[发明专利]基于端对端测量对网络上数据流准入的控制

说明书

本申请是申请日为2004年3月3日，申请号为200410028641.4，名为“基于端对端测量对网络上数据流准入的控制”的申请的分案申请。

技术领域

本发明一般涉及网络通信技术，尤其涉及用于控制数据流到网络上的准入的机制。

背景技术

通过允许一台计算机或设备(这里都称为“计算系统”)在网络上用电子数据与另一计算系统进行通信，计算机网络提高了传递和访问信息的能力。当在计算系统间传递电子数据时，电子消息通常会通过对电子数据执行操作的协议栈。开放式系统互连(“OSI”)模型是用于实现协议栈的网络框架的示例。

OSI模型把用于传递电子数据的操作分成7个不同的“层”，每层都用于在数据传输进程中执行特定的操作。虽然协议栈可能实现每一层，然而许多协议栈仅仅实现用于在网络间传递电子数据的选择性的层。当从计算系统发出电子数据时，电子数据从应用层始发，并且被向下传递到中间的较低层，然后转递到网络上。当从网络接收到电子数据时，电子数据进入物理层并且被向上传递至较高的中间层，然后最终在应用层处被接收。

最上层应用层负责支持应用程序和终端用户进程。大多数协议栈所结合的中间层是传输层，传输层的最小功能是把应用数据多路复用到传输层分段内用于传递至较低层，并且用于把传输层分段多路分解成应用数据用于传递至应用程序。用户数据表协议(“UDP”)是在传输层处实现的协议示例，传输层稍微多用于多路复用/多路分解数据，用于应用程序和网络间的兼容传输。传输层处实现的另一公共协议是传输控制协议(“TCP”)，它是一面向连接的协议，也能向应用层提供端对端的差错恢复、重新排序和流程控制的特性。

即使在适当配置的网络上，由于不利的网络条件也会随时发生网络数据丢失，不利网络条件比如：硬件组件故障、软件差错、链路噪声或干扰、网络拥塞等等。在许多情况下，不利网络条件的出现对希望在网络上发送电子数据的用户来说会是未知的。而且，即使用户知道了不利网络条件，纠正这些不利条件通常也不在用户的控制范围。因此，当在网络上传输电子数据时总是可能存在数据丢失。幸运的是，TCP的特性可以补偿并纠正从许多不利网络条件产生的数据丢失。因而，当期望可靠的数据传输时，TCP是极端有用的，比如当传输带有文本和图形的Web页面时。

然而，为了实现TCP的特性，必须为每个TCP连接维持某些状态信息，比如：接收和发送缓冲区、拥塞控制参数以及顺序和应答数参数。状态信息的维护消耗计算系统资源(如系统内存)，使这些资源对于也可能使用这些资源的用户处理不可用。因此，当可靠的数据传输并不关键时，应用程序在网络上发送电子数据时可以使用UDP来保存计算系统资源。

UDP尤其适用于在计算系统间把音频和视频数据(下文中成为“A/V数据”)作为稳定且连续的流(通常被成为“流化”)而进行传输。由于A/V数据的输出一般包括刷新前面接收到的A/V数据，因此从A/V数据流中丢失某些A/V数据(比如许多网络中的固有数据丢失)并不关键。例如，当未接收到视频帧的视频数据时，显示屏会显示瞬间闪烁，但在接收到更新后的视频数据时被刷新。因而，UDP经常用于在本地网络(Home Network)、局域网和广域网中的计算系统间传输A/V数据流。

不幸的是，UDP没有用于拥塞控制的内建机制。因此，利用UDP来发送A/V数据流的计算系统一般不能检测出A/V数据流的传输何时由于网络拥塞而降级。同样，使用UDP来发送A/V数据流的计算系统一般不能检测出A/V数据流何时造成使其他A/V数据流降级的网络拥塞。因此，可能把一个A/V数据流发送到具有其他现有A/V数据流的网络上，从而使所有A/V数据流的质量降级。

例如，当10兆比特每秒(“Mbps”)的以太网集线器正在支持现有的6Mbps高清晰电视数据流、并且开始另一个6Mbps的高清晰电视数据流时，两个数据流都会遭受高延迟、抖动和分组丢失。而且，由于UDP的传输速度仅受应用程序产生数据以及资源性能(CPU、时钟速率等)的限制，因此使许多A/V数据流在任何给定时间以高数据传输速率发送数据是不寻常的。虽然TCP具有拥塞控制机制，但是TCP拥塞控制机制并不很好地适用于实时应用，比如发送A/V数据流的那些应用。当发送计算系统和接收机计算系统间的一个或多个数据链路变得过度拥塞时，TCP拥塞控制机制降低了数据传输速率。然而，数据传输速率的降低会使实时应用显著降级，这会容忍某些分组丢失，但要求最小的数据传输速率。