[发明专利]在共享数据通道的头端器上的数据包路由与排队

说明书

本发明涉及网络上数据包的路由，更确切地说，涉及用于共享数据通道的头端器上的改进的数据包路由与排队的方法和装置，其中共享数据通道服务与同一共享数据通道相连的多个用户。

利用传输通信控制协议/互联网协议(TCP/IP)协议族传输的通信量在互联网上的数据包通信中占统治地位。这些数据包的互联网协议(IP)标头包含涉及收件人与发件人地址以及端口、数据包大小、以及IP数据包中封装的诸如传输控制协议(TCP)、用户数据报协议(UDP)或互联网控制报文协议(ICMP)之类的协议的信息。数据包(“包”)为数据与标准最大长度的有关控制位的有限集，包括预定协议和组织。

当用户(或客户)请求嵌有图象的web页时，会有许多TCP/IP会话，其中利用TCP/IP在web页服务器与客户服务器之间传送信息。由于需要初始请求以下载描述web页和其内容的超文本标记语言(HTML)文件，所以TCP/IP会话次数要比嵌有的图象总数大1。每个交互包括3个阶段：连接建立、数据传输与连接终止。利用“三方握手”建立连接，包括从客户到服务器的请求，服务器的响应以及确认响应。在连接建立阶段中，约定数据包的最大长度。随后文档请求到达服务器，并且服务器响应。在其自己的数据包中或者在数据包中“分段化”确认从服务器到客户或者从客户到服务器的各个数据包。关闭连接需要交换FIN命令，每个FIN命令都需要另一端确认。FIN(“finished”的缩写)命令是在数据包标头设置的标志，表示发送方完成数据发送。

因此，在第一交换中，客户请求描述web页的HTML文档。一旦接收到该文档，web浏览器就对该文档进行语法分析，随后对各嵌入图象(或者为该web页一部分的其他类型的文件)发起一系列的连接。在当前的典型应用中，所有以上交换是在软件控制下发生的；用户只需单击超文本引用或输入统一资源定位符(URL)。因此，以上会话要比由用户发起的会话的建立和拆除更快。只有包含文档和图象的从服务器到客户的数据包可能较大；除数据包之外的其他包，如控制包，将相对较小，控制包只不过包括TCP/IP报头和一小部分控制数据。可以在W.R.Stevens所著的TCP/IP图解，Vol.1(Addison-Wesley,1994)，中找到有关TCP和IP的其他背景知识。

当在诸如互联网之类的网络上传送数据包时，通常到达一个最近的头端器(或中央局、现场点、公司网关等)，该头端器利用头端路由器服务某个数据通道上的多个用户。有时将以上利用一个头端器服务多个用户的数据通道称为共享数据通道。头端路由器位于指定的共享通道的“头端”，并作为与外部网络的通信接口。头端路由器以这种身份将接收到的数据包路由到相应用户，同时按优先序排列并调度数据包以便路由到用户。头端器在接收到数据包之后，头端路由器就将该数据传送给共享数据通道上的相应用户。如果可用带宽不足以满足需要(例如，通道本身的传输带宽，路由器或头端器的传输和/或处理带宽)，而引起“下行”数据包(例如，目的地为该头端器服务的共享通道上某用户的数据包)排队时，则该点可能产生瓶颈。

例如，可以将许多用户连接到某个指定的头端器上，而该头端器又与互联网相连。某个用户可能请求与互联网相连的web服务器上的一个超文本标记语言(HTML)文档(如，web页)。可以以数据包的形式路由该文档经过互联网，最终传送到用户自己的头端器。如果可能的话，头端器一般立即利用头端路由器将该数据包路由到收件人/用户，如果其他数据包正占用该共享通道，头端器就在缓冲区(一般为先进先出(FIFO)缓冲区)中对它们进行排队。

对预定给指定收件人的数据包的排序处理进行说明的两个参数为等待时间(文档请求与开始接收之间的时间)和吞吐量(收到文档的第一个数据包之后文档到达的速率)。当供给共享通道的缓冲区越来越满时，数据包就需要越来越长的处理时间，并且如果在超时之前缓冲区溢出或用户没有收到该数据包，则需要重传数据包。因此，实际吞吐量将下降到远程服务器与互联网能够传送的吞吐量之下。可以在L.Kleinrock所著的“排队系统”，Vol.Ⅱ：计算机应用(John Wiley &Sons,1976),N.K.Jaiswal所著的“优先级队列”(Academic Press,1968)以及V.N.Padmanabhan & J.C.Mogul的“改善HTTP等待时间”(第二届万维网会议，芝加哥，1994)中找到排队以及有关问题的其他论述。