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網絡加速,未來將由誰顛覆?

網絡
循跡互聯網對速度追求的脈絡,伴隨Internet的誕生,工程師對網絡質量的追求就從未休止,在全球化加速的視角下,我們一起看看在供需之間游走的連接。

梵文《僧柢律》記載,一晝夜為480萬剎那,一剎那為一念,一念為0.018秒。一念,曾誕生無數驚世變革。人類發展,科技創新,皆由每一個偉大的念想而推動。信息革命帶來互聯網的高速發展,讓每一念的放大效應逐漸升級,我們對于體驗的訴求也逐漸具象為對速度的執念。

互聯網技術的騰飛,讓數字化領域成為更多企業的選擇。視頻、社交、圖文等泛娛樂化應用和游戲娛樂產品一如既往作為用戶追逐的主流服務,也成為資本青睞的風口。線上化、年輕化、內容化也成為眾多賽道的共同點。在全球化業務的不斷擴張中,全球化的網絡加速成為其背后的有力承載。

循跡互聯網對速度追求的脈絡,伴隨Internet的誕生,工程師對網絡質量的追求就從未休止,在全球化加速的視角下,我們一起看看在供需之間游走的連接。

1、時延+質量,網絡加速的魚和熊掌

時間 = 距離 / 速度,這一簡單的公式可以讓我們通過更直觀的視角感知速度。例如中國與美國西海岸跨越太平洋的直線距離約15,000km,按照光在光纖中的速度為200,000km/s 計算,信號從中國發送至美國大約需要經歷75ms,往返需要約150ms。(下圖:1989年至今的全球海底光纜)

然而上面提到時延的只是網絡層完成一次雙向通訊所帶來的時延(稱作 RTT,Round-Trip Time),為了完成數據傳輸,每層網絡協議都可能進行數次雙向通信,這將會造成應用層的時延是 RTT 的數倍。以一次 HTTPS 請求為例,我們來看看 RTT 會如何被放大:

DNS解析消耗1RTT,TCP握手消耗1RTT,TLS握手消耗2RTT,HTTP請求消耗1RTT。

一次再平常不過的 HTTPS 請求需要消耗 5RTT,若以中美之間的 RTT 計算,完成一次 HTTPS 請求的時間將達到 1500ms,這樣的時延足以讓用戶從當前的上下文中分神。

這僅僅是理想的物理層面的計算,我們還沒有計算網絡傳輸中大量的路由與交換設備節點帶來的時延。數據在這些設備中進行路由或交換操作也需要消耗時間。一般地,網絡設備會對數據交換造成幾十到上百毫秒不等的時延。

由于互聯網的原生機制,跨國業務并沒有端到端QoS保障,這里我們還沒有加上QoS保障帶來的難度。如果不巧遇到設備吞吐量不足,發生排隊也是經常會發生的情況。如果發生網絡攻擊,則是更加復雜的安全問題。

速度和質量成為了網絡加速方案的魚和熊掌,期待更多的變局。一個樸素的跨洋連接案例,不做任何加速處理,依靠現有的基礎設施很難滿足現有我們的體驗要求。在工程師與網絡加速的斗爭中,速度和質量成為了保障的剛需,也催生了自底向上的技術革新。

2、自底向上的技術革新

從上世紀90年代末CDN的誕生,網絡加速走上了真正的快車道。我們也看到從CDN帶來空間距離縮短到專線帶來物理鏈路加速,再到其上的網絡協議優化,一副自底向上的技術演進圖卷徐徐展開。

縮短距離,CDN乾坤大挪移

CDN技術是對物理設施最直接的“改造”,通過縮短邏輯上的物理距離達到高速的連接。CDN通過在不同的區域、不同運營商部署服務器,配合全局負載技術,讓用戶能夠從距離最近的服務器上獲取數據,避免地域、運營商、網絡擁堵等問題帶來的時延,提供流暢的用戶體驗。伴隨著HTTP的演進,CDN技術逐步迭代創新,也見證了互聯網的多次浪潮。從發展初期的互聯網泡沫破裂帶來的停滯期,到電商和門戶發展浪潮,再到OTT社交、游戲、音視頻應用帶來的行業迅猛發展,CDN已經成為互聯網基礎設施中不可或缺的重要組成部分。

除了降低時延,CDN還可以緩解核心網擁堵,實現異地災備以及對流量進行更靈活的分配。CDN也逐步覆蓋了媒體交付、web性能優化、DRM和代碼轉換、監控和分析、透明緩存、數據安全、云存儲解決方案等多個細分技術領域。然而CDN技術的優勢在于靜態內容的加速,對于實時性較強的動態內容反而成為了弱項。CDN供應商也在通過增加智能選路的方式不斷彌補其短板。

減小擁堵,專線技術做優化

專線技術則作為物理鏈路層的方案提出了解法。為了減少連接中復雜鏈路以及路由、交換節點帶來的時延,專線成為了多數出海企業的選擇。然而成本是用戶選擇專線最大的困擾。從簡單的點對點傳輸專線,到一點接入全網任意可達的MPLS,再到后來鏈路選擇更加靈活、精準的SD-WAN,在不斷減少時延、提升效率的同時,也在成本上進一步給客戶帶來大幅降低。

MPLS通過標簽進行分類轉發,將具有相同轉發處理方式的分組歸為一類,不同的類進行不同的轉發處理,使專線完成了從“線”到“網”的轉變。SD-WAN則給專線更多的選擇,通過高效的軟件方式,根據應用的連接訴求針對性的進行IPsec、MPLS、移動網絡的靈活選擇。

設備制造商、公有云、電信運營商、線路運營商等多維度企業的協作聯動,也讓進化的專線技術以更靈活的姿態向上服務,通過差異化的用戶體驗響應,用有限的資源給用戶更好的體驗。企業的多維聯動也給解決方案帶來更多的復雜度和困難點。

協議升級與簡化,減少RTT次數消耗

網絡協議的變化則是通過軟件的思維對加速進行優化。TCP/IP協議簇規模在網絡協議的逐漸優化中不斷壯大,多層的通信往返在保障了通信質量的同時,也進一步增加了RTT次數的消耗。上層應用和底層網絡的各自獨立發展讓相同的問題產生了各自不同的解法,傳輸層成為了雙方交互的邊界。

底層網絡視角的默默耕耘和奉獻帶來了表面IP連接風平浪靜,上層應用視角也在不斷優化中進行演進。最終簡化逐漸成為了大家的共識,復雜的協議在不斷減少,也在進一步產生新的簡化協議。

應用視角誕生了最極致的QUIC (Quick UDP Internet Connections)協議,被寄予厚望。源于Google的QUIC基于UDP傳輸,初始握手合并了 TCP 的典型三次握手和 TLS 1.3 握手,提供了端點的身份驗證和密碼參數的協商。這意味著QUIC發送第一個數據包時有了幾百毫秒的優勢,外加改進的擁塞控制算法、支持多路復用、減少隊頭阻塞、連接遷移等優勢,將對互聯網用戶體驗帶來質的飛躍。

近20年的網絡加速技術探索,雖然帶來了階段性的創新,但各自為政的加速方案帶來了各自的問題。

  • 雖然CDN增加了使用大量邊緣節點,通過調度算法,提供了一個相對可用的路徑。但其最后一公里傳輸質量無保障,調度探測系復雜、技術壁壘高,骨干傳輸無法保證質量,不能提供穩定傳輸時延和確定的帶寬;
  • 專線技術則面臨最后一公里質量無保障,專線成本高,邊緣節點部署難度大、部署周期長,SD-WAN方案也無法根本解決偏遠地區的覆蓋問題。
  • 協議優化也只是修修補補,應用層與底層協議發展割裂,帶來了更多問題,集成難度高,技術壁壘高,運維難度大。

自底向上的技術演進著實需要進一步的融合,相輔相成。

3、全球加速(GA),云和加速的結合

對于各自為政的加速方案,云似乎成為了更好的粘結器。憑借云計算技術騰飛的公有云廠商掀起了全球加速(Global Accelerator,簡稱GA)創新浪潮。以公有云為首的GA技術,通過全球網絡基礎設施提升用戶的流量性能,依托公有云優質的線路以及全球傳輸網絡,實現在全球任一地域都能就近接入云端,亦可實現全球跨地域部署。我們同樣也看到業界各懷資源廠商聯合推出了各自理解的GA技術,CDN也有了IPA(IP Application Accelerator)的技術加持。

公有云廠商倡導的GA技術通過給接入用戶分配靜態IP,客戶端流量通過加速IP就近從接入點進入公有云加速網絡,用戶可以通過公有云自建或租用的高速鏈路使流量快速到達。加之全球加速的智能路徑選擇和流量調度,可以保證不同優先級和調度策略的流量通過最優路徑到達最佳終端節點。(下圖:AWS實時通信GA加速案例)

相較于專線或CDN的昂貴和局限性,GA在鏈路智能加速實現了質的提升,加之SD-WAN等技術的選路優化,可以實現跨境鏈路的更高性價比。

公有云廠商通過自身的基礎設施資源將加速做到了極致,針對不同訴求的應用,提供與之匹配的策略。在其背后也是自底向上的技術融合,通過云的方式對CDN、專線、協議優化等方向的交融創新。

然而GA技術帶來的用戶體驗仍然面臨著挑戰。

1)單云覆蓋能力有限,多云問題復雜多變

基于成本考量,公有云的海外覆蓋往往集中在發達國家和地區,海外運營商的網絡覆蓋也有同樣的問題,對于偏遠的國家和地區則鞭長莫及。單一公有云覆蓋能力更為有限,企業往往會選擇“多云+自建/租機房”的方式,進一步增加了網絡的復雜度。

2)缺乏端側QoS保障,最后一公里難保障

GA是通過分配靜態IP定位客戶端,對于針對性應用的加速依靠的是各個節點的應用識別實現被動加速,應用無法在客戶端側就實現主動選路的加速。GA的模式需要接入機房才能獲得加速優化,讓端到端優化止步最后一公里。

4、未來往哪走

在全球化加速的視角下,我們看到了背后技術發展的共性問題:

  • 單廠商基礎設施覆蓋能力有限;
  • 端側優化能力有限,最后一公里的質量無法保證;
  • 沒有端到端的網絡質量保障能力

我們看到了背后的技術在繼續發展,CDN技術發展到了3.0階段,SD-WAN也在進一步升級優化專線技術,協議簡化也增加了SRv6的身影,GA背后的云也在不斷優化其連接細節。網絡加速技術將不斷演進、不斷革新。

放眼未來,業務全球化帶來的數字化趨勢,將會涌現出更多音視頻、游戲、教育等場景,前兩個問題需要行業企業更多的合作探討,帶來更多的覆蓋和更廣的調度。第三個問題則更加需要更加走進用戶,比如通過SDK級的端到端優化,把選擇權從機房走進用戶,讓應用在客戶端就能主動選擇最優路徑。

當然還要面對未來更惡劣的網絡環境,更加復雜的網絡安全問題。更加需要領域內不同類型企業的溝通協作,優化加速的每一個細節。

每個改變世界的驚人變革,往往發生于看似渺小的瞬間,每個瞬間匯成生命的長河。唯有快,斬斷虛耗和等待,才能將聚沙成塔的分秒歸還給用戶。唯有穩,保障傳輸的品質,才能讓創造經久不衰。我們也期待行業中能涌現出更多速度和質量的攀登者。

 

責任編輯:未麗燕 來源: SDNLAB君
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