這看似簡(jiǎn)單的需求背后，互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)容提供商還要面對(duì)首幀時(shí)間、卡頓率、碼率、時(shí)延、下載時(shí)長(zhǎng)、多項(xiàng)任務(wù)同時(shí)進(jìn)行時(shí)的優(yōu)先級(jí)等針對(duì)不同交付內(nèi)容的性能參數(shù)。要想在這樣共享的環(huán)境中使每個(gè)終端用戶都能夠擁有一個(gè)高效率、高質(zhì)量的體驗(yàn)，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層面的優(yōu)化必不可少。

擁塞控制，“治堵”關(guān)鍵

網(wǎng)絡(luò)環(huán)境好比市政交通。只有少量行人時(shí)，道路永遠(yuǎn)暢通無(wú)阻。當(dāng)越來(lái)越多的機(jī)動(dòng)車、非機(jī)動(dòng)車涌上街頭，堵車現(xiàn)象隨之而來(lái)，于是就需要能有效應(yīng)對(duì)不同狀況的交通規(guī)則來(lái)緩解交通壓力。網(wǎng)絡(luò)亦是如此，流量太大、“路況”太復(fù)雜勢(shì)必會(huì)“堵”得水泄不通，而這個(gè)“堵”字用行話來(lái)講就是“擁塞”，用來(lái)“治堵”的網(wǎng)絡(luò)“交通規(guī)則”即是TCP(傳輸控制協(xié)議)擁塞控制算法。

目前，主流的TCP擁塞控制算法主要被劃分為兩大類：一是以Cubic、Reno為代表的基于丟包的算法，二是包括FastTCP和BBR在內(nèi)的基于RTT(往返時(shí)間)/時(shí)延的算法。盡管不同TCP擁塞控制算法的具體運(yùn)行機(jī)制有所差異，但都是通過對(duì)需要發(fā)送的數(shù)據(jù)量、擁塞窗口(cwnd)數(shù)值及接受窗口(rwnd)可接受的數(shù)據(jù)量三項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行衡量，以達(dá)到避免網(wǎng)絡(luò)擁塞的目的。更進(jìn)一步講，采用TCP擁塞控制算法所能實(shí)現(xiàn)的理想效果是(如圖一)，通過算法猜測(cè)網(wǎng)絡(luò)瓶頸在哪里，在達(dá)到瓶頸值之前盡可能多地發(fā)送數(shù)據(jù)，同時(shí)盡可能接近瓶頸上限而又不超過，而非發(fā)生擁塞后再做出反應(yīng)。

圖一、TCP擁塞控制算法運(yùn)行機(jī)制

然而，面對(duì)市面上的諸多選擇，是否有一種TCP擁塞控制算法能夠適用于所有的場(chǎng)景呢?

以一敵百，難以實(shí)現(xiàn)

問題的答案自然是否定的，而且Akamai對(duì)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境狀況的監(jiān)測(cè)結(jié)果也印證了這一點(diǎn)。Akamai在全球部署了分布最廣泛且高度分散的內(nèi)容交付網(wǎng)絡(luò)(CDN)，具備較高的對(duì)整體網(wǎng)絡(luò)的可見性，Akamai在自身平臺(tái)上部署了多種TCP擁塞控制算法，包括FastTCP、BBR、QDK、Cubic、Reno等。以Akamai在亞太地區(qū)某區(qū)域不同網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的有效發(fā)包效率為例：

亞太地區(qū)某區(qū)域移動(dòng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)顯示(如圖二)，當(dāng)交付內(nèi)容的大小在1M至3M之間時(shí)，平均有效發(fā)包效率最高的TCP擁塞控制算法為QDK(18240.6kbps)，比最低的FastTCP快約4.4Mbps，差異高達(dá)驚人的33%。使用FastTCP時(shí)，有超過半數(shù)情況有效發(fā)包效率在11940.0kbps以上;而使用Reno時(shí)，半數(shù)以上的情況有效發(fā)包率可達(dá)到16048.0kbps，遠(yuǎn)高于墊底的FastTCP。

而亞太地區(qū)相同區(qū)域固網(wǎng)的數(shù)據(jù)則呈現(xiàn)出另一番景象(如圖三)。BBR的平均有效發(fā)包效率僅為20229.1kbps，是效率最低的TCP擁塞控制算法，而在移動(dòng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中不太“靈光”的FastTCP反而以22694.9kbps的平均有效發(fā)包效率，一躍成為了固網(wǎng)環(huán)境里的“優(yōu)等生”。同時(shí)，對(duì)超過一半情況有效發(fā)包效率可以達(dá)到的數(shù)值進(jìn)行比較，F(xiàn)astTCP依然以18618.4kbps保持領(lǐng)先。

不難發(fā)現(xiàn)，每一種TCP擁塞控制算法都有最適合它的特定網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，沒有一勞永逸的方法可以解決繁雜且龐大的網(wǎng)絡(luò)中的所有問題。因此，如果固化地選用一種TCP擁塞控制算法，必然會(huì)出現(xiàn)一部分終端用戶難以快速獲得高清、流暢內(nèi)容的情況;但終端用戶又是挑剔的，對(duì)極致體驗(yàn)的追求不分時(shí)間、地點(diǎn)、內(nèi)容和設(shè)備。面對(duì)如此難上加難的處境，互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)容提供商自然不能束手就擒。

以動(dòng)制動(dòng)，應(yīng)勢(shì)而變

既然網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的擁塞狀況時(shí)刻處于動(dòng)態(tài)的變化之中，試想如果能夠根據(jù)實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)條件，自動(dòng)選擇出最適合的TCP擁塞控制算法，及時(shí)對(duì)癥下藥，難題也就可以迎刃而解。那么，這樣動(dòng)態(tài)的優(yōu)化過程又該如何實(shí)現(xiàn)呢?

首先，依托一張能夠交付大規(guī)模流量的內(nèi)容交付網(wǎng)絡(luò)，從中收集涵蓋數(shù)據(jù)類型、網(wǎng)絡(luò)類型、用戶地理位置、網(wǎng)絡(luò)時(shí)延、使用時(shí)間段等20個(gè)維度的海量數(shù)據(jù)，作為分析網(wǎng)絡(luò)環(huán)境狀況的原始素材。而要利用這些數(shù)據(jù)完成對(duì)網(wǎng)絡(luò)流量和擁塞情況的分析，并識(shí)別出其中的細(xì)微差別和特點(diǎn)，依靠人工手段顯然不現(xiàn)實(shí)，因此需要機(jī)器學(xué)習(xí)來(lái)助一臂之力。最后，根據(jù)機(jī)器學(xué)習(xí)的分析結(jié)果，自動(dòng)地從所部屬的多種TCP擁塞控制算法中，選擇出最適合當(dāng)前終端用戶所處網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的一種，從而使應(yīng)勢(shì)而變的動(dòng)態(tài)選擇成為現(xiàn)實(shí)。

當(dāng)前，Akamai正在穩(wěn)步推進(jìn)以分析框架、機(jī)器學(xué)習(xí)、TCP擁塞控制算法工具庫(kù)為主要構(gòu)成的動(dòng)態(tài)協(xié)議優(yōu)化解決方案。憑借這套解決方案，Akamai期待不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)使用體驗(yàn)的優(yōu)化，更能夠營(yíng)造一個(gè)相對(duì)公平的網(wǎng)絡(luò)使用環(huán)境。未來(lái)，Akamai仍將是互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)容提供商在網(wǎng)絡(luò)“治堵”道路上并肩同行、值得信賴的伙伴。

如需了解有關(guān)行業(yè)領(lǐng)先的動(dòng)態(tài)優(yōu)化解決方案的更多信息，敬請(qǐng)?jiān)L問：

https://www.akamai.com/cn/zh/products/performance/dynamic-site-accelerator.jsp。

[1]http://www.cac.gov.cn/2019-08/30/c_1124938750.htm

關(guān)于作者:

Darren Ng  Akamai高級(jí)工程經(jīng)理