本發(fā)明涉及廣域網(wǎng)加速技術(shù)，特別是一種基于廣域網(wǎng)數(shù)據(jù)壓縮的改進tcp代理方法。

背景技術(shù)：

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展和科技的快速進步，企業(yè)的形態(tài)和規(guī)模也發(fā)生了巨大的變化。無論是大型的企業(yè)集團，還是處于快速發(fā)展過程中的中小型企業(yè)，分布式的企業(yè)結(jié)構(gòu)都是企業(yè)在進行信息系統(tǒng)的建設(shè)和自動化辦公中需要面臨的難題。大量國內(nèi)甚至國外的異地分部和辦事處(以下統(tǒng)稱分支)的存在，每個分支都有自己的業(yè)務(wù)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)，為了實現(xiàn)高效率的協(xié)同辦公，利用網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的方式將分散在各地分支的內(nèi)部小型信息系統(tǒng)和工作網(wǎng)絡(luò)連接起來協(xié)同工作，在整個公司內(nèi)部實現(xiàn)全天時大范圍的數(shù)據(jù)傳輸和應(yīng)用服務(wù)的共享式最好的解決方案。

由于tcp協(xié)議本身應(yīng)答機制和擁塞控制所帶來的時延，以及誕生之初tcp協(xié)議在安全性方面未做過多考慮，再加上受到廣域網(wǎng)的傳輸效率、網(wǎng)絡(luò)時延和網(wǎng)絡(luò)擁塞等所種因素的影響，企業(yè)的各個分支在使用tcp進行數(shù)據(jù)傳輸時主要問題在于能否有效提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)男?。廣域網(wǎng)一般跨區(qū)域跨運營商的情況非常普遍，大量的路由及網(wǎng)關(guān)導(dǎo)致的丟包和延時使得傳輸系統(tǒng)的使用效果大打折扣。提高廣域網(wǎng)的傳輸速度從硬件和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方面而言，需要多方面的投入，并且是一個長期建設(shè)和發(fā)展的過程。對于像企業(yè)這樣的用戶而言，能否提供一些基于軟件和通信協(xié)議的解決方案，使企業(yè)異地之間的數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)通信能夠通過廣域網(wǎng)實現(xiàn)高效傳輸，就成為了企業(yè)迫在眉睫的需求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種基于廣域網(wǎng)數(shù)據(jù)壓縮的改進tcp代理方法，從而有效減少廣域網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r間開銷，加快文件和數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣取?/p>

實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種基于廣域網(wǎng)數(shù)據(jù)壓縮的改進tcp代理方法，在本地局域網(wǎng)中，客戶端與代理服務(wù)器連接，在目標(biāo)局域網(wǎng)中，代理客戶端與服務(wù)器連接，方法包括以下步驟：

步驟1、基于廣域網(wǎng)環(huán)境，代理服務(wù)器和客戶端在本地注冊偵聽驅(qū)動事件；

步驟2、當(dāng)代理服務(wù)器偵聽到本地局域網(wǎng)內(nèi)的客戶端向目標(biāo)局域網(wǎng)內(nèi)的服務(wù)器發(fā)出tcp連接請求，在本地創(chuàng)建一個lantcp，并向應(yīng)用層上報連接請求事件；然后創(chuàng)建一個與lantcp對應(yīng)的wantcp，由wantcp構(gòu)造一個新的連接請求syn’報文，并發(fā)送 給代理客戶端；

步驟3、當(dāng)代理客戶端偵聽到本地局域網(wǎng)內(nèi)的客戶端向目標(biāo)局域網(wǎng)內(nèi)的服務(wù)器發(fā)出tcp連接請求，在本地創(chuàng)建一個wantcp，并向應(yīng)用層上報連接請求事件；然后將請求報文中的wan優(yōu)化選項與本地wan優(yōu)化選項取交集，保存在本地；最后，創(chuàng)建一個與wantcp對應(yīng)的lantcp，由lantcp構(gòu)造一個新的連接請求syn報文，并發(fā)送給服務(wù)器；

所述的wan優(yōu)化選項包括透明代理功能、冗余數(shù)據(jù)消除功能及數(shù)據(jù)壓縮功能中的一種或多種，保存在tcp報文中；

步驟4、當(dāng)代理客戶端接收到服務(wù)器回復(fù)的syn+ack報文，匹配到本地lantcp；然后獲取與之相對應(yīng)的wantcp，由wantcp構(gòu)造一個新的syn+ack’報文，并發(fā)送給代理服務(wù)器；

步驟5、代理服務(wù)器接收到syn+ack’報文后，匹配到本地wantcp；然后將報文中的wan優(yōu)化選項與本地wan優(yōu)化選項取交集，保存在本地；最后獲取與之相對應(yīng)的lantcp，由lantcp構(gòu)造一個新的syn+ack報文，報文中不攜帶本地wan優(yōu)化選項，并發(fā)送給客戶端；

步驟6、代理服務(wù)器收到客戶端發(fā)送的ack報文，本地兩個tcp連接建立完成，向應(yīng)用層上報data_ready事件；然后構(gòu)造新的ack’報文，攜帶本地wan優(yōu)化選項，發(fā)送到代理客戶端；

步驟7、代理客戶端收到代理服務(wù)器發(fā)送的ack’報文，本地兩個tcp連接建立完成，向應(yīng)用層上報data_ready事件；然后將報文中的wan優(yōu)化選項與本地wan優(yōu)化選項取交集，保存在本地；最后構(gòu)造新的ack報文，不攜帶本地wan優(yōu)化選項，發(fā)送到服務(wù)器；至此，tcp代理連接建立完成；

步驟8、連接建立后，代理服務(wù)器中的lantcp接收到本地局域網(wǎng)內(nèi)的客戶端向目標(biāo)局域網(wǎng)內(nèi)的服務(wù)器發(fā)送的數(shù)據(jù)報文，偽造ack報文，發(fā)送給客戶端；然后通知應(yīng)用層讀取數(shù)據(jù)；最后，應(yīng)用層調(diào)用數(shù)據(jù)發(fā)送接口，由wantcp將數(shù)據(jù)發(fā)送給代理客戶端；

步驟9、代理客戶端中的wantcp接收到本地局域網(wǎng)內(nèi)的客戶端向目標(biāo)局域網(wǎng)內(nèi)的服務(wù)器發(fā)送的數(shù)據(jù)報文，偽造ack報文，發(fā)送給代理服務(wù)器；然后通知應(yīng)用層讀取數(shù)據(jù)；最后，應(yīng)用層調(diào)用數(shù)據(jù)發(fā)送接口，由lantcp將數(shù)據(jù)發(fā)送給服務(wù)器；通信過程完成。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

(1)本發(fā)明將代理技術(shù)和廣域網(wǎng)壓縮技術(shù)進行組合，在代理服務(wù)器和代理客戶端 之間使用改進后的tcp協(xié)議棧進行加速；相對于需要服務(wù)端和客戶端的傳輸加速方法，本發(fā)明沒有修改服務(wù)端和客戶端的連接配置和網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，不影響所代理對象的應(yīng)用軟件的使用；

(2)相對于實現(xiàn)應(yīng)用層加速的tcp代理技術(shù)，本發(fā)明在代理服務(wù)器和客戶端之間的傳輸層使用改進后的tcp協(xié)議棧對tcp數(shù)據(jù)進行控制，提高了廣域網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸速率；

(3)針對大文件下載的典型網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，本發(fā)明大幅度提高了廣域網(wǎng)瓶頸帶寬的利用率；針對web網(wǎng)頁訪問的典型網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，本發(fā)明大幅減少了數(shù)據(jù)收發(fā)的時間，減少了網(wǎng)頁的下載時間；

(4)本發(fā)明結(jié)合廣域網(wǎng)壓縮技術(shù)對廣域網(wǎng)中的數(shù)據(jù)進行處理，減少數(shù)據(jù)的載荷大小，減輕廣域網(wǎng)鏈路的負載，大大提高了web訪問典型應(yīng)用的網(wǎng)頁下載速度。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)部署示意圖。

圖2為本發(fā)明應(yīng)用層與傳輸層交互示意圖。

圖3為本發(fā)明系統(tǒng)連接建立時序圖。

圖4為本發(fā)明的客戶端和服務(wù)器的交互時序圖。

圖5為本發(fā)明實施例中系統(tǒng)測試組網(wǎng)圖。

具體實施方式

結(jié)合圖1、圖2，一種基于廣域網(wǎng)數(shù)據(jù)壓縮的改進tcp代理方法，在本地局域網(wǎng)中，客戶端與代理服務(wù)器連接，在目標(biāo)局域網(wǎng)中，代理客戶端與服務(wù)器連接，方法包括以下步驟：

步驟1、基于廣域網(wǎng)環(huán)境，代理服務(wù)器和客戶端在本地注冊偵聽驅(qū)動事件；

步驟2、當(dāng)代理服務(wù)器偵聽到本地局域網(wǎng)內(nèi)的客戶端向目標(biāo)局域網(wǎng)內(nèi)的服務(wù)器發(fā)出tcp連接請求，在本地創(chuàng)建一個lantcp，并向應(yīng)用層上報連接請求事件；然后創(chuàng)建一個與lantcp對應(yīng)的wantcp，由wantcp構(gòu)造一個新的連接請求syn’報文，并發(fā)送給代理客戶端；

步驟3、當(dāng)代理客戶端偵聽到本地局域網(wǎng)內(nèi)的客戶端向目標(biāo)局域網(wǎng)內(nèi)的服務(wù)器發(fā)出tcp連接請求，在本地創(chuàng)建一個wantcp，并向應(yīng)用層上報連接請求事件；然后將請求報文中的wan優(yōu)化選項與本地wan優(yōu)化選項取交集，保存在本地；最后，創(chuàng)建一個與wantcp對應(yīng)的lantcp，由lantcp構(gòu)造一個新的連接請求syn報文，并發(fā)送給服務(wù)器；

所述的wan優(yōu)化選項包括透明代理功能、冗余數(shù)據(jù)消除功能及數(shù)據(jù)壓縮功能中的一種或多種，保存在tcp報文中；

步驟4、當(dāng)代理客戶端接收到服務(wù)器回復(fù)的syn+ack報文，匹配到本地lantcp；然后獲取與之相對應(yīng)的wantcp，由wantcp構(gòu)造一個新的syn+ack’報文，并發(fā)送給代理服務(wù)器；

步驟5、代理服務(wù)器接收到syn+ack’報文后，匹配到本地wantcp；然后將報文中的wan優(yōu)化選項與本地wan優(yōu)化選項取交集，保存在本地；最后獲取與之相對應(yīng)的lantcp，由lantcp構(gòu)造一個新的syn+ack報文，報文中不攜帶本地wan優(yōu)化選項，并發(fā)送給客戶端；

步驟6、代理服務(wù)器收到客戶端發(fā)送的ack報文，本地兩個tcp連接建立完成，向應(yīng)用層上報data_ready事件；然后構(gòu)造新的ack’報文，攜帶本地wan優(yōu)化選項，發(fā)送到代理客戶端；

步驟7、代理客戶端收到代理服務(wù)器發(fā)送的ack’報文，本地兩個tcp連接建立完成，向應(yīng)用層上報data_ready事件；然后將報文中的wan優(yōu)化選項與本地wan優(yōu)化選項取交集，保存在本地；最后構(gòu)造新的ack報文，不攜帶本地wan優(yōu)化選項，發(fā)送到服務(wù)器；至此，tcp代理連接建立完成；

步驟8、連接建立后，代理服務(wù)器中的lantcp接收到本地局域網(wǎng)內(nèi)的客戶端向目標(biāo)局域網(wǎng)內(nèi)的服務(wù)器發(fā)送的數(shù)據(jù)報文，偽造ack報文，發(fā)送給客戶端；然后通知應(yīng)用層讀取數(shù)據(jù)；最后，應(yīng)用層調(diào)用數(shù)據(jù)發(fā)送接口，由wantcp將數(shù)據(jù)發(fā)送給代理客戶端；

步驟9、代理客戶端中的wantcp接收到本地局域網(wǎng)內(nèi)的客戶端向目標(biāo)局域網(wǎng)內(nèi)的服務(wù)器發(fā)送的數(shù)據(jù)報文，偽造ack報文，發(fā)送給代理服務(wù)器；然后通知應(yīng)用層讀取數(shù)據(jù)；最后，應(yīng)用層調(diào)用數(shù)據(jù)發(fā)送接口，由lantcp將數(shù)據(jù)發(fā)送給服務(wù)器；通信過程完成。

進一步的，客戶端與代理服務(wù)器之間的連接、代理服務(wù)器和代理客戶端之間的連接以及代理客戶端與服務(wù)器的連接為tcp連接、基于tcp的http連接或基于tcp的ftp連接。

代理服務(wù)器與代理客戶端發(fā)送數(shù)據(jù)之前需要對數(shù)據(jù)進行壓縮處理；代理服務(wù)器與代理客戶端接收數(shù)據(jù)之后需要對數(shù)據(jù)進行解壓縮處理。

代理客戶端和代理服務(wù)器的兩個tcp均維護三個隊列，分別為亂序隊列、重傳隊列及發(fā)送隊列；亂序隊列對亂序的數(shù)據(jù)報文進行存儲和管理，重傳隊列對已經(jīng)發(fā)送出去但 未收到確認(rèn)的報文進行存儲和管理，發(fā)送隊列中保存等待發(fā)送的數(shù)據(jù)，以保證在正常情況下數(shù)據(jù)發(fā)送的有序進行。

步驟2中wantcp發(fā)送的syn’報文選項和步驟4中wantcp發(fā)送的syn+ack’報文選項中均包含擴大窗口因子選項、使能選擇性重傳選項及wan優(yōu)化選項。

代理服務(wù)器和代理客戶端均包括傳輸流優(yōu)化模塊和數(shù)據(jù)冗余消除模塊。

步驟2中當(dāng)代理服務(wù)器收到連接請求報文后，lantcp狀態(tài)置為syn_sent，wantcp狀態(tài)置為syn_sent；步驟3中當(dāng)代理客戶端收到連接請求報文后，wantcp狀態(tài)置為syn_received，lantcp狀態(tài)置為syn_received；步驟6中連接建立后，wantcp和lantcp狀態(tài)均置為established；步驟7中連接建立后，wantcp和lantcp狀態(tài)均置為established。

下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明。

實施例

如圖1所示，代理部署在網(wǎng)關(guān)上，位于企業(yè)局域網(wǎng)內(nèi)，與客戶端建立tcp連接的設(shè)備是代理服務(wù)器；位于另一企業(yè)局域網(wǎng)內(nèi)，與服務(wù)器建立tcp連接的設(shè)備是代理客戶端；代理客戶端和代理服務(wù)器之間是廣域網(wǎng)環(huán)境。

如圖2所示，代理一邊與同一局域網(wǎng)內(nèi)客戶端通信，另一邊與廣域網(wǎng)內(nèi)另一代理通信；waas指廣域網(wǎng)加速設(shè)備應(yīng)用，ftcp為tcp代理的傳輸層協(xié)議棧；通信步驟如下：

步驟一，在代理服務(wù)器和代理客戶端開啟waas服務(wù)，表示tcp傳輸需要支持廣域網(wǎng)加速功能；并設(shè)置waas能力為tfo/dre/lz，表示代理服務(wù)器和代理客戶端均支持基于廣域網(wǎng)壓縮技術(shù)的tcp代理功能，廣域網(wǎng)應(yīng)用服務(wù)waas向ftcp注冊偵聽驅(qū)動并綁定相應(yīng)端口；

步驟二，客戶端向服務(wù)器發(fā)起連接，代理客戶端向代理服務(wù)器發(fā)送源地址和目的地址分別為客戶端和服務(wù)器ip地址的連接請求報文，并進行請求階段的選項協(xié)商，ftcp截獲客戶端向服務(wù)器發(fā)送的syn報文，經(jīng)ftcp模塊處理后，將攜帶自定義選項的syn’報文發(fā)往代理客戶端，并向waas應(yīng)用上報socket_request事件；

步驟三，ftcp截獲代理客戶端回復(fù)的syn+ack報文，去除自定義選項再將報文syn’+ack發(fā)往客戶端；

步驟四，ftcp截獲客戶端發(fā)送的ack報文，添加自定義選項后再將ack’發(fā)往代理客戶端，并向waas上報data_ready事件；

步驟五，waas調(diào)用ftcp_accept獲取到當(dāng)前已經(jīng)完成連接建立的tcp句柄；

步驟六，ftcp截獲客戶端向服務(wù)器端發(fā)送的數(shù)據(jù)報文，向waas上報data_ready事件；

步驟七，waas讀取數(shù)據(jù)，再交由ftcp發(fā)送數(shù)據(jù)；

步驟八，數(shù)據(jù)經(jīng)dre/lz處理后，發(fā)往代理客戶端；

步驟九，ftcp截獲服務(wù)器向客戶端發(fā)送的數(shù)據(jù)報文，向waas上報data_ready事件；

步驟十，waas讀取數(shù)據(jù)，再交由ftcp發(fā)送數(shù)據(jù)；

步驟十一，數(shù)據(jù)經(jīng)dre/lz的逆向操作，發(fā)往客戶端。

如圖3所示，本發(fā)明建立的tcp連接包括客戶端和代理服務(wù)器之間的tcp連接(局域網(wǎng)內(nèi))、代理服務(wù)器和代理客戶端之間的tcp連接(廣域網(wǎng)內(nèi))及代理客戶端和服務(wù)器之間的tcp連接(局域網(wǎng)內(nèi))。

代理服務(wù)器和代理客戶端集成在現(xiàn)有的網(wǎng)關(guān)中，建立的過程如下：

步驟一，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和應(yīng)用要求，配置各代理節(jié)點的配置，包括本端的wan優(yōu)化能力、最大客戶端連接請求的數(shù)目和最大完成連接的tcp數(shù)目；

步驟二，代理服務(wù)器和代理客戶端啟動監(jiān)聽端口，監(jiān)聽客戶端連接；

步驟三，啟動后，客戶端向服務(wù)器請求連接，代理服務(wù)器發(fā)送源地址和目的地址分別為客戶端和服務(wù)器ip地址的tcp連接請求報文；

步驟四，代理服務(wù)器收到請求報文后，建立wantcp控制塊和lantcp記錄tcp信息，wantcp源地址與目的地址分別為請求報文的源地址和目的地址，而lantcp的源地址與目的地址分別為請求報文的目的地址和源地址；然后重構(gòu)請求報文，添加本地wan優(yōu)化能力選項，不改變報文原有的源地址和目的地址信息，并發(fā)送給代理客戶端；

步驟五，代理客戶端收到請求報文后，建立wantcp控制塊和lantcp記錄tcp信息，wantcp源地址與目的地址分別為請求報文的目的地址和源地址，而lantcp的源地址與目的地址分別為請求報文的源地址和目的地址；然后重構(gòu)請求報文，去除wan優(yōu)化能力選項，不改變報文原有的源地址和目的地址信息，并發(fā)送給代理服務(wù)器；

步驟六，直至連接完成，代理服務(wù)器和代理客戶端均具有兩個連接建立狀態(tài)為established的tcp連接；

下面以數(shù)據(jù)傳輸實例說明本發(fā)明，數(shù)據(jù)傳輸包括連接過程和交互過程，其中：

(一)連接過程，具體如圖3所示，包括以下步驟：

客戶端向服務(wù)器發(fā)送連接請求報文；

代理服務(wù)器向代理客戶端發(fā)送連接請求，包含本地wan優(yōu)化選項，代理服務(wù)器中的兩個tcp的狀態(tài)均為syn_sent；

代理客戶端向服務(wù)器發(fā)送連接請求，不包含本地wan優(yōu)化選項，代理客戶端中的兩個tcp的狀態(tài)均為syn_sent；

服務(wù)器回復(fù)連接請求響應(yīng)；

代理客戶端回復(fù)連接請求響應(yīng)，包含本地wan優(yōu)化選項，代理客戶端中的兩個tcp的狀態(tài)均為syn_received；

代理服務(wù)器回復(fù)連接請求響應(yīng)，不包含本地wan優(yōu)化選項，代理客戶端中的兩個tcp的狀態(tài)均為syn_received；

客戶端回復(fù)最后一個響應(yīng)報文；

代理服務(wù)器回復(fù)最后一個響應(yīng)報文，包含本地wan優(yōu)化選項，連接建立完成，此時tcp狀態(tài)為established；

代理客戶端回復(fù)最后一個響應(yīng)報文，不包含本地wan優(yōu)化選項，連接建立完成，此時tcp狀態(tài)為established。

(二)交互過程，具體如圖4所示，包括以下步驟：

客戶端向服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)報文；

代理服務(wù)器向客戶端回復(fù)ack報文；

代理服務(wù)器將數(shù)據(jù)報文壓縮處理后發(fā)送給代理客戶端；

代理客戶端將收到的報文進行解壓縮處理；

代理客戶端向代理客戶端回復(fù)ack；

代理客戶端將數(shù)據(jù)解壓后的數(shù)據(jù)發(fā)送給服務(wù)器；

服務(wù)器向代理客戶端回復(fù)ack。

如圖5所示，網(wǎng)關(guān)中用三層口來模擬與廣域網(wǎng)相連的wan口，用二層口來模擬與局域網(wǎng)相連的lan口，在廣域網(wǎng)環(huán)境下，對系統(tǒng)進行web網(wǎng)頁訪問測試。

客戶端通過代理服務(wù)器和代理客戶端訪問web服務(wù)器上的網(wǎng)站，加速網(wǎng)關(guān)部署在代理客戶端和代理服務(wù)器兩臺主機上，代理服務(wù)器的三層口和代理客戶端的三層口互連，模擬廣域網(wǎng)環(huán)境；

web網(wǎng)頁訪問測試指標(biāo)是web網(wǎng)頁下載時間；

測試方案：本次測試需要三個文件，分別是一個452.6mb大小的rar壓縮包(下稱文件a)，一個43.1mb大小的wmv視頻文件(下稱文件b)，一個18.2mb大小的txt文本文件(下稱文件c)。

先進行三輪基礎(chǔ)傳輸測試作為后續(xù)測試的參照，測試的步驟是a、b、c三個文件按順序依次傳輸，總共傳輸兩遍；測試時，每傳輸一個文件就記錄該文件傳輸完成后傳輸時間和平均傳輸速率；這三輪基礎(chǔ)傳輸測試分別為：

(1)原始傳輸測試：在搭建好的系統(tǒng)環(huán)境下，不啟動任何tcp代理，按測試步驟進行測試；

(2)基于改進tcp協(xié)議的tcp代理的基礎(chǔ)傳輸測試：啟動傳輸層優(yōu)化廣域網(wǎng)加速技術(shù)的tcp代理，即開啟tfo功能，按照測試步驟進行測試；

(3)結(jié)合廣域網(wǎng)數(shù)據(jù)壓縮的改進tcp代理的基礎(chǔ)傳輸測試：啟動廣域網(wǎng)數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)的tcp代理，即開啟tfo/dre/lz功能，按照測試步驟進行測試。

為了避免系統(tǒng)所帶來的隨機性，測試結(jié)果是多次測試結(jié)果的平均值，如表1所示，該表顯示了訪問web網(wǎng)頁的下載時間：

表1

從表1中可以看出，在部署加速網(wǎng)關(guān)之前，網(wǎng)頁下載時間較長。部署加速網(wǎng)關(guān)明顯減少了網(wǎng)頁下載時間，這說明基于廣域網(wǎng)數(shù)據(jù)壓縮的改進tcp代理方法在數(shù)據(jù)傳輸上具有較高的傳輸效率。