Компьютерные сети. 6-е изд.

По мере роста пропускной способности сети некоторые стандартные режимы TCP перестают обеспечивать оптимальную производительность. Протоколам, ориентированным на установление соединения (в том числе TCP) свойственны высокие издержки на установление соединения, а также проблемы производительности в сетях с большими буферными пространствами. В оставшейся части данного раздела мы обсудим ряд новшеств в области транспортных протоколов, призванных решить эти проблемы.

6.6.1. QUIC

Протокол QUIC (Quick UDP Internet Connections — быстрые интернет-соединения UDP) был изначально предложен в качестве транспортного протокола, призванного улучшить ряд характеристик TCP относительно пропускной способности и величины задержки. Еще до стандартизации он уже использовался более чем в половине соединений между браузером Chrome и сервисами Google. Несмотря на это, он не поддерживается большинством остальных веб-браузеров.

Как и предполагает его название, протокол QUIC работает поверх UDP и служит главным образом для ускорения прикладных протоколов, в частности веб-протоколов, о которых пойдет речь в главе 7. В ней мы подробно поговорим о том, как QUIC взаимодействует с прикладными протоколами интернета. Как мы вскоре убедимся, интернет требует установления множества параллельных соединений для загрузки отдельной веб-страницы. Поскольку многие из этих соединений представляют собой соединения с общим сервером, установление нового соединения для загрузки каждого отдельного веб-объекта может привести к значительным тратам ресурсов. В результате QUIC стремится мультиплексировать такие соединения в единый UDP-поток, гарантируя при этом, что откладывание пересылки одного веб-объекта не заблокирует передачу остальных.

Базируясь на протоколе UDP, QUIC не обеспечивает надежную передачу автоматически. При потере данных одного потока он может продолжить независимую транспортировку данных других потоков, что в итоге повышает производительность каналов с высокой частотой ошибок передачи. В QUIC также применяется ряд других методов оптимизации для повышения производительности. Среди них вложение информации о шифровании прикладного уровня при установлении транспортного соединения и независимое шифрование каждого пакета (чтобы потеря одного из них не препятствовала декодированию последующих пакетов). Кроме того, QUIC может ускорять передачу обслуживания между сетями (например, переключение с мобильного соединения на Wi-Fi). Он использует идентификатор соединения для сохранения состояния, когда конечные точки меняют сеть.

6.6.2. BBR: контроль перегрузки на основе пропускной способности узких мест

Если буферы узких мест слишком велики, алгоритмы контроля перегрузки на основе потерь (включая описанные выше) в итоге заполняют эти буферы, приводя к излишней сетевой буферизации (bufferbloat). Механизм ее возникновения прост: если у сетевых устройств на пути очень крупные буферы, TCP-отправитель с большим окном перегрузки будет передавать данные со скоростью, намного превышающей пропускную способность сети, прежде чем получит сигнал о потере. Буферы в середине сети заполнятся, что отсрочит наступление перегрузки для отправителей, передающих данные слишком быстро (вместо того, чтобы удалить пакеты). Также это увеличивает сетевую задержку для других отправителей, пакеты которых помещаются в очередь данного буфера (Геттис; Gettys, 2011).

Решить проблему излишней сетевой буферизации можно несколькими способами. Один из них заключается в уменьшении буферов. К сожалению, в этом пришлось бы убедить поставщиков и производителей всех сетевых устройств, от беспроводных точек доступа до магистральных маршрутизаторов. Даже если бы это было возможно, в сетях существует слишком много устаревших устройств, и полагаться лишь на этот подход нельзя. Другое решение — использовать альтернативный метод контроля перегрузки, не основанный на потере данных. Именно таким методом является алгоритм BBR (Bottleneck Bandwidth and RTT — пропускная способность узких мест и время в пути туда-обратно).

Задача BBR — оценить пропускную способность узких мест и величину RTT и выбрать подходящую рабочую точку для отправки данных, исходя из этих оценок. Соответственно, BBR непрерывно отслеживает эти параметры. Поскольку TCP уже учитывает RTT, BBR лишь расширяет имеющийся функционал, проверяя, как с течением времени меняется скорость доставки транспортного протокола. Фактически в качестве пропускной способности узких мест принимается максимальная оценка скорости доставки, полученная в течение заданного времени (обычно это 6–10 RTT).