基于QUIC的ACK帧处理方法、装置、设备及介质

本发明属于计算机网络领域，特别涉及一种基于quic的ack帧处理方法、装置、设备及介质。

背景技术：

1、quic协议是http3的底层传输协议，其核心优势在于利用udp报文的快速传输特性实在在用户态对传输策略的更灵活控制。与tcp相比，quic协议通过优化减少了队头阻塞等问题，尤其在弱网环境下展现出显著的传输效率。此外，quic协议引入了0-rtt模式等新特性，进一步提升了客户端的使用体验。然而，由于quic协议采用udp作为传输层协议，与tcp相比，在ack处理的cpu开销上存在明显差异。在tcp协议中，ack处理主要由内核空间完成，而quic协议中的ack帧是通过udp数据包携带的，每次处理ack帧时都需要将数据包从内核空间读取到用户空间，并解析出ack帧，这种频繁的系统调用和用户态与内核态之间的切换导致了较高的cpu开销。

2、另一方面，由于quic数据包通常较小，客户端发送ack帧的频率相对较高。在服务端处理每个ack帧时，需要遍历已发送队列，将确认收到的数据包移除，这种多次遍历已发送队列的过程同样带来了较大的cpu开销。因此，优化quic协议的ack处理方法，以降低cpu开销，提高在有限cpu资源下的网络吞吐量，成为了一个亟待解决的问题。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于quic协议的高效ack帧处理方法，以达到在服务端能够批量读取数据包获取ack帧，并在合并多个ack帧之后进行ack帧的处理，同时根据历史一段时间内每次读取数据包获得的ack帧数量的平均值动态更新客户端发送ack帧的频率，保证不会影响吞吐量的目的。其技术方案为：

2、本发明第一方面提出了一种基于quic协议的高效ack帧处理方法，应用于服务端，包括：

3、s1、批量读取来自客户端的quic数据包，所述quic数据包中携带有ack帧；

4、s2、合并s1中quic数据包携带的ack帧，对合并后的ack帧进行正常的ack帧的处理，计算读取的quic数据包中携带有ack帧的总数量；

5、s3、根据quic数据包的往返时间划分时间窗口，并在到达新的时间窗口时，计算上个时间窗口内每次读取quic数据包获得的ack帧数量的平均值；

6、s4、通知所述客户端更新发送ack帧的频率，根据计算更新后ack帧频率的值，创建ack_frequency帧并发送给所述客户端。

7、进一步的，所述s1中，批量读取quic数据包包括：

8、使用recvmmsg()系统调用从套接字中批量读取来自所述客户端的udp数据包；

9、从udp数据包中解析出所述quic数据包。

10、进一步的，所述s2中合并s1中quic数据包携带的ack帧，包括：对相同quic连接且相同包号空间的quic数据包携带的ack帧进行合并。

11、进一步的，所述相同quic连接且相同包号空间的quic数据包判断方法包括：

12、解析出quic数据包的包头信息；

13、根据所述包头信息判断quic连接是否相同并确定数据包类型；

14、根据所述quic数据包的数据包类型判断包号空间是否相同。

15、进一步的，所述s2中合并s1中quic数据包携带的ack帧包括：

16、获取相同quic连接且相同包号空间的quic数据包携带的ack帧；

17、计算合并后的ack帧中的最大确认包号；

18、计算合并后的ack帧中的确认区间。

19、进一步的，所述合并后的ack帧中的最大确认包号的值取相同quic连接且相同包号空间的quic数据包携带的ack帧的最大确认包号的最大值，具体计算方式为：，式中，为合并后的ack帧的最大确认包号，n是相同quic连接且相同包号空间的quic数据包携带的ack帧的数量，为其中第i个ack帧的最大确认包号。

20、进一步的，所述合并后的ack帧中的确认区间的计算方式为取所有相同quic连接且相同包号空间的quic数据包携带的ack帧的所有确认区间的交集，其中，每个ack帧包括至少一个确认区间。

21、进一步的，所述s2中计算此次读取的quic数据包中携带有ack帧的总数量为所有quic连接和包号空间的quic数据包携带的ack帧的总数量。

22、进一步的，所述s3中划分时间窗口的方法为：

23、在到达新的时间窗口时，记录此时传输的数据总量s;

24、在发送数据包时，记录发送该数据包时传输的数据总量p;

25、在收到数据包的确认时，获取该数据包发送时传输的数据总量p，如果，进入新的时间窗口。

26、进一步的，所述s3中的计算方式如下：

27、 ；

28、式中，m是上一个时间窗口内读取数据包的次数，为第k次读取的quic数据包所携带的ack帧的数量。

29、进一步的，所述s4中的计算方式如下：

30、；

31、式中，是更新前客户端发送ack帧的频率，为更新后的频率，代表通知客户端每收到个数据包后发送一个ack帧。

32、进一步的，所述创建ack_frequency帧并发送给客户端包括：

33、设置ack_frequency帧的ack频率阈值；

34、将ack_frequency帧加入到服务端的发送队列。

35、进一步的，所述创建ack_frequency帧并发送给客户端还包括设置ack_frequency帧的序列号，其计算方式如下：

36、 ；

37、式中，是当前创建的ack_frequency帧的序列号，是上一个ack_frequency帧的序列号，当客户端收到的ack_frequency帧序列号小于已收到的序列号的最大值时，将该ack_frequency帧其忽略。

38、本发明第二方面提出了一种基于quic协议的高效ack帧处理装置，应用于服务端，所述装置包括：

39、数据接收模块，用于批量接收来自客户端的携带ack帧的quic数据包，所述quic数据包中携带有ack帧；

40、数据处理模块，用于合并所述数据接收模块接收到的quic数据包中的ack帧，对合并后的ack帧进行正常的ack帧的处理，并计算读取的quic数据包中携带有ack帧的总数量；

41、计算模块，用于根据quic数据包的往返时间划分时间窗口，并在到达新的时间窗口时，计算上个时间窗口内每次读取quic数据包获得的ack帧数量的平均值；

42、通知模块，用于通知客户端更新发送ack帧的频率，根据计算更新后的ack帧频率的值，创建ack_frequency帧发送给所述客户端。

43、一种计算机设备，包括至少一个处理器以及存储有计算机程序的计算机可读介质，所述计算机程序被所述处理器读取并运行时，实现如上述第一方面所述方法的步骤。

44、一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器读取并运行时，实现如上述第一方面所述方法的步骤。

45、与现有技术相比，本技术有益效果如下：

46、（1）本发明通过批量读取携带ack帧的udp数据包，避免了频繁的系统调用导致用户态与内核态切换，显著降低了cpu开销。

47、（2）本发明通过合并读取得到ack帧，相比于现有quic协议需要对每个ack帧都要进行处理，本发明只需要对合并后的ack帧进行一次处理，降低ack帧处理的cpu开销，提高cpu资源不足时的吞吐量。

48、（3）本发明根据历史一段时间内每次读取quic数据包所获得的ack帧的数量的平均值，动态调整客户端发送ack帧的频率，相比于现有一些直接降低客户端发送ack帧的频率的方法，可以在网络条件不好时提高频率，从而保证在弱网环境下吞吐量不会受到影响。