Эндрю Уэзеролл - Компьютерные сети. 5-е издание

Заголовки более высоких уровней могут сильно влиять на производительность. Рассмотрим, к примеру, процесс передачи VoIP-данных через IP, UDP и RTP. Этим протоколам требуется заголовок длиной 40 байт (20 байт для IPv4, 8 — для UDP, 12 — для RTP). В случае IPv6 ситуация еще хуже: 60 байт, включая 40-байтный заголовок IPv6. Эти заголовки могут становиться еще длиннее, потребляя более половины пропускной способности.

Чтобы уменьшить пропускную способность, потребляемую заголовками высоких уровней, используется сжатие заголовков( header compression). При этом используются не универсальные методы, а специально разработанные схемы. Дело в том, что по отдельности заголовки сжимаются плохо (поскольку они и так короткие), а для декомпрессии требуется, чтобы начальные данные пришли на место назначения. Последнее может не выполняться из-за потери пакетов.

Сжатие заголовков можно реализовать эффективно, если учитывать формат протокола. Одна из первых схем была разработана Ван Джекобсоном (1990) и применялась для сжатия TCP/IP-заголовков при передаче по медленным последовательным каналам. Она позволяет уменьшить обычный 40-байтовый TCP/IP-заголовок в среднем до 3 байт. Если посмотреть на рис. 6.46, можно догадаться, на чем основан этот метод. Дело в том, что многие поля заголовка не меняются от пакета к пакету. К примеру, совсем не обязательно передавать одно и то же значение времени жизни пакета или один и тот же номер TCP-порта с каждым пакетом. Эти поля можно пропустить при передаче пакета и заполнить при получении.

Остальные поля меняются по предсказуемому сценарию. К примеру, если потерь пакетов не происходит, порядковые номера TCP увеличиваются по мере отправки данных. Следовательно, получатель может предсказать наиболее вероятное значение. Номер необходимо указать только в том случае, если он отличается от ожидаемого. Но даже в таком случае можно передавать разность между данным номером и предыдущим, как в случае с номером подтверждения, который увеличивается, когда новые данные приходят в обратном направлении.

С помощью сжатия заголовков можно добиться того, чтобы в протоколах высоких уровней заголовки были простыми, а при передаче пакета по каналам с низкой пропускной способностью использовалось компактное кодирование. Надежное сжатие заголовков( ROHC, Robust Header Compression) — современный вариант сжатия заголовков, который определен в RFC 5795 как фреймворк. В соответствии с замыслом разработчиков, он не реагирует на потерю пакетов в беспроводных каналах. Для каждого набора протоколов — например, IP/UDP/RTP — существует отдельный профиль. Сжатые заголовки передаются с помощью отсылки к контексту, то есть фактически к соединению; значения полей заголовков можно легко предсказать для пакетов данного соединения, но не для пакетов других соединений. При нормальной работе ROHC размер заголовков для IP/UDP/RTP снижается от 40 байт до 1-3 байт.

Хотя основная цель компрессии заголовков — уменьшение потребляемой пропускной способности, с помощью этого механизма можно также снизить задержку. Задержка складывается из задержки распространения, фиксированной для данного сетевого пути, и задержки передачи, которая зависит от пропускной способности и объема передаваемых данных. Например, канал мощностью 1 Мбит/с отправляет 1 бит за 1 мкс. Если мы имеем дело с передачей медиаданных по беспроводной сети, такой канал считается достаточно медленным, поэтому задержка передачи составляет существенную часть общей задержки, и стабильно низкая задержка крайне важна для качества обслуживания.

Если использовать сжатие заголовков, объем передаваемых данных уменьшится, и вместе с ним уменьшится задержка передачи. Того же эффекта можно добиться, отправляя пакеты меньшего размера. Так мы фактически обменяем хорошие показатели накладных расходов, возникающих за счет программного обеспечения, на хорошие показатели задержки передачи. Стоит отметить, что еще одним источником задержки является время ожидания в очереди для доступа к беспроводному каналу. Этот фактор может оказаться важным, так как беспроводные сети обычно сильно загружены. В таком случае беспроводной канал должен включать механизмы качества обслуживания, обеспечивающие низкую задержку пакетам реального времени. Одного сжатия заголовков будет недостаточно.

6.6.6. Протоколы для протяженных сетей с высокой пропускной способностью

Появление гигабитных сетей, передающих данные на большие расстояния, приходится на начало 90-х годов. Их также называют протяженными сетями с высокой пропускной способностью( long fat networks). Сначала к ним пытались применить старые протоколы, но при этом сразу же возникло множество проблем. В данном разделе мы обсудим некоторые из этих проблем, переходя к более высоким скоростям и задержкам сетевых протоколов.