CN114390054A - 一种核心网网络加速方法、电子设备及计算机存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种核心网网络加速方法，包括：建立数据流表，并将公网服务器的数据包缓存到数据流表中；获取当前TCP通信客户端允许接收的数据包个数，将对应的数据流表中缓存的数据包发送到TCP通信客户端;将数据包进行优化处理并均衡分发到公网服务器。本发明实施例还提供了一种电子设备，在数据包丢失时，TCP优化加速模块重传数据流表缓存的数据包，而不需要公网重传这部分数据，降低了公网网络和核心网的负担。

Description

一种核心网网络加速方法、电子设备及计算机存储介质

技术领域

本发明涉及网络技术领域，尤其涉及一种核心网网络加速方法、电子设备及计算机存储介质。

背景技术

目前网络中大部分流量还是基于TCP协议（Transmission Control Protocol，传输控制协议）的，访问网页的HTTP、HTTPS、网络下载文件、视频网站，目前的核心网设备都是直接进行数据包外层进行封装后的透传，没有对数据包的优化传输处理。目前虽然有提出基于拥塞控制算法来加速TCP的技术，但需要对后端服务器网站进行内核级别的设置和配置，使用起来很不方便。

另外随着5G时代的开启，物联网、车联网的发展，大量终端接入，网络流量和接入连接数或用户流指数增加，给公网服务器带来很大压力，目前如果不在核心网实施TCP优化，现有技术无法解决核心网给用户数据包传输优化及减少公网服务器的流量压力。

发明内容

本申请提供了一种核心网网络加速方法、电子设备及计算机存储介质，在数据包丢失时，TCP优化加速模块重传数据流表缓存的数据包，而不需要公网重传这部分数据，降低了公网网络和核心网的负担。

为达到上述目的，本发明实施例提供的核心网网络加速方法，包括：

建立数据流表，并将公网服务器的数据包缓存到数据流表中；

获取当前TCP通信客户端允许接收的数据包个数，将对应的数据流表中缓存的数据包发送到TCP通信客户端;

将数据包进行优化处理并均衡分发到公网服务器。

为达到上述目的，本发明实施例还提供一种电子设备，包括，处理器；以及

被安排成存储计算机可执行指令的存储器，可执行指令在被执行时使处理器执行上述核心网网络加速方法的步骤。

为达到上述目的，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储一个或多个程序，一个或多个程序当被包括多个应用程序的电子设备执行时，使得电子设备执行上述核心网网络加速方法的步骤。

本发明实施例的核心网网络加速方法，在核心网中增加TCP优化加速模块，当上网终端丢失数据包时，TCP优化加速模块只需要重传数据流缓存的数据包，不需要公网重传这部分数据；同时TCP优化加速模块与用户上网终端选择了具有快速数据传输的网络拥塞处理及选择性ACK的处理，尽最大可能向终端以最大带宽和尽量少的重传数据包发送到用户上网终端，达到TCP加速的功能。

附图说明

图1为根据本发明实施例的核心网网络加速方法流程示意图；

图2为根据本发明实施例的TCP优化加速模块工作流程图；

图3为根据本发明实施例的负载均衡流程图；

图4为根据本发明实施例的核心网网络加速***示意图；

图5为根据本发明的一个实施例电子设备的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用语限定本发明。

本发明实施例中，所述核心网网络加速方法是指在核心网中增加TCP优化加速模块，当上网终端丢失数据包时，TCP优化加速模块只需要重传数据流缓存的数据包，不需要公网重传这部分数据，优化了核心网给用户数据包的传输，减少公网服务器的流量压力。

Client：Client TCP，通信客户端；

TCP：Transmission Control Protocol，数据包传输控制协议；

ACK：Acknowledge character,回应字节；

RTT：Round Trip Time， 数据包发岀到回应行程时间；

BW：Band Width，网络带宽。

实施例1

图1为根据本发明实施例的核心网网络加速方法流程示意图，下面将参考图1，对本发明实施例的核心网网络加速方法进行详细描述。

首先，在步骤101, 根据上网请求，建立数据流表。

本发明实施例中，根据用户上网请求，为每一个请求建立一个唯一的数据流表。

本发明实施例中，在收到用户的建立连接请求时，根据用户IP、用户端口号、网站IP和网站端口号，建立唯一性数据流表，存放后续连接需要的数据。

在步骤102，将来自公网服务器的数据包缓存到对应的流表中。

本发明实施例中，接收来自公网服务器的数据包，并将其按照数据包五元组建流，并把数据包缓存到对应的数据流表中。

在步骤103，获取目前TCP通信终端允许接收的数据包个数。

本发明实施例中，是根据拥塞控制算法计算出目前上网的TCP通信终端允许接收的数据包个数。

在步骤104，将对应流表中缓存的数据包按允许发送窗口的个数发出给TCP通信终端。

在步骤105，判断TCP通信终端是否回应。

本发明实施例中，判断TCP通信终端是否有丢失数据包，或超时未回应的情况，如果有则返回步骤104重传数据流表缓存的数据包，而不需要公网重传这部分数据；有回应或没有丢失数据包,则进行下一步骤106。

在步骤106，删除流缓冲队列中已经确认的数据。

在步骤107，对接收的数据包进行分发，实现网络的负载均衡。

本发明实施例中，TCP优化加速模块，在核心网接收到数据包时，对接收的IP包进行RSS分发到不同线程，RSS分发的原理时对源IP地址进行哈希，目的时均衡分发到不同处理器进程，同时让相同的用户请求的流分配到同一个处理器进程；对于每个处理器进程，对收到的数据包进行报头读取，根据三元组的哈希，采用负载均衡算法创建或者查找下一跳要处理的RS目的MAC地址。

本发明实施例中，对数据包的目的MAC修改，通过DPDK接管的网卡发送队列进行发送。

本发明实施例中，对来自RS的数据包进行TCPO Packet功能处理，数据包按五元组方式存入相应的缓存队列中。

本发明实施例中，对TCP通信客户端发送数据包发并测量最小的RTT值。

本发明实施例中，进行带宽探测，收到TCP通信客户端的ACK时，都会计算即时的带宽，然后取带宽的最大值，带宽最大值*最小的RTT得到的带宽时延积就是该TCP通信客户端网络中允许发送的最大数据量。最大数据量/MSS就可以算出目前发送的最大CWND。

本发明实施例中，根据丢包检测优化后的算法及选择性ACK进行快速的数据包重传及选择性传输丢失的数据包，最大限度利用TCP通信客户端的有效带宽。

实施例2

图2为根据本发明实施例的TCP优化加速模块工作流程图，下面将参考图2，对本发明实施例的TCP优化加速模块工作流程进行详细描述。

首先，步骤201，开始。

本发明实施例中，流程开始处理。

在步骤202，收到数据包。

本发明实施例中，接收到来自公网服务器的数据包。

在步骤203，根据数据包的三元组查询数据流表。

本发明实施例中，TCP优化加速模块首先根据数据包三元组（源地址、目的地址、通信协议）查询数据流表。

在步骤204，上述查询数据流表是否查询到结果。

本发明实施例中，当查询到结果的时候，进入步骤205；当没有查询到结果的时候，进入步骤208。

在步骤205，修改目的数据包中的MAC地址。

本发明实施例中，查询到数据流表，说明之前已经建过数据流表，需要修改数据包的目的MAC地址为真实服务器（防火墙）的MAC地址。

在步骤206，加入到发送队列中。

在步骤207，结束。

在步骤208，通过算法，查找对应后续真实服务器的目的MAC。

本发明实施例中，查询数据流表时，不存在，说明之前没有见过数据流表，根据哈希算法计算分发到的真实服务器地址。

在步骤209，是否存在正在老化中的数据流表。

本发明实施例中，判断该真实服务器对应的状态是否处于老化状态中，如果处于老化状态中，即判断结果为是，进入步骤210；如果判断结果为否，说明需要新建数据流表，此时进入步骤212。

在步骤210，重新利用老的数据流表。

本发明实施例中，当判断结果存在老的数据流表时，进入步骤210，重新利用老的数据流表。

在步骤211，更新数据流表状态。

本发明实施例中，重新置该服务器状态为使用中，并进入步骤205，修改数据包的目的MAC地址为真实服务器（防火墙）的MAC地址即可。

在步骤212，分配内存。

本发明实施例中，分配内存成功，表明可以建立数据流表，此时进入步骤213；分配内存失败，则无法建立数据流表，此时进入步骤214。

在步骤213，新的数据流表。

本发明实施例中，分配内存成功，建立新的数据流表，并把真实服务器（防火墙）MAC地址写入数据流表中，即进入步骤205。

在步骤2014，丢弃数据包。

本发明实施例中，分配内存失败，无法建立数据流表，对数据包做丢弃处理，进入步骤207，结束。

实施例3

图3为根据本发明实施例的负载均衡流程图，核心网加入TCPO单元后，组成LB***，下面将参考图3，对本发明实施例的本发明实施例的负载均衡流程图进行详细描述。

UE：User Equipment，用户终端设备，本发明实施例中指手机；

PGW：Packet Gate Way，数据包网关，等于XGW，也指核心网；

NIC：Network Interface Controller，网络接口控制器，本发明实施例中指网卡；

RSS：Receive Side Scaling，俗称多队列网卡，具备多个RSS队列的网卡，可以将不同的网络流分成不同的队列，再分别将这些队列分配到多个CPU核心上进行处理；

RX queue：Receive Data队列；

LB：Load Balance，负载均衡设备；

Packets processing：数据包处理；

TX queue：Transmit Data队列；

RS:Real Server，真实的服务器，核心网里面一般指防火墙（Fire Wall）,因为防火墙时核心网里面的最后一个设备；

ISP：Internet Service Provider：因特网服务提供商，也可以是internet服务器。

本发明实施例中，TCP优化加速模块处理完数据包后，同时作为负载均衡设备向后端服务器进行分发。

本发明实施例中，在核心网接收到数据包时，网卡或虚拟化处理平台负责对接收的IP包进行RSS分发到不同线程，RSS分发的原理时对源IP地址进行哈希，目的时均衡分发到不同处理器进程，同时让相同的用户请求的流分配到同一个处理器进程。

本发明实施例中，对于每个处理器进程，对收到包进行报头读取，根据三元组的哈希，采用负载均衡算法创建或者查找下一跳要处理的RS目的MAC地址。

本发明实施例中，对数据包的目的MAC修改，通过DPDK接管的网卡发送队列进行发送。

本发明实施例中，对来自RS的数据包进行TCPO Packet功能处理，数据包按五元组方式存入相应的缓存队列中。

本发明实施例中，对终端发送数据包发并测量最小的RTT值。

本发明实施例中，进行带宽探测，收到客户端的ACK时，都会计算即时的带宽，然后取带宽的最大值，带宽最大值*最小的RTT得到的带宽时延积就是该客户端网络中允许发送的最大数据量。最大数据量/MSS就可以算出目前发送的最大CWND。

本发明实施例中，根据丢包检测优化后的算法及选择性ACK进行快速的数据包重传及选择性传输丢失的数据包，最大限度利用客户端的有效带宽。

实施例4

图4为根据本发明实施例的核心网网络加速***示意图，如图4所示，本发明的核心网网络加速***,包括，TCP通信客户端10、基站20、TCP优化加速模块30，以及公网服务器40，其中，

TCP优化加速模块30,其位于核心网网元中，

在连接初始化数据中对拥塞窗口(CWND)和慢启动阀值(SSTHRESH)，进行初始化赋值，MSS(最大段长度)根据与TCP通信客户端10的协商取值。

本发明实施例中，TCP优化加速模块30，根据TCP通信客户端10上网请求，为每一个请求建立一个唯一的数据流表，对来自公网服务器40数据包存入相应的数据流表中。

本发明实施例中，TCP优化加速模块30，向TCP通信客户端10发送数据包，并记下发送序号和当前时间，收到TCP通信客户端10回应时，比较回应的ACK值与发送的序号，相同时，算出该轮RTT值 ，并记录RTT探测阶段取得到最小RTT值。

根据ACK确认的数据包个数及这段时间的间隔值，计算出即时带宽，并记录算出带宽探测阶段的最大BW值。

根据CWND=MAXBW*MINRTT计算出当前的拥塞窗口值，按窗口值发送目前缓存队列中的数据包。

本发明实施例中，TCP通信客户端10一旦监测到丢包，会把CWND设置为当前CWND的1/2，同时把SSTHRESH设置为CWND值，这样避免了慢启动阶段，直接进入拥塞避免阶段，加快向客户端数据的发送，起到TCPO加速的目的。

本发明实施例中，TCP优化加速模块30在与TCP通信客户端10协商阶段增加SACK选项，一旦发送丢包时，通过TCP通信客户端10通告的SACK值，计算出丢失的数据包，重传时只传丢失的数据包，可以减少重传数据包，最大限度利用TCP通信客户端10的带宽。

实施例5

图5为本发明的一个实施例电子设备的结构示意图，如图5所示，在硬件层面，该电子设备包括处理器，可选地还包括内部总线、网络接口、存储器。其中，存储器可能包含内存，例如高速随机存取存储器(Random-Access Memory，RAM)，也可能还包括非易失性存储器（non-volatile memory），例如至少1个磁盘存储器等。当然，该电子设备还可能包括其他业务所需要的硬件。

处理器、网络接口和存储器可以通过内部总线相互连接，该内部总线可以是ISA(Industry Standard Architecture，工业标准体系结构）总线、PCI(PeripheralComponent Interconnect，外设部件互连标准)总线或EISA(Extended Industry StandardArchitecture，扩展工业标准结构）总线等。所述总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图5中仅用一个双向箭头表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。

存储器，用于存放程序。具体地，程序可以包括程序代码，所述程序代码包括计算机操作指令。

处理器从非易失性存储器中读取对应的计算机程序到存储器中然后运行，在逻辑层面上形成共享资源访问控制装置。处理器，执行存储器所存放的程序，并具体用于执行上述核心网网络加速方法的步骤。

实施例6

本发明实施例还提出了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储一个或多个程序，该一个或多个程序包括指令，该指令当被包括多个应用程序的便携式电子设备执行时，能够使该便携式电子设备执行附图中所示实施例的方法，并具体用于执行上述核心网网络加速方法的步骤。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (12)

1.一种核心网网络加速方法，其特征在于，包括:

建立数据流表，并将公网服务器的数据包缓存到所述数据流表中；

获取当前TCP通信客户端允许接收的数据包个数，将对应的所述数据流表中缓存的数据包发送到所述TCP通信客户端;

将所述数据包进行优化处理并均衡分发到公网服务器。

2.如权利要求1所述的核心网网络加速方法，其特征在于，所述建立数据流表，并将公网服务器的数据包缓存到所述数据流表中，包括：

接收所述TCP通信客户端上网请求，按照数据包五元组建立数据流表;

将来自公网服务器的数据包缓存到对应的数据流表中。

3.如权利要求2所述的核心网网络加速方法，其特征在于，还包括：

在连接初始化数据中，对拥塞窗口值和慢启动阀值进行初始化赋值，最大段长度根据与所述TCP通信客户端的协商取值。

4.如权利要求2所述的核心网网络加速方法，其特征在于，所述将来自公网服务器的数据包缓存到对应的数据流表中，包括：

根据用户IP、用户端口号、网站IP和网站端口号，将来自公网服务器的数据包缓存到对应的数据流表中。

5.如权利要求1所述的核心网网络加速方法，其特征在于，所述获取当前TCP通信客户端允许接收的数据包个数，将对应的所述数据流表中缓存的数据包发送到所述TCP通信客户端，包括：

向所述TCP通信客户端发送数据包，并记录发送序号和当前时间；

比较所述TCP通信客户端回应的ACK值与发送的序号，相同时，计算出往返时延值；

根据所述ACK值确认的数据包个数及间隔值，得到即时带宽，并记录最大带宽值。

6.根据CWND=MAXBW*MINRTT计算出当前的拥塞窗口值，按拥塞窗口值发送当前缓存的数据包，其中，CWND为当前的拥塞窗口值, MAXBW为最大带宽值，MINRTT为最小往返时延。

7.如权利要求1所述的核心网网络加速方法，其特征在于，所述获取当前TCP通信客户端允许接收的数据包个数，将对应的所述数据流表中缓存的数据包发送到所述TCP通信客户端，包括：

如权利要求1所述的核心网网络加速方法，其特征在于，还包括：

当所述TCP通信客户端丢失数据包时，将拥塞窗口值设置为当前的拥塞窗口值的一半，同时将慢启动阀值设置为拥塞窗口值;

通过所述TCP通信客户端通告的SACK值，计算出丢失的数据包；

向所述TCP通信客户端重新传送丢失的数据包。

8.如权利要求1所述的核心网网络加速方法，其特征在于，还包括：

当所述TCP通信客户端超时未回应时，向所述TCP通信客户端重新传送所述数据流表中缓存的数据包。

9.如权利要求1所述的核心网网络加速方法，其特征在于，还包括：

接收到所述TCP通信客户端的回应，将所述数据流表中已经确认的数据删除。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述数据包进行优化处理并均衡分发到公网服务器，包括：

对收到的所述数据包进行报头读取，根据三元组的哈希，创建或者查找下一个要处理的真实公网服务器的目的MAC地址；

修改所述目的MAC地址，通过DPDK接管的网卡发送队列进行数据包的发送。

11.一种电子设备，包括：

处理器；以及

被安排成存储计算机可执行指令的存储器，所述可执行指令在被执行时使所述处理器执行权利要求1-10任一项所述核心网网络加速方法的步骤。

12.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储一个或多个程序，所述一个或多个程序当被包括多个应用程序的电子设备执行时，使得所述电子设备执行权利要求1-10任一项所述核心网网络加速方法的步骤。

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