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MPTCP

背景

     隨著技術的發展許多設備具有了多個網絡接口，而TCP依然是一個單線路的協議，在TCP的通信過程中發端和收端都

不能隨意變換地址。我們可以利用多個網絡接口的這一特性來改善性能和有效冗餘。例如：你的手機同時連接

WIFI信號和3G信號的時候，如果WIFI關掉，使用WIFI進行的TCP連接就會斷開，而不能有效利用3G網絡繼續收發數據。

而Multipath TCP可以在一條TCP鏈接中包含多條路徑，避免上述問題出現。

 

MPTCP簡介

     MPTCP允許在一條TCP鏈路中建立多個子通道。當一條通道按照三次握手的方式建立起來後，可以按照三次握手的

方式建立其他的子通道，這些通道以三次握手建立連接和四次握手解除連接。這些通道都會綁定於MPTCP session，

發送端的數據可以選擇其中一條通道進行傳輸。

 

MPTCP的設計遵守以下兩個原則：

1.應用程序的兼容性，應用程序只要可以運行在TCP環境下，就可以在沒有任何修改的情況下，運行於MPTCP環境。

2.網絡的兼容性，MPTCP兼容其他協議。

 

MPTCP在協議棧中的位置如下所示：

 

 

 

建立連接過程 

 

　　如上圖所示：MPTCP的第一個子通道的建立遵守TCP的三次握手，唯一的區別是每次發送的

報文段需要添加MP_CAPABLE的的TCP選項和一個安全用途的key。而下圖是建立其他的子通道：

 

　　如上圖所示：第二條子通道的建立依然遵守TCP的三次握手，而TCP選項換成了MP_JOIN。

而token是基於key的一個hash值，rand為一個隨機數，而HMAC是基於rand的一個hash值。

 

數據的發送和接收

     MPTCP可以選擇多條子通道中任意一條來發送數據。MPTCP如果使用傳統的TCP的方式

來發送數據，將會出現一部分包在一條子通道，而另一部分包在另外一條子通道。這樣的話，防火牆等

中間設備將會收到TCP的序號跳躍的包，因此將會發生丟包等異常情況。為了解決這個問題，MPTCP通過

增加DSN(data sequence number)來管理包的發送，DSN統計總的報文段序號，而每個子通道中的

序號始終是連續。

     MPTCP的接收包過程分為兩個階段：第一、每個子通道依據自身序號來重組報文段；第二、MPTCP

的控制模塊依據DSN對所有子通道的報文段進行重組。

 

擁塞控制 

     MPTCP中擁塞控制的設計需遵守以下兩個原則：

第一：MPTCP和傳統TCP應該擁有相同的吞吐量，而不是MPTCP中每一條子通道和傳統TCP具有相同的吞吐量。

第二：MPTCP在選擇子通道的時候應該選擇擁塞情況更好的子通道。

 

MPTCP的實現

MPTCP的實現主要分為三部分：

1. master subsocket 
2. Multi-path control bock(mpcb)
3. slave subsocket

 

master subsock是一個標準的sock結構體用於TCP通信。mpcb提供開啟或關閉子通道、

選擇發送數據的子通道以及重組報文段的功能。slave subsocket對應用程序並不可見，他們

都是被mpcb管理並用於發送數據。 

 

應用：

MPTCP的作用除了體現在移動設備領域，還可以用於數據中心。

比如EC2就會讓兩個終端間冗餘有多條路徑，論文《An overview of Multipath TCP》中對此進行了

實驗，作者租借40台機器安裝MPTCP的內核然後實驗，其效果如下：

 

參考文獻：

http://queue.acm.org/detail.cfm?id=2591369

An overview of Multipath TCP  -  O. Bonaventure , M. Handley and C. Raiciu. USENIX login; , October 2012.

MultiPath TCP: From Theory to Practice  -  S. Barré ,  C. Paasch  and  O. Bonaventure . IFIP Networking, 2011