TCP优化增强功能，提升移动体验

F5生态系统 | 2017年7月12日

根据《Cisco 2017 年视觉网络指数》，2016 年，移动视频流量占移动数据总流量的60%。总体而言，预计2016 年至2021 年间，移动视频流量将增长至原来的9 倍，到2021 年将占移动数据总流量的78%。

鉴于移动视频流量预计将大幅增长，移动运营商要保持竞争力和盈利能力，为客户提供出色的视频体验至关重要。但要做到这一点并不容易。

TCP的难题

在移动网络中部署WiFi、3G、4G和5G，旨在为用户提供更优质的移动宽带体验，同时让运营商有机会创建和定制收入来源。然而，随着移动数据流量增长，移动运营商需要改进传输控制协议（TCP）优化实践，以提供更快的网络服务并保持竞争优势。

虽然大多数应用都使用TCP与所需服务通信，但TCP最初旨在建立连接并在客户端与服务器之间传输数据，而非支持语音和视频等服务。此外，TCP侧重于准确传输，而非及时传输；在等待乱序消息或重传丢失消息时，可能会产生数秒的延迟。因此，TCP并不适合语音和视频等实时应用。网络拥塞造成的偶发性丢包可能会大幅降低传输速率，导致加载速度下降、语音质量降低，并影响用户的视频流体验。

TCP优化的实际作用

TCP优化解决方案需要具备足够的灵活性，以应对WiFi、3G、4G、未来的5G等不同网络条件，以及这些网络类型之间的切换场景。TCP优化技术需要能够处理拥塞、降低延迟、与策略感知和用户控制相集成，并支持高度可扩展性，以接近Cisco在2021年作出的预测。

为适应多变的网络条件并克服协议的固有限制，F5的BIG-IP平台采用以下自适应TCP优化专用功能：

速率调节： 此功能控制数据包在网络中的流动，避免下游缓冲区过载。如果不进行速率调节，数据包会立即连续发送。TCP协议栈通过了解不同数据流的收发速度，可以控制新数据包的发送速度，改善各数据流之间的分配。调节数据流速率可让缓冲区在不溢出的情况下进行调整，防止因网络拥塞导致流量行为不一致和数据包丢失。BIG-IP产品会持续监控网络缓冲区，在流量较大时主动调整传输节奏，以适当速率发送数据包，防止缓冲区膨胀，从而避免拥塞。流量再次减小时，BIG-IP产品会提高传输速度，以充分利用可用带宽。
可编程TCP调优： 运营商可以根据网络状况更改TCP参数，例如用户在多种无线接入类型之间漫游时。例如，当UE从3G漫游至4G时，BIG-IP产品会检测RAT类型的变化，并在响应前自动增大或减小窗口大小。
动态自动调优： BIG-IP产品可随网络状况变化动态修改TCP参数。运营商可设置阈值，触发阈值后，BIG-IP产品会自动更新相应的缓冲区大小（例如，当用户从3G漫游至4G时）。
主动式TCP丢包恢复： 在低往返时间（RTT）网络中，使用重传超时（RTO）机制恢复丢失的数据包会显著降低网络性能。BIG-IP产品采用一种新的、更主动的TCP丢包恢复算法，可在丢包恢复期间多次重传缺失的协议数据单元（PDU）。这种方法可避免较长的RTO，从而提升性能。
多路径TCP（MPTCP）全网状连接和拥塞控制：这使设备能够在TCP会话期间使用多条路径，并允许多个客户端流连接到单个服务器端流。此功能尤其适用于移动设备，可在WiFi与宏蜂窝3G/4G网络之间无缝切换连接。当一条路径发生故障时，MPTCP可让会话通过备用路径继续运行，从而减少通信中断。MPTCP还可通过提高吞吐量和增强网络韧性，改善网络资源利用率。