[发明专利]一种高效的负载均衡设备TCP重传实现方法

说明书

本发明公开了一种高效的负载均衡设备TCP重传实现方法，首先形成待发送报文A；如果待发送报文A属于TCP协议中可能会出现重传情况的报文，则设置报文A的描述符上的重传标志位，调用网卡驱动的报文发送接口来发送报文A；在报文释放函数中对报文A描述符上的重传标志位进行判断，如果发现报文A重传标志置位，则不释放报文A；当出现重传情况时，TCP协议栈无需申请新报文缓存或复制报文处理；当TCP协议栈收到报文A的描述符回复报文B时，可在待重传队列中删除并直接释放报文A，而不再进行重新发送。本发明提高了TCP重传的执行效率，节省负载均衡设备的CPU和内存等关键资源。

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体是指一种高效的负载均衡设备TCP重传实现方法。

背景技术

TCP(Transmission Control Protocol，传输控制协议)是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议，由IETF的RFC 793定义。在简化的计算机网络OSI模型中，它完成第四层传输层所指定的功能。

通常在每个TCP报文段中都有一对序号和确认号。TCP报文发送者称自己的字节流的编号为序号，称接收到对方的字节流编号为确认号。TCP报文的接收者为了确保可靠性，在接收到一定数量的连续字节流后才发送确认。这是对TCP的一种扩展，称为选择确认。选择确认使得TCP接收者可以对乱序到达的数据块进行确认。每一个字节传输过后，序号都会递增1。

通过使用序号和确认号，TCP层可以把收到的报文段中的字节按正确的顺序交付给应用层。序号是32位的无符号数，在它增大到4294967295时，便会回绕到0。对于初始化序列号(ISN)的选择是TCP中关键的一个操作，它可以确保强壮性和安全性。

TCP协议使用序号标识每端发出的字节的顺序，从而另一端接收数据时可以重建顺序，无惧传输时的包的乱序交付或丢包。在发送第一个包时(SYN包)，选择一个随机数作为序号的初值，以克制TCP序号预测攻击。

发送确认包(Ack)，携带了接收到的对方发来的字节流的编号，称为确认号，以告诉对方已经成功接收的数据流的字节位置。Ack并不意味着数据已经交付了上层应用程序。

可靠性通过发送方检测到丢失的传输数据并重传这些数据。包括超时重传与重复累计确认。

超时重传时，发送方使用一个保守估计的时间作为收到数据包的确认的超时上限。如果超过这个上限仍未收到确认包，发送方将重传这个数据包。每当发送方收到确认包后，会重置这个重传定时器。进一步，如果重传定时器被触发，仍然没有收到确认包，定时器的值将被设为前次值的二倍(直到特定阈值)。

结合图1，对于基于重复累计确认的重传，如果一个包(不妨设它的序号是100，即该包始于第100字节)丢失，接收方就不能确认这个包及其以后的包，因为采用了累计Ack。接收方在收到序号为100以后的包时，发出对包含第99字节的包的确认。这种重复确认是包丢失的信号。发送方如果收到3次对同一个包的确认，就重传最后一个未被确认的包。阈值设为3被证实可以减少乱序包导致的无作用的重传现象。

在Linux操作系统中，现有的TCP重传有两种方法：

(1)在TCP协议的报文传输中，首先从系统中申请一个新的报文缓冲区(skb)，在其中填写报文的相关内容，调用相应的发送函数，最终由网卡驱动程序进行发送，发送后由驱动程序释放该报文缓冲区；如果需要重传时，则重复以上全过程。

(2)在TCP协议的报文传输中，首先从系统中申请一个新的报文缓冲区(skb)，在其中填写报文的相关内容，并在同时复制出一个相同的报文，即克隆报文，将该克隆报文放入重传等待队列，再调用相应的发送函数发送原报文，最终由网卡驱动程序进行发送，发送后由驱动程序释放原报文缓冲区；如果需要重传时，从重传等待队列取出克隆报文，重复发送过程；如果不再需要重传，则释放掉这个克隆报文。

以上两种方法具有以下缺点：