会话的创建或断开。该系统功能可达成会话号充分使会话状态及会话的绑定，由此通过对网关两端同样的会话号资源进行灵活设置，最终达成会话的同步性。

4 会话流量的控制。在TCP滑动窗口的机制里，为实现流量的控制，该系统中却选用相似TCP滑动窗口流量控制机制，需经由返回信息确认进行统计数据量。

依据用户的配置来看，该系统为每个会话分组设定一个接收窗口值RCV_W与发送窗口值SND_W，并且要确保RCV_W不大于SND_W。而各个接入会话对两个变量进行了声明，在整个流量控制的过程里，完全可由两端处会话的发送线程和接收线程一起协同来完成。

结语

在当今互联网上，广域网广泛存在着一些瓶颈，而能解决广域网遇到的瓶颈却是并行TCP加速网关系统。该系统可实现会话接入的重定向、会话数据的截获和数据网关间的并行传输等。为了在实际网络中可得到应用，还需进行完善网关的控制，客户端网关同服务器端网关之间需要使状态信息的交互得以实现，以便应付网络异常情况的产生，从而能使系统的健壮性得到有效提高。

参考文献

[1]詹海菊.基于Linux的传感器网络网关设计[J].微计算机信息，2009（17）.