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モバイルエクスペリエンスを向上させる TCP 最適化の強化

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2017 年 7 月 12 日公開

Cisco Visual Networking Index 2017によると、モバイル ビデオ トラフィックは 2016 年のモバイル データ トラフィック全体の 60% を占めました。 全体として、モバイル ビデオは 2016 年から 2021 年の間に 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% を占めると予想されています。

予想される成長を考えると、モバイル通信事業者が競争力と収益性を維持するためには、顧客に優れたビデオ体験を提供することが重要になることは明らかです。 しかし、それは簡単なことではありません。

TCP の問題

WiFi、3G、4G、5G のモバイル ネットワークの展開は、加入者にモバイル ブロードバンドのより高品質なエクスペリエンスを提供すると同時に、通信事業者に収益源を創出およびカスタマイズする機会を提供することを目的としています。 しかし、競争上の優位性を維持するために、モバイル通信事業者は、モバイル データ トラフィックの増加に合わせて、より高速なネットワーク サービスを提供できるよう、伝送制御プロトコル (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applicationsは、必要なサービスと通信するために TCP を使用しますが、TCP はもともと、音声やビデオ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てデータを配信するために設計されたものです。 さらに、TCP はタイムリーな配信よりも正確な配信に最適化されており、順序が乱れたメッセージや失われたメッセージの再送信を待つ間に数秒の遅延が発生する可能性があります。 したがって、TCP は音声やビデオなどのリアルタイムapplicationsには適していません。 ネットワークの輻輳によって散発的にパケットが失われると、転送速度が大幅に低下する可能性があります。 これは、読み込み速度の低下、音声品質の低下、ユーザーにとってのビデオストリーミングエクスペリエンスの低下を意味します。

TCP最適化の実際の効果

TCP 最適化ソリューションは、WiFi、3G、4G、将来の 5G のさまざまなネットワーク条件や、これらのネットワーク タイプ間のハンドオーバー シナリオに対応できるほど柔軟である必要があります。 TCP 最適化技術は、輻輳を処理し、遅延を短縮し、ポリシー認識とユーザー制御を統合し、シスコの 2021 年の予測に近づくために高いスケーラビリティをサポートする必要があります。

さまざまなネットワーク条件をサポートし、固有のプロトコル制限を克服するために、F5 のBIG-IPプラットフォームでは、次の適応型 TCP 最適化固有の機能を使用します。

  • レートペーシング: これにより、ネットワーク全体のパケットのフローが制御され、下流のバッファが過負荷になるのを回避できます。 レート ペーシングがない場合、パケットは即座に連続して送信されます。 さまざまなフローが送受信される速度を把握することで、TCP スタックは新しいパケットを送信する速度を制御し、フロー間の分散を改善できます。 フロー レートを調整すると、バッファーがいっぱいになることなく調整できるため、ネットワークの輻輳によるトラフィックの動作の一貫性のなさやパケット損失を防ぐことができます。 BIG-IP 製品はネットワーク バッファを継続的に監視し、トラフィック量が多いときに配信ペースを積極的に調整してバッファの膨張を防ぐ速度でパケットを送信し、輻輳を回避します。 トラフィックが再び軽減されると、BIG-IP 製品により速度が向上し、利用可能な帯域幅を最大限に活用できるようになります。
     
  • プログラム可能な TCP チューニング: オペレータは、ユーザーが複数の無線アクセス タイプ間でローミングするなどのネットワーク状況に基づいて TCP パラメータを変更できます。 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 タイプの変更を検出し、応答する前にウィンドウ サイズを自動的に上下に調整します。
     
  • 動的自動チューニング: BIG-IP 製品は、ネットワーク条件の変化に応じて TCP パラメータを動的に変更できます。 オペレータはしきい値を設定し、トリガーされると、BIG-IP 製品が該当するバッファ サイズを自動的に更新します (たとえば、ユーザーが 3G から 4G にローミングしている場合など)。
     
  • 積極的な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、再送信タイムアウト (RTO) を使用してパケット損失を回復すると、ネットワーク パフォーマンスが大幅に低下します。 BIG-IP 製品は、損失回復期間中に失われた PDU を複数回再送信できる、新しい、より積極的な TCP 損失回復アルゴリズムを実装しています。 このアプローチにより、RTO が長くなるのを防ぎ、それに応じてパフォーマンスが向上します。
     
  • マルチパス TCP (MPTCP) 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パスを使用できるようになり、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るようになります。 これは特にモバイル デバイスに関係し、WiFi およびマクロ 3G/4G ネットワークを介して接続がシームレスに渡されることを意味します。 1 つのパスに障害が発生した場合、MPTCP はセッションが代替パスで継続して動作することを許可するため、通信の切断が少なくなります。 MPTCP は、スループットの向上とネットワークの復元力の向上により、ネットワーク リソースの使用効率も向上します。
     

まとめ

TCP 最適化を適切に処理すると、信頼性が高く一貫性のあるサービスとapplicationの配信が可能になり、ネットワーク全体のパフォーマンスが大幅に向上して、より優れたユーザー エクスペリエンスが実現します。 ユーザーは、サービス品質を損なうことなく、より高速なブラウジングとコンテンツへの素早いアクセスを実現できます。

これらすべてにより、TCP 最適化は、applicationsと加入者の読み込み時間を短縮することでモバイル オペレータが強力な競争上の優位性を維持するための効果的な (かつ必要な) 手段となります。 上記の利点により、BIG-IP プラットフォームでは、オペレーターがモバイル ネットワークのさまざまな状況 (遅延、パケット損失、輻輳など) に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applicationトラフィックを高速化できます。

さらに読む

F5 の TCP 最適化機能の詳細については、データ トラフィック管理ソリューション ページをご覧ください。