DOCSIS
docsis 3.1如何通过活动队列管理减少延迟
在有线金宝搏188BET实验室,我们有时会考虑大局,比如统一全球PON标准有时我们关注的是那些有重大影响的小事情。
在有线调制解调器的世界里,人们已经谈论了很多关于带宽不断增长的需求,这是一个坚如磐石的历史趋势,宽带速度每年增长大约1.5倍。但是,除了这种趋势所描述的看似不容置疑的事实之外,还有一个令人困扰的问题:“谁需要每秒千兆的家庭宽带连接,他们会用它做什么?”我们是否正在接近一个饱和点,在这个饱和点上,更多的比特/秒不是客户关注的焦点?就像没人会在购买新笔记本电脑时太关注CPU时钟频率一样,百万像素也不再是数码相机的卖点了。
很明显,聚合带宽需求正在增加,越来越多的视频内容(以更高的分辨率和更高的颜色深度)正在进行,按需,在家庭宽带连接上。DOCSIS 3.1将在黑桃中提供此带宽。但是,就直接影响了用户体验而言,越来越受到关注的是延迟。
包延迟和应用程序性能
例如,延迟是一种衡量单个数据分组遍历网络的时间,例如从平板电脑到Web服务器。在某些情况下,它被称为“往返时间”,因为这更容易测量,并且因为对于很多应用程序来说,这是最重要的。
对于网络工程师来说,延迟对于特定的应用程序来说一直很重要。例如,从最早的洲际电话服务开始,人们就知道,漫长的往返时间会严重降低连接的会话感。这与网络互动游戏类似,特别是第一人称射击游戏等需要快速反应的游戏。延迟(游戏邦注:玩家称之为“延迟”或“ping时间”)会直接影响玩家的获胜机会。

基于M. Bredel和M. Fidler的数据,“关于服务质量及其对多人在线游戏的影响的测量研究”,2010年第9届游戏网络和系统支持研讨会(NetGames), 2010年11月16-17日。
但对于一般的互联网使用、网页浏览、电子商务、社交媒体等,人们的观点是,这些东西对延迟并不敏感,至少在现代IP网络可以提供的规模上是这样。如果他们的网页浏览流量延迟了几百毫秒,用户真的会在意吗?这只是一眨眼的功夫。当然,这不会被注意到,更不用说被认为是一个问题。事实证明,这是一个问题,因为一个典型的网页可能需要10到20次来回加载。因此,网络中400毫秒的眨眼延迟变成了令人痛苦的8秒等待。这对于电子商务网站和用户对其宽带连接速度的感知来说都是一个杀手。
结果证明,更多的带宽没有帮助。升级到一个“更快”的连接(如果更快是指更多的Mbps)对缓慢的体验几乎没有影响。对于一个典型的网页,将连接速度提高到超过6mbps对页面加载时间几乎没有影响。

Spyessentials,Roberto Peon&William Chan,Google Tech Talk,12/8/11
如果延迟确实很重要,我们可以做些什么呢?
有一个延迟组件来自于客户机和服务器之间的距离(以网络链接英里计)。信息目前在网络连接上以接近光速的速度传播,一些网络研究人员哀叹道:“每个人都在谈论光速,但没有人对此采取任何行动。”(Joe Touch, USC-ISI),似乎一旦我们驾驭量子纠缠我们可以称之为解。在那一天到来之前,我们必须依靠Web缓存、内容交付网络和全球分布的数据中心将服务器移到离客户端更近的地方。这可以将往返时间减少几十或几百毫秒。
延迟的另一个组成部分来自于沿着客户端到服务器和背部的路径坐在中间设备中的数据包和返回的时间。每个中间设备(例如路由器,开关,电缆调制解调器,CMTS,移动基站,DSLAM等)在将数据包到达目的地时,并且它们中的每一个通过检查目的地地址来执行该功能在数据包中,然后决定转发它的方向。在每个网络跳跃中,此过程需要一些时间,而数据包等待其转接被处理。减少网络跳数,并使用高效的网络设备可以减少往返时间的数十毫秒。
但是,存在一个隐藏的,瞬态的显着延迟来源,这已经很大程度上被忽略了 - 数据包缓冲。网络设备供应商已经意识到,如果它们包括吸收传入数据包的突发的能力,它们可以在其设备中提供更好的吞吐量和数据包损耗性能,然后在传出链接上播放它们。这种能力可以显着提高大型文件传输和其他批量传输应用的性能,这是判断网络设备的优点。事实上,该视图通常是更好的缓冲能力更好,因为它进一步减少了由于没有放置它而必须丢弃进入的包的机会。
这种逻辑的问题是,文件传输使用传输控制协议(TCP)来控制从服务器到客户端的数据包流。TCP被设计成尽量利用可用的网络容量。它通过增加其数据速率直到网络开始丢弃数据包来做到这一点。如果网络设备实现了越来越大的缓冲区以避免丢包,TCP通过它的设计不会停止增加它的数据速率,直到它看到包丢失,结果是网络有大的缓冲区保持满的TCP流移动文件,数据包必须坐在一个队列中等待处理。
在服务器和客户机之间的瓶颈链路(在许多情况下,这是宽带接入网络链路)前端的网络设备中进行缓冲对延迟的影响最大。事实上,我们看到一些设备支持巨大的缓冲区,在许多情况下,报告的缓冲延迟为数百或数千毫秒,使其他来源造成的延迟相形见绌。但这只是一个暂时的问题。它只在存在TCP大流量时显示。如果在没有这种流量的情况下测试网络连接的往返时间,您将永远看不到它。例如,如果家里有人在玩在线游戏或试图用Skype打电话,每当家里的其他用户发送带有附件的电子邮件时,游戏或Skype电话就会出现故障。
这个问题有解决方案吗?
我们能有良好的吞吐量,低丢包吗和低延迟?在Ca金宝搏188BETbleLabs,我们一直在研究技术活动队列管理电缆调制解调器和cmt将密切关注自己的缓冲区,当他们发现TCP是保持缓冲区满了,他们将会下降足够的TCP数据包发送信号,它需要慢下来,这样可以保持更适当的缓冲水平。
该技术表明了这种承诺,可用于从根本上提高宽带用户体验,我们已授权它包含在DOCSIS 3.1设备(两种电缆调制解调器和CMTS)中。我们还修改了DOCSIS 3.0规范,强烈建议供应商在可能的情况下将其添加到现有设备(通过固件升级)。
在电缆调制解调器上,我们更进一步,要求设备实现我们专门设计的活动队列管理算法,以优化DOCSIS链路的性能。这个算法是基于思科系统开发的一种方法,叫做比例积分增强活动队列管理“(或者,或者更常见于其较少的舌头绑定的缩写:PIE),并将原创思想从Cablelabs和我们的几个技术合作伙伴中融入,以改善其在电缆宽带网络中的使用。金宝搏188BET
通过实施主动队列管理,有线网络将能够将这些瞬态缓冲延迟减少数百或数千毫秒,这意味着页面加载时间的大幅减少,以及视频会议和在线游戏等互动应用程序的延迟和故障的显著减少,所有这些同时保持巨大的吞吐量和低数据包丢失。
活动队列管理:一件小事却能产生巨大的影响。
Greg White是cabllabs的首席架构师,他研究如何让终端用户的互联金宝搏188BET网速度更快。他讨厌等待页面加载8秒。
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