Навіщо потрібний космічний шлюз, Computerworld Україна, Видавництво «Відкриті системи»

Шлюзи дозволяють прискорити TCP-потоки у супутникових каналах зв'язку

Супутниковий зв'язок - ідеальний спосіб "протягнути" Internet-з'єднання туди, де немає адекватної наземної інфраструктури. Армади супутників зв'язку здатні забезпечити мережевий доступ майже з будь-якої точки земної кулі, обіцяючи незабаром розширити «космічну» смугу пропускання.

Однак незважаючи на те, що протоколи TCP/IP були розроблені спеціально для мережних інфраструктур будь-яких типів, особливості протоколу TCP стосовно умов передачі, характерних для супутникових каналів, може серйозно обмежити пропускну здатність останніх. Подолати ці обмеження покликані нові рішення — шлюзи протоколів або прискорювальні проксі-сервери.

Швидкість, з якою протокол TCP дозволяє передавати дані, обмежується супутникових мережах наступними чинниками.

Затримка:геосинхронні супутникові орбіти проходять на висоті 14 тис. км, в результаті чого загальний цикл проходження сигналу до супутника і потім від нього на одній ділянці супутникової мережі становить приблизно 540 мс. Якщо не проводити спеціальне налаштування параметрів TCP, типовий розмір вікна прийому, що дорівнює 8 Кбіт/с, встановлює межу пропускної спроможності одного з'єднання на рівні лише 120 Кбіт/с.
Помилкові біти:протоколом TCP передбачається, що втрати даних викликаються перевантаженнями в мережі, а не іншими факторами, і тому TCP виявляється вкрай чутливий до тих рівнів втрат, які характерні для супутникових та інших бездротових каналів.
Асиметрія смуги пропускання:з міркувань економії у супутникових мережах широкий прямий канал часто поєднується з вузьким зворотним. Однак, якщо така асиметріявиявиться надто значною, зворотний канал може різко уповільнити загальну швидкодію.

Ці проблеми допускають часткове рішення: наприклад, можна відповідним чином налаштувати стек TCP на кінцевих вузлах і скористатися такими нетривіальними можливостями TCP, як масштабування вікна передачі та вибіркове підтвердження прийому. Однак подібний підхід, як правило, виявляється непрактичним, оскільки вимагає конфігурувати кожному кінцевому вузлі стек TCP/IP таким чином, щоб він підтримував ці можливості.

Протокольні шлюзи дозволяють обійтися без зміни конфігурації кінцевих вузлів: вони перехоплюють потік TCP, передаючи дані транспортного протоколу, оптимізованого під особливостями супутникового каналу, а потім з іншого боку каналу встановлюють новий потік TCP. Таким чином, канал TCP розпадається на три компоненти: потік TCP між клієнтом та віддаленим протокольним шлюзом, супутникове з'єднання між двома шлюзами з оптимізованим протоколом та потік TCP між шлюзом, розташованим на стороні сервера, та самим сервером. Оскільки протокольні шлюзи спілкуються з кінцевими вузлами стандартного протоколу TCP, такі системи можна зробити повністю прозорими для кінцевого користувача.

Використовуючи спеціальний протокол, що ефективно працює в особливих умовах супутникового зв'язку (велика затримка, значні втрати даних та асиметрична смуга пропускання), та діючи на одиночній лінії з відомими, фіксованими характеристиками пропускної спроможності та часу затримки, протокольні шлюзи можуть у повному обсязі використовувати доступну смугу пропускання . Архітектури супутникових протоколів можуть змінюватись, але у всіх є спільні елементи:

великі вікна прийому: щоб уникнути обмежень напропускну здатність, пов'язаних з розміром вікна прийому, супутникові протоколи використовують великі вікна, що визначаються на основі відомих значень параметрів смуги пропускання та затримки;
керування швидкістю передачі: протокольний шлюз передає дані строго в рамках відомої, фіксованої смуги пропускання, що забезпечує максимальну пропускну здатність та запобігає втратам даних через перевантаження;
«негативні» підтвердження: у супутниковому каналі є лише одне шлях передачі, отже паузи в послідовності пакетів означатимуть втрату даних, що дозволяє оперативно відреагувати ситуацію.

Принцип дії шлюзів протоколу TCP

При передачі TCP-трафіку супутниковими каналами можуть виникати проблеми, пов'язані з часом відповіді, помилками бітів і асиметричністю смуги пропускання. Шлюзи протоколів спеціальним чином пакують трафік, забезпечуючи оптимальну продуктивність передач

Поділіться матеріалом з колегами та друзями