移动互联网端到端数据包分片优化思路及研究

作者:刘华;金志坚; 刊名:移动通信 上传者:赵玲芬

【摘要】为了提升端到端数据包传输效率以及移动互联网用户感知,以EGPRS网络为例,深入分析了整个业务链条影响数据包分片的机制、参数设置等,并提出相应设置策略和建议,最后结合实际案例验证了研究成果的可行性和准确性.

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1引言 移动互联网业务流程涉及众多节点,包括终端、无线网、核心网、业务网、承载网、互联网等,这些网络节点由于其实现机制、接口协议、处理能力等不同,都有可能对数据包进行分片。分片过多或者过少,都将严重影响端到端链路的承载效率和用户感知。本文以EGPRS(EnhancedGeneralPacketRadioService,增强型通用分组无线业务)网络为例,研究 如何在复杂的业务流程和众多的业务节点中合理设置数据包分片大小,帮助从业人员提升2G/3G数据业务优化能力,并为当前LTE网络优化奠定基础。 2EGPRS端到端网络结构及协议 EGPRS端到端网络结构及接口如图1所示。手机上网业务经过的主要节点包括终端、BSS(BaseStationSubsystem,基站子系统)/UTRAN(UniversalTerrestrialRadioAccessNetwork,全球陆地无线接入网络)、SGSN(ServingGPRSSupportNode,服务GPRS支持节点)、GGSN(GatewayGPRSSupportNode,网关GPRS支持节点)等,主要涉及Um、Gb、 Gn、Gi等接口。 EGPRS网络体现出了分组交换和分组传输的特点,即数据和信令是基于统一的传输平面。EGPRS端到端控制面、用户面接口及协议分别如图2和图3所示: 3IP数据包分片 为了适应移动业务多元化,实现网络融合、业务融合以及运营转型,移动互联网不断向IP化演进,因此IP协议是端到端数据包分片的首要考虑因素。 3.1数据包的分片与重组 在TCP(TransmissionControlProtocol,传输控制协议)/IP协议封装过程中,各个应用程序将要发送的数据送给传输层,传输层TCP/UDP(UserDatagramProtocol,用户数据报协议)再将数据分为大小一定的数据段,加上本层的报文头发送给网络层(IP)。IP分片是网络层传输IP报文的一种技术手段。IP协议在传输数据包时,将数据报文分为若干分片进行传输,并在下一跳节点进行重组,这一过程称为分片(Fragmentation)。 MTU(MaximumTransmissionUnit,最大传输单元)是指在网络层中可以传输的最大IP数据包大小;MSS(MaximumSegmentSize,最大报文段长度)是TCP协议的概念,是指传输层能够发送的数据块最大长度,此长度不包括TCP头内容。 MTU和MSS是TCP/IP协议通信中有关传送数据包大小的参数,直接影响到传送路径上设备对数据包的分片处理,间接影响到分片包错序、丢包导致重传等情况的发生。如果MTU/MSS设置过大,将会导致数据在传送时多次进行分片,影响系统性能或者出现丢包等问题;如果TCPMSS值设置过小,报文数量明显增多,导致承载效率下降。 通常情况下,MSS=MTU-IP报 20)。为了达到最佳的传输效能,TCP协议在建立连接时,需要事先协商双方的MSS值。对于TCP数据包来说,每个TCP数据包在组成前其大小就已经被MSS限制了,自然也就不用再进行IP层分片;而对于UDP数据包来说,如果UDP组成的IP数据包长度超过MTU,那么必须要进行IP层分片,因为UDP协议不能像TCP协议那样可以自己进行分片。需要注意的是,分片既可能发生在 发送端,也可能发生在转发报文的路由器、防火墙等中间系统。 IP数据报被分片之后,所有分片报文的IP报头中的源IP、目的IP、IP标识、上层协议等信息都是一样的,不同的地方在于分片标志位和分片偏移量,而接收方正是根据接收到的分片报文的源IP、目

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