Laut dem Cisco Visual Networking Index 2017 entfielen 2016 60 Prozent des gesamten mobilen Datenverkehrs auf mobile Videos. Insgesamt wird erwartet, dass der mobile Videoverkehr zwischen 2016 und 2021 auf das Neunfache ansteigt und bis 2021 78 Prozent des gesamten mobilen Datenverkehrs ausmacht.
Angesichts des erwarteten Wachstums ist klar, dass Mobilfunkanbieter ihren Kunden ein hervorragendes Videoerlebnis bieten müssen, um wettbewerbsfähig und profitabel zu bleiben. Doch das wird nicht einfach.
Die Probleme mit TCP
Der Ausbau von Mobilfunknetzen mit WLAN, 3G, 4G und 5G soll den Teilnehmern ein hochwertigeres mobiles Breitbanderlebnis bieten und den Betreibern zugleich die Möglichkeit eröffnen, Einnahmequellen zu erschließen und individuell anzupassen. Um jedoch wettbewerbsfähig zu bleiben, müssen Mobilfunkbetreiber ihre Verfahren zur Optimierung des Transmission Control Protocol (TCP) weiterentwickeln, damit sie angesichts des zunehmenden mobilen Datenverkehrs schnellere Netzwerkdienste bereitstellen können.
Die meisten Anwendungen nutzen zwar TCP, um mit den benötigten Diensten zu kommunizieren, doch ursprünglich wurde es dafür entwickelt, Verbindungen herzustellen und Daten zwischen Clients und Servern zu übertragen – nicht zur Unterstützung von Diensten wie Sprach- und Videoübertragung. Darüber hinaus ist TCP eher auf eine fehlerfreie als auf eine zeitnahe Übertragung optimiert. Beim Warten auf Nachrichten, die in falscher Reihenfolge eintreffen, oder auf die erneute Übertragung verloren gegangener Nachrichten kann es daher zu Verzögerungen von mehreren Sekunden kommen. Somit ist TCP für Echtzeitanwendungen wie Sprach- und Videoübertragung nicht ideal. Sporadische, durch Netzwerküberlastung verursachte Paketverluste können die Übertragungsraten drastisch verlangsamen. Für die Nutzer bedeutet dies längere Ladezeiten, eine schlechtere Sprachqualität und ein unbefriedigendes Video-Streaming-Erlebnis.
Was die TCP-Optimierung tatsächlich bewirkt
Lösungen zur TCP-Optimierung müssen flexibel genug sein, um mit den unterschiedlichen Netzwerkbedingungen von WLAN, 3G, 4G und künftig 5G sowie mit Übergabeszenarien zwischen diesen Netzwerktypen umgehen zu können. TCP-Optimierungstechniken müssen Überlastungen bewältigen, die Latenz verringern, Richtlinien und Benutzersteuerung berücksichtigen und eine hohe Skalierbarkeit bieten, um den Prognosen von Cisco für 2021 gerecht zu werden.
Um die unterschiedlichen Netzwerkbedingungen zu unterstützen und inhärente Protokolleinschränkungen zu überwinden, nutzt die BIG-IP-Plattform von F5 die folgenden adaptiven Funktionen zur TCP-Optimierung:
- Ratensteuerung: Hiermit wird der Paketfluss im Netzwerk gesteuert, um eine Überlastung nachgelagerter Puffer zu vermeiden. Ohne Ratensteuerung werden Pakete sofort und direkt nacheinander gesendet. Da der TCP-Stack weiß, mit welcher Geschwindigkeit verschiedene Datenströme gesendet und empfangen werden, kann er steuern, wie schnell neue Pakete gesendet werden, und so die Verteilung auf die Datenströme verbessern. Durch die Steuerung der Datenflussrate können sich die Puffer anpassen, ohne überfüllt zu werden. Dadurch werden ein uneinheitliches Datenverkehrsverhalten und Paketverluste aufgrund von Netzwerküberlastung verhindert. BIG-IP-Produkte überwachen kontinuierlich die Netzwerkpuffer und senden Pakete mit Raten, die eine Pufferaufblähung verhindern, indem sie bei hohem Datenverkehr das Übertragungstempo proaktiv anpassen und so Überlastungen vermeiden. Sobald der Datenverkehr wieder abnimmt, ermöglichen BIG-IP-Produkte höhere Geschwindigkeiten, um die verfügbare Bandbreite optimal zu nutzen.
- Programmierbare TCP-Optimierung: Betreiber können TCP-Parameter an die Netzwerkbedingungen anpassen, etwa wenn ein Benutzer zwischen verschiedenen Funkzugangstechnologien wechselt. Wechselt beispielsweise ein UE von 3G zu 4G, erkennt das BIG-IP Produkt die Änderung des RAT-Typs und passt die Fenstergrößen vor der Antwort automatisch nach oben oder unten an.
- Dynamische automatische Abstimmung: BIG-IP-Produkte können TCP-Parameter dynamisch an veränderte Netzwerkbedingungen anpassen. Betreiber legen Schwellenwerte fest, bei deren Überschreitung BIG-IP-Produkte die entsprechenden Puffergrößen automatisch aktualisieren (beispielsweise wenn ein Benutzer von 3G zu 4G wechselt).
- Aggressive Wiederherstellung bei TCP-Paketverlusten: In Netzwerken mit niedriger Umlaufzeit (RTT) beeinträchtigt die Wiederherstellung bei Paketverlusten mithilfe von Zeitüberschreitungen für erneute Übertragungen (RTOs) die Netzwerkleistung erheblich. BIG-IP-Produkte verwenden einen neuen, aggressiveren Algorithmus zur Wiederherstellung bei TCP-Paketverlusten, der fehlende PDUs während des Wiederherstellungszeitraums mehrfach erneut übertragen kann. Dieser Ansatz verhindert langwierige RTOs und verbessert dadurch die Leistung.
- Multipath TCP (MPTCP) mit vollständiger Vermaschung und Überlastungssteuerung: Dadurch kann ein Gerät während einer TCP-Sitzung mehrere Pfade nutzen, sodass mehrere clientseitige Datenströme mit einem einzigen serverseitigen Datenstrom verbunden werden können. Dies ist insbesondere für Mobilgeräte relevant, da Verbindungen nahtlos zwischen WLAN- und Makro-3G/4G-Netzen übergeben werden. Fällt ein Pfad aus, kann die Sitzung dank MPTCP über einen alternativen Pfad fortgesetzt werden, wodurch weniger Kommunikationsverbindungen abbrechen. MPTCP verbessert außerdem die Nutzung der Netzwerkressourcen durch einen höheren Durchsatz und eine höhere Ausfallsicherheit des Netzwerks.
Zusammenfassung
Bei sachgemäßer Umsetzung gewährleistet die TCP-Optimierung eine zuverlässige, konsistente Bereitstellung von Diensten und Anwendungen und verbessert gleichzeitig die Leistung in Netzwerken erheblich, um ein besseres Nutzererlebnis zu ermöglichen. Nutzer profitieren von schnellerem Surfen und einem zügigeren Zugriff auf Inhalte – ohne Abstriche bei der Dienstqualität.
All dies macht die TCP-Optimierung zu einem effektiven (und notwendigen) Mittel für Mobilfunkbetreiber, um sich durch kürzere Ladezeiten für Anwendungen und Teilnehmer einen starken Wettbewerbsvorteil zu sichern. Dank der oben beschriebenen Vorteile ermöglicht die BIG-IP Plattform Betreibern, sich in Echtzeit an die wechselnden Bedingungen von Mobilfunknetzen – Latenz, Paketverluste, Überlastung usw. – anzupassen, die verfügbare Bandbreite vollständig auszuschöpfen und den Anwendungsdatenverkehr zu beschleunigen.
Weiterführende Literatur
Weitere Informationen zu den TCP-Optimierungsfunktionen von F5 finden Sie auf unserer Seite zur Lösung für das Datenverkehrsmanagement.
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