モバイル体験を向上させるTCP最適化の機能強化

F5エコシステム | 2017年7月12日

According to the Cisco Visual Networking Index 2017によると、2016年にはモバイル動画トラフィックがモバイルデータトラフィック全体の60%を占めました。モバイル動画トラフィックは、2016年から2021年にかけて9倍に増加し、2021年までにモバイルデータトラフィック全体の78%を占めると予測されています。

予想される成長を踏まえると、モバイル通信事業者が競争力と収益性を維持するには、優れた動画体験をお客さまに提供することが不可欠です。しかし、その実現は容易ではありません。

TCPの問題点

モバイルネットワークにWiFi、3G、4G、5Gを導入する目的は、加入者により高品質なモバイルブロードバンド体験を提供すると同時に、通信事業者が収益源を創出し、カスタマイズできる機会を得ることです。しかし、モバイルデータトラフィックが増加する中で、より高速なネットワークサービスを提供し、競争優位性を維持するには、通信事業者はTransmission Control Protocol（TCP）の最適化手法を進化させる必要があります。

ほとんどのアプリケーションは、必要なサービスとの通信にTCPを使用しています。しかし、TCPはもともと、音声や動画などのサービスをサポートするためではなく、クライアントとサーバー間の接続を確立し、データを配信するために設計されたものです。また、TCPは適時性よりも正確な配信を重視して最適化されているため、順序どおりに届かなかったメッセージや、失われたメッセージの再送を待つ間に、数秒単位の遅延が発生することがあります。そのため、TCPは音声や動画などのリアルタイムアプリケーションには適していません。ネットワークの輻輳によって断続的にパケット損失が発生すると、転送速度が大幅に低下する可能性があります。その結果、読み込み速度の低下、音声品質の劣化、動画ストリーミングの視聴体験の悪化につながります。

TCP最適化が実際に行うこと

TCP最適化ソリューションには、WiFi、3G、4G、将来の5Gにおけるさまざまなネットワーク状況や、これらのネットワーク間のハンドオーバーに対応できる十分な柔軟性が必要です。また、Ciscoによる2021年の予測値に近づくには、TCP最適化技術で輻輳への対処、レイテンシの低減、ポリシー認識およびユーザー制御との統合、高いスケーラビリティのサポートを実現する必要があります。

さまざまなネットワーク状況に対応し、プロトコル固有の制約を克服するため、F5のBIG-IPプラットフォームでは、以下の適応型TCP最適化機能を使用します。

レートペーシング： ネットワーク上のパケットフローを制御し、下流のバッファに過剰な負荷がかからないようにします。レートペーシングを使用しない場合、パケットは即座に連続して送信されます。TCPスタックは、各フローの送受信速度を把握することで、新しいパケットの送信速度を制御し、フロー間の配分を改善できます。フローレートを調整すると、バッファが過剰に満たされることなく適応できるため、トラフィック動作のばらつきやネットワーク輻輳によるパケット損失を防止できます。BIG-IP製品はネットワークバッファを常時監視し、トラフィック量が多いときには配信ペースをプロアクティブに調整して、バッファブロートを防ぐ速度でパケットを送信することで、輻輳を回避します。トラフィック量が再び減少すると、BIG-IP製品は速度を上げ、利用可能な帯域幅を最大限に活用します。
プログラム可能なTCPチューニング： オペレーターは、ユーザーが複数の無線アクセス方式間をローミングする場合など、ネットワークの状態に応じてTCPパラメーターを変更できます。たとえば、UEが3Gから4Gにローミングすると、BIG-IP製品はRATタイプの変化を検出し、応答前にウィンドウサイズを自動的に拡大または縮小します。
動的自動チューニング： BIG-IP製品は、ネットワーク状況の変化に応じてTCPパラメーターを動的に変更できます。オペレーターが設定したしきい値に達すると、BIG-IP製品は該当するバッファーサイズを自動的に更新します（ユーザーが3Gから4Gへローミングする場合など）。
アグレッシブTCP損失回復： ラウンドトリップ時間（RTT）が短いネットワークでは、再送タイムアウト（RTO）を使用してパケット損失から回復すると、ネットワークパフォーマンスが大幅に低下します。BIG-IP製品には、損失回復期間中に欠落したPDUを複数回再送できる、新しい、よりアグレッシブなTCP損失回復アルゴリズムが実装されています。このアプローチにより、長時間のRTOを回避し、それに応じてパフォーマンスを向上させます。
Multipath TCP（MPTCP）のフルメッシュと輻輳制御： これにより、デバイスはTCPセッション中に複数の経路を使用でき、複数のクライアント側フローを単一のサーバー側フローに接続できます。特にモバイルデバイスに有用で、WiFiとマクロ3G/4Gネットワークの間で接続をシームレスに引き継ぐことができます。1つの経路で障害が発生しても、MPTCPによって代替経路でセッションを継続できるため、通信の切断が減少します。また、MPTCPはスループットとネットワークのレジリエンスを向上させ、ネットワークリソースの利用効率も高めます。

まとめ

TCP最適化を適切に行うことで、ネットワーク全体のパフォーマンスを大幅に向上させながら、信頼性と一貫性のあるサービスおよびアプリケーションデリバリを実現し、ユーザーエクスペリエンスを改善できます。サービス品質を損なうことなく、ブラウジングの高速化とコンテンツへの迅速なアクセスが可能になります。

これらすべての要素により、TCP最適化は、アプリケーションの読み込み時間を短縮し、加入者の待ち時間を減らすことで、モバイル通信事業者が高い競争優位性を維持するための効果的かつ不可欠な手段となります。前述の利点を活用することで、BIG-IPプラットフォームは、遅延、パケット損失、輻輳など、刻々と変化するモバイルネットワークの状況に通信事業者がリアルタイムで適応し、利用可能な帯域幅を最大限に活用してアプリケーショントラフィックを高速化できるようにします。