[发明专利]经由网络通过计算机传输数据而同时避免阻塞的方法及连接至网络的计算系统

说明书

本发明公开了一种通过TCP传输来最大化当前可用网络路径带宽的利用率的方法。本发明的实施例允许自动地检测及利用所述当前可用带宽的较大部分(或甚至整个带宽)以用于利用本发明的每一特定连接及网络路径。此外，本发明的一些实施例提供：应用所述技术的软件可仅在数据发送器侧执行，且可与标准接收器通信。根据本发明的实施例，实施本发明的所述软件可放置在TCP/IP协议驱动器与网络接口驱动器之间。此中间软件可自TCP/IP驱动器隐藏真实网络状态，且利用先占式欺骗数据确认及封包丢失隐藏而使TCP连接SWND边缘移位。

本申请是申请日为2009年10月21日、申请号为200980158117.X，并且发明名称为“在具有高延时及封包遗失率的网络中使用传输控制协议来最大化带宽利用率”的发明专利申请的分案申请。

相关申请及优先权

本申请要求享有于2009年1月16日提交的名称为“在具有高延时及封包遗失率的网络中使用传输控制协议来最大化带宽利用率”的美国临时申请No.61/145505的优先权，在此引入该临时申请案全部内容作为参考。

技术领域

本发明主要涉及计算系统及网络，更具体地，涉及用于避免由数据传输量降低引起的网络延时及丢失的系统及方法。

背景技术

TCP为最广泛使用的网络协议之一。TCP最重要的特征为可靠的有序传递。TCP被需要可靠数据连接的许多网络应用及服务使用。

一组广泛的应用层协议(该组广泛的应用层协议总体上形成现今的WEB 及网络连接的基础)使用TCP作为传送层协议。其中有：HTTP、FTP、邮件协议、数据库远程访问协议。基于SSL的VPN也使用TCP。TCP如此风行且普遍以致多数现有计算机网络以TCP为特征。TCP已变得如此常见以致几乎所有(若非所有)广泛使用的操作系统具有内建式TCP应用。

然而，TCP的主要缺点为不能利用网络信道(TCP在该网络信道上操作) 的整个可用带宽。此缺点源于已提及的TCP的主要优点：可靠有序的传递。更精确地，提供TCP可靠性的多种机制(如滑动窗口及阻塞避免机制)也造成了TCP的效率低下。

TCP的可靠传递基于数据确认机制，即，所发送的每一数据部分由接收器侧在收到时加以确认。为此目的，在TCP封包中所发送的每一数据部分提供有序号，该序号存在于TCP片段报头中。一旦接收到数据，接收器侧通过设定反向TCP片段报头的适当确认号而将确认发送至数据传输侧。因此，输入的片段的确认号字段表示已离开网络且由接收器侧接受的数据字节的最大数量。显而易见，在发送另一数据部分之前等待每一单一数据部分的确认将花费过长时间，此为使用滑动窗口机制的原因。TCP规范使用术语发送窗口大小来表示可预先发送而无需等待确认的数据量(以字节为单位)。换句话说，最近发送的数据字节的序号与最近接收的确认号之间的差值不得超出发送窗口大小值。一旦接收到新的确认，则移位该窗口，且允许传输新的数据部分。

此滑动窗口机制相当简单且同时提供可靠传递及良好产出率的可能性。但明显的传输量上限起因于此：传输速率受限于发送窗口大小除以RTT[字节/秒] 值，其中RTT为连接往返时间(自传输至确认最近确认的数据字节所经过的时间)。可容易地看到，RTT(网络路径延时)越高，特定发送窗口大小可达到越低的传输速率。

上述限制实际上非常严峻，以致TCP很少用作时间关键或性能关键传输的传送。诸如需要高传送率但可靠传递并非关键的VoIP服务反而替代地使用不可靠但快速的UDP传送，其它类似协议/服务也是如此。

TCP的性能问题随着网络带宽变得越高而越加糟糕。当前使用的TCP发送窗口大小计算算法通常在100至200毫秒延时的情况下并不允许利用宽带连接多于10％至30％的可用带宽。

已进行许多尝试来克服所述限制。所有所述尝试都基于增大发送窗口大小且将该发送窗口大小保持为高，因为没有任何方法来通过操纵TCP协议而减少当前网络延时。