더 나은 모바일 경험을 위한 TCP 최적화 개선

F5 에코시스템 | 2017년 7월 12일

According to the Cisco 비주얼 네트워킹 인덱스 2017에 따르면, 2016년 모바일 동영상 트래픽은 전체 모바일 데이터 트래픽의 60%를 차지했습니다. 모바일 동영상 트래픽은 2016년부터 2021년까지 9배 증가하여 2021년에는 전체 모바일 데이터 트래픽의 78%를 차지할 것으로 예상됩니다.

예상되는 성장세를 고려하면, 이동통신 사업자가 경쟁력과 수익성을 유지하려면 고객에게 뛰어난 동영상 시청 경험을 제공하는 것이 매우 중요하다는 점은 분명합니다. 하지만 이는 쉽지 않을 것입니다.

TCP의 문제점

WiFi, 3G, 4G 및 5G를 모바일 네트워크에 구축하는 목적은 가입자에게 더 우수한 모바일 광대역 경험을 제공하는 동시에, 사업자에게 수익원을 창출하고 맞춤화할 기회를 제공하는 것입니다. 그러나 경쟁 우위를 유지하려면 모바일 사업자는 모바일 데이터 트래픽 증가에 따라 더 빠른 네트워크 서비스를 제공할 수 있도록 전송 제어 프로토콜(TCP) 최적화 방식을 발전시켜야 합니다.

대부분의 애플리케이션은 필요한 서비스와 통신하는 데 TCP를 사용하지만, TCP는 원래 음성 및 비디오와 같은 서비스를 지원하기 위한 것이 아니라 클라이언트와 서버 간의 연결을 설정하고 데이터를 전송하기 위해 설계되었습니다. 또한 TCP는 적시 전송보다 정확한 전송에 최적화되어 있어 순서가 뒤바뀐 메시지를 기다리거나 손실된 메시지를 재전송하는 동안 수초의 지연이 발생할 수 있습니다. 따라서 TCP는 음성 및 비디오와 같은 실시간 애플리케이션에 적합하지 않습니다. 네트워크 혼잡으로 인한 간헐적인 패킷 손실은 전송 속도를 크게 저하시킬 수 있습니다. 이로 인해 로딩 속도가 느려지고 음성 품질이 저하되며 사용자의 비디오 스트리밍 경험이 나빠질 수 있습니다.

TCP 최적화의 실제 기능

TCP 최적화 솔루션은 WiFi, 3G, 4G, 향후 5G의 다양한 네트워크 환경과 이러한 네트워크 유형 간의 핸드오버 시나리오에 대응할 수 있을 만큼 유연해야 합니다. TCP 최적화 기술은 혼잡을 처리하고 지연 시간을 단축하며, 정책 인식 및 사용자 제어 기능과 통합되고, Cisco의 2021년 전망치에 근접할 수 있도록 높은 확장성을 지원해야 합니다.

다양한 네트워크 환경을 지원하고 프로토콜의 본질적인 한계를 극복하기 위해 F5의 BIG-IP 플랫폼은 다음과 같은 적응형 TCP 최적화 기능을 사용합니다:

속도 조절: 네트워크를 통과하는 패킷의 흐름을 제어하여 다운스트림 버퍼에 과부하가 걸리지 않도록 합니다. 속도를 조절하지 않으면 패킷이 즉시 연속적으로 전송됩니다. TCP 스택은 각 흐름이 송수신되는 속도를 파악하여 새 패킷의 전송 속도를 제어함으로써 흐름 간 분배를 개선할 수 있습니다. 흐름 속도를 조절하면 버퍼가 가득 차지 않도록 여유를 두고 적응할 수 있어, 네트워크 정체로 인한 불규칙한 트래픽 동작과 패킷 손실을 방지할 수 있습니다. BIG-IP 제품은 네트워크 버퍼를 지속적으로 모니터링하며, 트래픽이 많을 때 전송 속도를 선제적으로 조정하여 버퍼 블로트를 방지할 수 있는 속도로 패킷을 전송함으로써 정체를 방지합니다. 트래픽이 다시 줄어들면 BIG-IP 제품은 속도를 높여 가용 대역폭을 최대한 활용합니다.
프로그래밍 가능한 TCP 튜닝: 운영자는 사용자가 여러 무선 액세스 유형 간에 로밍하는 경우와 같은 네트워크 조건에 따라 TCP 매개변수를 변경할 수 있습니다. 예를 들어 UE가 3G에서 4G로 로밍하면 BIG-IP 제품은 RAT 유형의 변경을 감지하고 응답하기 전에 윈도 크기를 자동으로 늘리거나 줄입니다.
동적 자동 튜닝: BIG-IP 제품은 네트워크 상태 변화에 따라 TCP 매개변수를 동적으로 수정할 수 있습니다. 운영자는 임계값을 설정하며, 이 임계값에 도달하면 BIG-IP 제품이 해당 버퍼 크기를 자동으로 업데이트합니다(예: 사용자가 3G에서 4G로 로밍하는 경우).
적극적인 TCP 손실 복구: 왕복 시간(RTT)이 짧은 네트워크에서 재전송 시간 초과(RTO)를 사용하여 패킷 손실을 복구하면 네트워크 성능이 크게 저하됩니다. BIG-IP 제품은 손실 복구 기간 동안 누락된 PDU를 여러 번 재전송할 수 있는 새롭고 더욱 적극적인 TCP 손실 복구 알고리즘을 구현합니다. 이 방식은 긴 RTO를 방지하여 그에 따라 성능을 향상합니다.
다중 경로 TCP(MPTCP) 풀 메시 및 혼잡 제어: 이를 통해 장치는 TCP 세션 중에 여러 경로를 사용할 수 있으며, 여러 클라이언트 측 흐름을 하나의 서버 측 흐름에 연결할 수 있습니다. 특히 모바일 장치에 유용하며, WiFi와 매크로 3G/4G 네트워크 간에 연결이 원활하게 전환됩니다. 한 경로에 장애가 발생하면 MPTCP를 통해 대체 경로에서 세션을 계속 유지할 수 있으므로 통신 중단이 줄어듭니다. 또한 MPTCP는 처리량을 높이고 네트워크 복원력을 향상하여 네트워크 리소스 활용도를 개선합니다.

요약

TCP 최적화를 적절히 적용하면 네트워크 전반의 성능을 크게 향상시키면서도 안정적이고 일관된 서비스 및 애플리케이션 전송을 제공하여 더 나은 사용자 경험을 구현할 수 있습니다. 사용자는 서비스 품질 저하 없이 더 빠르게 웹을 탐색하고 콘텐츠에 신속하게 액세스할 수 있습니다.

이러한 모든 이점 덕분에 TCP 최적화는 애플리케이션과 가입자의 로딩 시간을 단축하여 이동통신 사업자가 강력한 경쟁 우위를 유지할 수 있게 해 주는 효과적이고 필수적인 수단이 됩니다. BIG-IP 플랫폼을 통해 사업자는 앞서 설명한 이점을 활용하여 지연 시간, 패킷 손실, 혼잡 등 이동통신 네트워크의 가변적인 상황에 실시간으로 대응하고, 가용 대역폭을 최대한 활용하며 애플리케이션 트래픽을 가속할 수 있습니다.