多路徑TCP(MPTCP)

2020-06-16 16:31:00

前言：tcp連線時，一直以來都是只能系結一個ip地址，但是隨著多網絡卡主機越來越多，從一個主機到另一個主機往往都會有多條鏈路可以到達，這種情況下，如何充分利用這多條鏈路進行並行的傳輸或者作為鏈路備份，就變得十分有意義，本篇就簡單介紹其中一種多路徑傳輸的方法—多路徑TCP。

我們來看另一個常見的場景：使用者的手機一般都有4G和WIFI兩種網路接入方式，當使用者進行下載資料時，如果接入了WIFI了就會優先使用WIFI,但是如果中間WIFI鏈路斷了，那麼只能提示下載失敗，並不會切換到4G中接著下載。同時，對於已經存在的多條鏈路，並沒有充分使用以提高頻寬。

以上就是其中的一個重要的應用場景，解下來我們重點說明一下其中的一種實現方法—MPTCP。

多路徑流量的排程和擁塞控制。

多路徑的流量排程是指對於存在的多個子路徑，如何分配流量到各個子路徑，以達到盡可能提高頻寬的目的。但另一方面，又需要對各個子路徑進行統一的擁塞控制，當一條鏈路上的流量傳送擁塞時，把流量導到另一條鏈路上去。
路徑傳送失敗後的重傳。

既然依然是可靠通訊，那麼就會涉及到失敗後的重傳問題。重傳的時候自然就要找到對應的序列號，然而，在多路徑傳輸時，本來序列號連續的包可能被排程到不同的鏈路中傳送，導致出現一個問題：在每個鏈路中傳送的包的序列號不是連續的，在網路傳輸中可能會被網路安全裝置攔截下來。所以需要解決重傳時的序列號的問題。
建立和管理子路徑。

對於傳輸時的多路徑，需要對路徑進行管理，以便能夠知曉鏈路情況，在鏈路被移除的時候，通知對端不再使用這條鏈路。在鏈路新增的時候，使能對應的鏈路。

在第一節中我們提到了多路徑傳輸，從實現的層次來說，可以分為網路層實現，傳輸層實現，應用層實現。首先說這個應用層實現，這個實施起來代價最高，因為需要改動現有的應用程式。而在網路層實現在面對流量控制等問題時時又困難重重，只有在傳輸層可以藉助天然的TCP的可靠性機制，進行改造。

多路徑tcp的功能和過程如下：

初始化時，是通過SYN,SYN/ACK,ACK報文互動後完成的，在這些報文的tcp選項中，帶有這一端使能的標誌---MP_CAPABLE。同時也會傳遞一個生成的64位元的key值來標示這條連線，在後面有新的子流新增到這條連線時，就會用來進行鑑權（確切說是以這個key生成的token）。

在初始化一個連線以後，在有新的子流需要新增時，是在SYN,ACK報文的tcp選項中的MP_JOIN子段標示的，帶有要加入哪個連線。

當有新的地址需要新增到連線或者要刪除連線中的一條子流時，通過地址通告的方式，傳遞到對端。

在說到重傳的時候，就得先說到序列號的問題，為了保持每個子流中的序列號是連續的，給每個子流都分配了獨立的序列號，同時，保持一個全域性的連線級別的序列號。當某一條流中資料傳送失敗後，根據其對映後的序列號找到連線級別的序列號，就找到了傳送失敗的包，進而，可以把這個包重新排程到別的子流中再進行傳送。

擁塞控制不能單純的著眼於某一條流的擁塞控制，必須全域性考慮，因為如果每一條都單獨考慮自己的擁塞情況，在瓶頸時，就會導致對於普通的tcp而言，流量分配不公平。對於擁塞演算法，具體的可以參考rfc 6356。這個文件提供了一種對於多流的擁塞控制的方法。

因為一條tcp通過傳送RST報文，只能關閉一條子流，所以，為了能夠快速的關閉所有的連線，使用快速關閉控制報文可以達到這個目的。