TCP-Optimierungsverbesserungen für ein besseres mobiles Erlebnis

Laut Cisco Visual Networking Index 2017 machte der mobile Videoverkehr im Jahr 2016 60 Prozent des gesamten mobilen Datenverkehrs aus. Insgesamt wird erwartet, dass sich die Nutzung mobiler Videos zwischen 2016 und 2021 um das Neunfache erhöht und im Jahr 2021 78 Prozent des gesamten mobilen Datenverkehrs ausmacht.

Angesichts des erwarteten Wachstums ist klar, dass es für Mobilfunkbetreiber von entscheidender Bedeutung sein wird, ihren Kunden ein großartiges Videoerlebnis zu bieten, um wettbewerbsfähig und profitabel zu bleiben. Aber es wird nicht einfach.

Das Problem mit TCP

Der Ausbau der Mobilfunknetze WiFi, 3G, 4G und 5G soll den Abonnenten eine höhere Qualität bei der mobilen Breitbandnutzung bieten und den Betreibern gleichzeitig die Möglichkeit eröffnen, Einnahmequellen zu erschließen und anzupassen. Um ihren Wettbewerbsvorteil zu behalten, müssen Mobilfunkbetreiber jedoch ihre Verfahren zur Optimierung des Transmission Control Protocol (TCP) weiterentwickeln, um bei zunehmendem mobilen Datenverkehr schnellere Netzwerkdienste bereitstellen zu können.

Während die meisten Applications TCP zur Kommunikation mit den benötigten Diensten verwenden, wurde es ursprünglich dafür entwickelt, Verbindungen herzustellen und Daten zwischen Clients und Servern zu übermitteln – und nicht, um Dienste wie Sprache und Video zu unterstützen. Darüber hinaus ist TCP eher auf genaue als auf pünktliche Zustellung optimiert, und es können Verzögerungen im Sekundenbereich auftreten, während auf Nachrichten in der falschen Reihenfolge oder auf die erneute Übertragung verloren gegangener Nachrichten gewartet wird. Daher ist TCP nicht ideal für Applications wie Sprache und Video. Sporadischer Paketverlust durch Netzwerküberlastung kann die Übertragungsraten drastisch verlangsamen. Dies bedeutet für die Benutzer verringerte Ladegeschwindigkeiten, eine verschlechterte Sprachqualität und ein schlechtes Video-Streaming-Erlebnis.

Was die TCP-Optimierung tatsächlich bewirkt

TCP-Optimierungslösungen müssen flexibel genug sein, um die unterschiedlichen Netzwerkbedingungen von WLAN, 3G, 4G, dem zukünftigen 5G und Übergabeszenarien zwischen diesen Netzwerktypen zu bewältigen. Um den Prognosen von Cisco für 2021 gerecht zu werden, müssen TCP-Optimierungstechniken Überlastungen bewältigen, Latenzen verringern, sich in Richtlinienbewusstsein und Benutzerkontrolle integrieren und eine hohe Skalierbarkeit unterstützen.

Um die unterschiedlichen Netzwerkbedingungen zu unterstützen und inhärente Protokollbeschränkungen zu überwinden, verwendet die BIG-IP- Plattform von F5 diese adaptiven, TCP-optimierungsspezifischen Funktionen:

• Ratensteuerung: Dadurch wird der Paketfluss über das Netzwerk gesteuert, um eine Überlastung der Puffer weiter unten im Netzwerk zu vermeiden. Ohne Rate Pacing werden Pakete sofort und nacheinander gesendet. Durch Kenntnis der Geschwindigkeit, mit der verschiedene Flows gesendet und empfangen werden, kann der TCP-Stapel steuern, wie schnell neue Pakete gesendet werden, und so die Verteilung auf die Flows verbessern. Durch die Regulierung der Flussrate können sich die Puffer anpassen, ohne überfüllt zu werden. Dadurch werden inkonsistentes Verkehrsverhalten und Paketverluste aufgrund von Netzwerküberlastungen verhindert. BIG-IP-Produkte überwachen ständig die Netzwerkpuffer und senden Pakete mit Geschwindigkeiten, die eine Pufferüberladung verhindern, indem sie die Übermittlungsgeschwindigkeit bei starkem Datenverkehr proaktiv anpassen und so eine Überlastung vermeiden. Sobald der Verkehr wieder nachlässt, ermöglichen BIG-IP-Produkte höhere Geschwindigkeiten, um die Nutzung der verfügbaren Bandbreite zu maximieren.
   
• Programmierbares TCP-Tuning: Betreiber können TCP-Parameter je nach Netzwerkbedingungen ändern, z. B. wenn ein Benutzer zwischen mehreren Funkzugangstypen wechselt. Wenn eine UE beispielsweise von 3G zu 4G wechselt, erkennt das BIG-IP-Produkt die Änderung des RAT-Typs und passt die Fenstergrößen automatisch nach oben oder unten an, bevor es reagiert.
   
• Dynamisches Auto-Tuning: BIG-IP-Produkte können TCP-Parameter dynamisch ändern, wenn sich die Netzwerkbedingungen ändern. Die Betreiber legen Schwellenwerte fest, die bei Auslösung dazu führen, dass BIG-IP-Produkte die geltenden Puffergrößen automatisch aktualisieren (beispielsweise, wenn ein Benutzer von 3G zu 4G wechselt).
   
• Aggressive TCP-Verlustwiederherstellung: In Netzwerken mit kurzer Round Trip Time (RTT) reduziert die Behebung von Paketverlusten durch Retransmission Timeouts (RTOs) die Netzwerkleistung erheblich. BIG-IP-Produkte implementieren einen neuen, aggressiveren Algorithmus zur Wiederherstellung nach TCP-Verlust, der fehlende PDUs während der Wiederherstellungsphase mehrmals erneut übertragen kann. Dieser Ansatz verhindert langwierige RTOs und verbessert entsprechend die Leistung.
   
• Multipath TCP (MPTCP) Full Mesh und Überlastungskontrolle: Dadurch kann ein Gerät während einer TCP-Sitzung mehrere Pfade verwenden, sodass mehrere clientseitige Flows eine Verbindung zu einem einzigen serverseitigen Flow herstellen können. Dies ist insbesondere für Mobilgeräte relevant und bedeutet, dass Verbindungen nahtlos über WLAN und Makro-3G/4G-Netzwerke übertragen werden. Wenn ein Pfad ausfällt, ermöglicht MPTCP die Fortsetzung der Sitzung über einen alternativen Pfad, was zu weniger Kommunikationsabbrüchen führt. MPTCP verbessert außerdem die Nutzung der Netzwerkressourcen durch höheren Durchsatz und verbesserte Netzwerkausfallsicherheit.
   

Zusammenfassung

Bei richtiger Handhabung sorgt die TCP-Optimierung für eine zuverlässige, konsistente Bereitstellung von Diensten und Application und verbessert gleichzeitig die Leistung in allen Netzwerken erheblich, um ein besseres Benutzererlebnis zu bieten. Benutzer können schneller surfen und schneller auf Inhalte zugreifen – bei kompromissloser Servicequalität.

Aus all diesen Gründen ist die TCP-Optimierung für Mobilfunkbetreiber ein wirksames (und notwendiges) Mittel, um sich durch kürzere Ladezeiten für Applications und Abonnenten einen starken Wettbewerbsvorteil zu sichern. Durch die oben beschriebenen Vorteile ermöglicht die BIG-IP-Plattform den Betreibern, sich in Echtzeit an die variablen Bedingungen mobiler Netzwerke anzupassen (Latenz, Paketverlust, Überlastung usw.), die verfügbare Bandbreite voll auszunutzen und den Application zu beschleunigen.

Weitere Informationen

Weitere Informationen zu den TCP-Optimierungsfunktionen von F5 finden Sie auf unserer Lösungsseite zum Datenverkehrsmanagement .