一种网络优化方法及系统

技术领域

本发明涉及计算机网络技术领域，尤其是涉及一种网络优化方法及系统。

背景技术

目前，一般的办公网络环境由有线网络和无线Wifi网络组合，典型的组网方式可参见图1。所有的办公电脑、打印机和笔记本等终端设备均通过光猫进行上网，光猫一端连接路由器设备，汇聚所有上网的终端产品。路由器向下连接AC(无线控制器)和交换机，AC向下连接多个AP(无线接入点)设备，无线AC+AP组合后将有线信号转换成无线信号供终端设备上网。交换机向下通过网线形式连接上办公点的终端设备，提供有线上网。光猫另外一端连接Internet网，使得所有路由器下接入的设备都能通过光猫上网。

但是，办公网络中接入众多部门的终端设备后，常出现网络带宽资源分配不均匀，对重点部门的终端设备带宽无法保障的情况。并且，网络中链路质量未部署检测手段，不便于终端设备选择最优路径上网。

发明内容

本发明旨在提供一种网络优化方法及系统，以解决上述技术问题，采用网络质量分析(Network Quality Analysis，简称NQA)技术与多路传输控制协议(Multi-PathTransmission Control Protocol，简称MPTCP)组合的方式，基于NQA的检测结果用MPTCP选择最优的网络链路进行组合传输，以提升网络带宽及网络传输效率。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种网络优化方法，包括以下步骤：

使用NQA技术对终端所连接的网络链路进行检测，获取检测结果；

基于检测结果，采用MPTCP对用于数据传输的网络链路进行调整，以实现网络优化。

上述方案中，NQA技术是一种实时的网络性能探测和统计技术，可以对响应时间、网络抖动、丢包率等网络指标进行统计。NQA能够实时监视网络服务质量，为其它网络传输协调提供参考。MPTCP定义了一种在两个主机之间建立多个连接的方式，其目的是允许传输控制协议(TCP)连接使用多个路径来最大化信道资源使用。

上述方案采用NQA技术与MPTCP组合的方式，基于NQA的检测结果用MPTCP选择最优的网络链路进行组合传输，从而实现网络带宽及网络传输效率的提升。该方案综合考虑NQA技术和MPTCP的检测融合，对网络链路进行质量检测，在流量带宽扩充时选择最优的网络链路进行转发。

进一步，所述使用NQA技术对终端所连接的网络链路进行检测，获取检测结果，包括：

对终端所连接的网络链路进行ICMP测试，获取若干个时延参数、抖动参数及丢包参数均满足预设第一阈值的网络链路作为第一链路集；

对第一链路集的网络链路进行TCP测试，获取若干个时延参数、抖动参数及丢包参数均满足预设第二阈值的网络链路作为第二链路集；

对第二链路集的网络链路进行FTP测试，获取若干个时延参数、抖动参数及丢包参数均满足预设第三阈值的网络链路作为检测结果。

上述方案通过对网络链路的ICMP测试、TCP测试和FTP测试的三重测试，最终可以选择出最优的若干个网络链路加入到MPTCP服务中作为数据传输的网络链路，其相比于单独的MPTCP服务，可以有效减少MPTCP的压力，提升服务效率，保证网络链路的最优化。

进一步地，所述一种网络优化方法还包括以下步骤，划分重点终端并为所述重点终端配置专属虚拟局域网及优先级，以保证重点终端在有线连接时其数据的优先转发。

进一步地，所述基于检测结果，采用MPTCP对用于数据传输的网络链路进行调整，以实现网络优化，具体为：

基于TCP协议，在检测结果中选择预定数量的网络链路进行流量合并，获取用于数据传输的网络链路；

使用MP_JOIN消息将用于数据传输的网络链路加入到MPTCP中，以对用于数据传输的网络链路进行调整，实现网络优化。

进一步地，周期性地使用NQA技术对终端所连接的网络链路进行检测，获取检测结果；基于检测结果，采用MPTCP对用于数据传输的网络链路进行动态调整，以实现网络动态优化。

上述方案可以定时地周期性地自动开启终端与网络路由模块间的NQA服务及MPTCP服务，实现对网络链路质量的动态考量，使得网络传输链路可以随时地进行调整，即时保障网络带宽及网络传输效率的稳定，令系统兼容性、适应性更强。

本发明还提供一种网络优化系统，包括网络路由模块及与所述网络路由模块网络连接的终端，所述网络路由模块与所述终端间搭建有NQA服务及MPTCP服务；其中：

网络路由模块使用NQA服务对终端所连接的网络链路进行检测，获取检测结果；

基于检测结果，采用MPTCP服务对用于数据传输的网络链路进行调整，以实现网络优化。

上述方案提供的系统在网络路由模块与终端间搭建了NQA服务和MPTCP服务，基于NQA服务的网络链路检测结果，用MPTCP服务选择最优的网络链路进行组合传输，从而实现网络带宽及网络传输效率的提升。该方案综合考虑NQA服务和MPTCP服务的检测融合，对网络链路进行质量检测，在流量带宽扩充时选择最优的网络链路进行转发。

进一步地，所述NQA服务包括ICMP测试子服务、TCP测试子服务和FTP测试子服务；其中：

所述ICMP测试子服务用于对终端所连接的网络链路进行ICMP测试，获取若干个时延参数、抖动参数及丢包参数均满足预设第一阈值的网络链路作为第一链路集；

所述TCP测试子服务用于对第一链路集的网络链路进行TCP测试，获取若干个时延参数、抖动参数及丢包参数均满足预设第二阈值的网络链路作为第二链路集；

所述FTP测试子服务用于对第二链路集的网络链路进行FTP测试，获取若干个时延参数、抖动参数及丢包参数均满足预设第三阈值的网络链路作为检测结果。

上述方案通过搭建ICMP测试子服务、TCP测试子服务和FTP测试子服务，实现对网络链路的ICMP测试、TCP测试和FTP测试的三重测试，最终可以选择出最优的若干个网络链路加入到MPTCP服务中作为数据传输的网络链路，其相比于单独的MPTCP服务，可以有效减少MPTCP的压力，提升服务效率，保证网络链路的最优化。

进一步地，所述网络优化系统还包括配置模块，用于划分重点终端并为所述重点终端配置专属虚拟局域网及优先级，以保证重点终端在有线连接时其数据的优先转发。

进一步地，所述MPTCP服务还包括TCP服务，所述基于检测结果，采用MPTCP服务对用于数据传输的网络链路进行调整，以实现网络优化，具体为：

基于TCP服务，在检测结果中选择预定数量的网络链路进行流量合并，获取用于数据传输的网络链路；

使用MP_JOIN消息将用于数据传输的网络链路加入到MPTCP服务中，以对用于数据传输的网络链路进行调整，实现网络优化。

进一步地，所述网络优化系统还包括轮询模块，所述轮询模块用于定时开启NQA服务及MPTCP服务，以使得周期性地获取检测结果并对用于数据传输的网络链路进行动态调整，实现网络动态优化。

上述方案中通过轮询模块，可以定时地周期性地自动开启终端与网络路由模块间的NQA服务及MPTCP服务，实现对网络链路质量的动态考量，使得网络传输链路可以随时地进行调整，即时保障网络带宽及网络传输效率的稳定，令系统兼容性、适应性更强。

附图说明

图1为本发明背景技术提供的典型网络组网架构示意图；

图2为本发明一实施例提供的一种网络优化方法流程示意图；

图3为本发明一实施例提供的以重点终端的接入网络结构示意图；

图4为本发明一实施例提供的终端与网络路由模块间的网络传输链路示意图；

图5为本发明一实施例提供的MPTCP的报文格式示意图；

图6为本发明一实施例提供的SubType定义示意图；

图7为本发明一实施例提供的ICMP报文IP头部格式示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参见图2，本实施例提供一种网络优化方法，可以解决网络突发及流量扩容的问题，其包括以下步骤：

S1：使用NQA技术对终端所连接的网络链路进行检测，获取检测结果；

S2：基于检测结果，采用MPTCP对用于数据传输的网络链路进行调整，以实现网络优化。

本实施例采用NQA技术与MPTCP组合的方式，基于NQA的检测结果用MPTCP选择最优的网络链路进行组合传输，从而实现网络带宽及网络传输效率的提升。该方案综合考虑NQA技术和MPTCP的检测融合，对网络链路进行质量检测，在流量带宽扩充时选择最优的网络链路进行转发。

进一步，所述使用NQA技术对终端所连接的网络链路进行检测，获取检测结果，包括：

对终端所连接的网络链路进行ICMP测试，获取若干个时延参数、抖动参数及丢包参数均满足预设第一阈值的网络链路作为第一链路集；

对第一链路集的网络链路进行TCP测试，获取若干个时延参数、抖动参数及丢包参数均满足预设第二阈值的网络链路作为第二链路集；

对第二链路集的网络链路进行FTP测试，获取若干个时延参数、抖动参数及丢包参数均满足预设第三阈值的网络链路作为检测结果。

本实施例通过对网络链路的ICMP测试、TCP测试和FTP测试的三重测试，最终可以选择出最优的若干个网络链路加入到MPTCP服务中作为数据传输的网络链路，其相比于单独的MPTCP服务，可以有效减少MPTCP的压力，提升服务效率，保证网络链路的最优化。

进一步地，所述一种网络优化方法还包括以下步骤，划分重点终端并为所述重点终端配置专属虚拟局域网及优先级，以保证重点终端在有线连接时其数据的优先转发。

进一步地，所述基于检测结果，采用MPTCP对用于数据传输的网络链路进行调整，以实现网络优化，具体为：

基于TCP协议，在检测结果中选择预定数量的网络链路进行流量合并，获取用于数据传输的网络链路；

使用MP_JOIN消息将用于数据传输的网络链路加入到MPTCP中，以对用于数据传输的网络链路进行调整，实现网络优化。

进一步地，周期性地使用NQA技术对终端所连接的网络链路进行检测，获取检测结果；基于检测结果，采用MPTCP对用于数据传输的网络链路进行动态调整，以实现网络动态优化。

本实施例提供的方法，可以定时地周期性地自动开启终端与网络路由模块间的NQA服务及MPTCP服务，实现对网络链路质量的动态考量，使得网络传输链路可以随时地进行调整，即时保障网络带宽及网络传输效率的稳定，令系统兼容性、适应性更强。

为了进一步突出本发明的技术特点，凸显其技术优势，本实施例提供一种网络优化方法的具体应用。

在实际办公应用场景中，对于普通部门的PC终端，使用默认虚拟局域网Vlan1，对于重点需要保障的部门PC终端，即对于重点终端划分专属Vlan与优先级。保障重点部门客户的PC终端在有线传输时报文优先传送。

重点保障部门终端PC上安装MPTCP客户端模块，光猫下挂的路由器安装MPTCP服务端模块，两者之间使能MPTCP协议；重点保障部门终端PC上安装NQA客户端模块，光猫下挂的路由器安装NQA服务端模块，两者之间运行NQA协议。

接着，将重点保障部门终端PC有线接入方式作为MPTCP的第一个子通道进行建立；对于PC端通过wifi接入网络的通道，基于NQA的测试类型进行测试，选择ICMP，TCP，FTP三种类型测试。对PC端到路由器端的链路进行质量分析(包括时延、抖动、丢包率相关的统计参数)，选择质量最好的wifi链路集合。

所述质量最好的wifi链路集合，其质量满足(NQA_DT

首先进行ICMP测试，将满足(NQA_DT

接着，从上述符合条件的wifi第一链路集中，再进行TCP测试。进一步将满足(NQA_DT

最后，从TCP测试的wifi第二链路集中，再进行FTP测试。将满足(NQA_DT

MPTCP基于TCP协议进行流量合并，其选择NQA中质量排行前三的无线链路进行合并。通过使用MP_JOIN消息将无线链路加入到MPTCP中。

进一步的，本实施例可以定期测试网络质量，将测试结果反馈给MPTCP来动态调整传输链路。

具体可参见图3，图3以重点保障部门的办公点的PC接入网络为例，采用有线和无线方式两种方式接入网络，其中所述有线接入为通过网线接入上网，所述无线接入方式，即通过该办公点的无线wifi接入上网(存在多个可选择wifi1～wifin接入)。

需要说明的是，PC上安装多张无线网卡，可以保证同时接入多个无线网络，PC接入到网络的交换机配置专属Vlan和优先级(例如：Vlan 100和优先级7)，非重点保障部门的PC通过默认Vlan 1接入到网络。这样保证该办公点PC在有线接入时的交换机对专属Vlan和优先级的报文进行优先转发。

在PC上安装NQA和MPTCP模块，使得PC具备处理NQA与MPTCP协议的能力。PC和路由器均启动MPTCP服务，将PC的有线接入作为第一个MPTCP的传输路径创建链接。具体可见图4的虚线上半部流程。

其交互流程为RFC6824协议中规定的基础流程。其中Address A1为PC使用的有线网口IP地址。所述SYN为Synchronize Sequence Numbers，即同步序列编号。所述ACK(Acknowledge character)为确认回答。

所述Key-B为路由器的关键信息，所述MPTCP的报文格式见图5，而图5中的SubType定义可见图6所示。

PC与路由器之间通过MP_CAPABLE消息交互通告各自具有MPTCP的处理能力，然后通过MP_JOIN消息将有线网口IP地址加入到传输中。使用有线传输链路配置专属Vlan与优先级，在通过交换机传输到路由器的过程中，保障了该报文传输优先级最优先，即保障了MPTCP中第一条基础链路传输质量最高。

PC和路由器均启动NQA服务，其中NQA测试类型包括ICMP测试、TCP测试、FTP测试。

NQA服务中首先基于ICMP测试，ICMP测试主要目的是报文是否可达，是所有网络连通性测试的基础。ICMP报文是一种基于IP的报文，报文格式如下：

其包含IP头部与ICMP两部分。PC端根据所有可用无线网卡，向路由器端发送构造的ICMP Echo Request报文。路由器端收到报文后，直接回应ICMP Echo Reply报文给PC端。所述构造的ICMP Echo Request报文，其源IP地址为PC端每个可用无线网卡的IP地址。目的IP地址为路由器的IP地址。

其中，IP头部格式可参见图7所示，其中：

版本(Version)：长度为4比特，有IPv4和IPv6这两个版本。因为这两个版本的报头格式不同，所以这个位置是很重要的，它直接影响了主机在解析报文时按照什么版本来读取哪些位置的数据；

报头长度(Header Length)：长度为4比特，表示IP报文头部的长度，以32比特(4字节)为单位递增，该字段的最小值为5，也就是说报文长度的最小值为5×32比特(4字节)＝20字节。如此演算，如果该字段4比特都置位，等于十进制的15，15×32比特(4字节)＝60字节，也就是说，IP报文的头部长度最大为60字节；

服务类型(Type of Service)：长度为8比特。该字段指出应该如何处理数据报文，也有文献称其为差分服务、区分服务；

总长度(Total Length)：长度为16比特，表示该IP报文的总大小，包括报头和携带的数据；

标识(Identification)：长度为16比特，唯一标识原始IPv4数据包的数据分片；

标志位(Flag)：长度为3比特，主要用于指出是否进行分片以及是否有更多分片；

分片偏移(Fragment Offset)：长度为13比特，当一个报文过大不能够在一个数据帧中传输时，可以使用分片和重组功能，这里主要是用于表示偏移量，即将一个报文分开封装，分别发出，到达目的地再根据偏移量进行重组；

存活时间(Time To Live，TTL)：长度为8比特，表示报文在网络中可以生存的时间，当计时器到期时该报文将被网络丢弃。这一设计实际上是计算报文经过的转发设备数量，也就是在路由的“跳数”。一般情况下，该值始发时根据设备和环境不同，可能是64、128或255。当TTL为0时会丢弃数据包；

协议(Protocol)：长度为8比特，标识承载数据使用什么协议，以便于接收者将数据交给相应的协议或者程序来处理；支持网络层协议和上层协议，比如TCP/UDP/ICMP/ARP/OSPF等；

报头校验和(Header Checksum)：长度为16比特，是对报头进行循环冗余校验(Cyclic Redundancy Check，CRC)的结果；

源IP地址(Source Address)：长度为32比特，表示发送者的IP地址；

目的IP地址(Destination Address)：长度为32比特，表示接收者的IP地址；

选项(Options)：用于安全、测试等目的。需要注意的是，根据在RFC791中的定义，该字段的长度必须为32比特的倍数。当没有选项时，可以为0；如果有且不足32比特时，则需要以0来填充至32比特的倍数；

填充(Padding)：长度可变。在使用选项的过程中，有可能造成数据包包头部分不是32比特的整数倍，那么需要填充数据来补齐；

例如：PC端有5张无线网卡，其IP地址分别为SrcIp1～SrcIp5，PC端通过NQA模块，对其进行ICMP测试，见下表：

每个可用无线网卡一次发送10个ICMP Echo Request报文，总共发送50个报文出去，然后基于收到的ICMP Echo Reply报文，NQA模块对每个无线链路分别计算其时延、抖动、丢包率的统计数据。将满足NQA_DTi<150ms&NQA_SKi<80ms&NQA_LPi<5％的wifi第一链路集合找出来。对于不符合条件的链路，可以通过ICMP分析出是否无应答，将网络无应答的链路进行排查修复。然后可以再次进行ICMP测试。

将wifi第一链路集合中的链路，再次进行NQA的TCP测试，TCP测试用于检测PC端与路由器之间经过三次握手建立TCP连接的速度。PC端通过接收TCP SYN ACK报文和发送TCPSYN报文、ACK报文的时间差，计算出PC端与路由器之间三次握手建立TCP连接的时间，从而清晰地反映出网络中TCP协议的性能状况。将满足NQA_DTi<150ms&NQA_SKi<80ms&NQA_LPi<5％的wifi第二链路集合找出来。

将wifi第二链路集合中的链路，再次进行NQA的FTP测试，FTP测试以TCP报文为承载，用于检测是否可以与指定的FTP服务器建立连接，以及从FTP服务器下载指定文件或向FTP服务器上载指定文件的速度。将满足NQA_DTi<150ms&NQA_SKi<80ms&NQA_LPi<5％的wifi第三链路集合找出来。

对wifi第三链路集合中，选取质量排行前三的链路。其方法为：遍历wifi第三链路集合，其中质量最优的链路为NQA_DT最小的链路，如果存在多条NQA_DT值相同时，继续比较NQA_SK，NQA_SK最小的为最优，如果NQA_SK也存在多条值相同时，继续比较NQA_LP，将NQA_LP最小的作为最优，如果此时NQA_LP也存在多条一样时，从其中选择3条最优的链路即可。如果wifi链路3集合中链路少于或等于3条，则按照实际条数作为最终选择的链路。

接着，通过MP_JOIN类型消息将优选链路加入到MPTCP中，其传输的流程见图三(虚线下半部分)，该流程仅以一条路径为例。所述Address A2为wifi第三链路集合中一条最优链路的IP地址。

需要说明的是，周期性的使用NQA对PC所连接的网络链路(有线+多个无线wifi链路)进行检测，将其检测结果馈给MPTCP来动态调整传输链路。所述动态调整传输链路为选择质量排行前三的链接反馈给MPTCP模块，更新已有的MPTCP传输链路。

本实施例还提供一种网络优化系统，包括网络路由模块及与所述网络路由模块网络连接的终端，所述网络路由模块与所述终端间搭建有NQA服务及MPTCP服务；其中：

网络路由模块使用NQA服务对终端所连接的网络链路进行检测，获取检测结果；

基于检测结果，采用MPTCP服务对用于数据传输的网络链路进行调整，以实现网络优化。

本实施例提供的系统在网络路由模块与终端间搭建了NQA服务和MPTCP服务，基于NQA服务的网络链路检测结果，用MPTCP服务选择最优的网络链路进行组合传输，从而实现网络带宽及网络传输效率的提升。该方案综合考虑NQA服务和MPTCP服务的检测融合，对网络链路进行质量检测，在流量带宽扩充时选择最优的网络链路进行转发。

进一步地，所述NQA服务包括ICMP测试子服务、TCP测试子服务和FTP测试子服务；其中：

所述ICMP测试子服务用于对终端所连接的网络链路进行ICMP测试，获取若干个时延参数、抖动参数及丢包参数均满足预设第一阈值的网络链路作为第一链路集；

所述TCP测试子服务用于对第一链路集的网络链路进行TCP测试，获取若干个时延参数、抖动参数及丢包参数均满足预设第二阈值的网络链路作为第二链路集；

所述FTP测试子服务用于对第二链路集的网络链路进行FTP测试，获取若干个时延参数、抖动参数及丢包参数均满足预设第三阈值的网络链路作为检测结果。

本实施例通过搭建ICMP测试子服务、TCP测试子服务和FTP测试子服务，实现对网络链路的ICMP测试、TCP测试和FTP测试的三重测试，最终可以选择出最优的若干个网络链路加入到MPTCP服务中作为数据传输的网络链路，其相比于单独的MPTCP服务，可以有效减少MPTCP的压力，提升服务效率，保证网络链路的最优化。

进一步地，所述网络优化系统还包括配置模块，用于划分重点终端并为所述重点终端配置专属虚拟局域网及优先级，以保证重点终端在有线连接时其数据的优先转发。

进一步地，所述MPTCP服务还包括TCP服务，所述基于检测结果，采用MPTCP服务对用于数据传输的网络链路进行调整，以实现网络优化，具体为：

基于TCP服务，在检测结果中选择预定数量的网络链路进行流量合并，获取用于数据传输的网络链路；

使用MP_JOIN消息将用于数据传输的网络链路加入到MPTCP服务中，以对用于数据传输的网络链路进行调整，实现网络优化。

进一步地，所述网络优化系统还包括轮询模块，所述轮询模块用于定时开启NQA服务及MPTCP服务，以使得周期性地获取检测结果并对用于数据传输的网络链路进行动态调整，实现网络动态优化。

在本实施例中通过轮询模块，可以定时地周期性地自动开启终端与网络路由模块间的NQA服务及MPTCP服务，实现对网络链路质量的动态考量，使得网络传输链路可以随时地进行调整，即时保障网络带宽及网络传输效率的稳定，令系统兼容性、适应性更强。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。