الأبحاث والمسودات

أبحاث بروتوكول التحكم بالنقل

وسيطة لزيادة نافذة ازدحام البيانات الأولية في بروتوكول التحكم بالنقل

تبدأ تدفقات بروتوكول TCP بنافذة ازدحام أولي مكونة من أربعة قطاعات أو حوالي 4 كيلوبايت من البيانات. ونظرًا لأن معظم معاملات الويب قصيرة الأجل، فإن نافذة ازدحام البيانات الأولية هي معلمة TCP مهمة في تحديد مدى سرعة إنهاء التدفقات. بينما زادت سرعات الوصول إلى الشبكة العالمية بشكل كبير في المتوسط في العقد الماضي، بقيت القيمة القياسية لنافذة الازدحام الأولي لبروتوكول التحكم في الإرسال بدون تغيير. في هذه الورقة، نقترح زيادة نافذة ازدحام TCP الأولي إلى عشرة قطاعات على الأقل (حوالي 15 كيلوبايت). من خلال تجارب الإنترنت واسعة النطاق، نحدد كمًّا من مزايا وقت الاستجابة وتكاليف استخدام فترة زمنية أكبر، وذلك من حيث فوائد معدل نقل البيانات للشبكة ووقت إرسال البيانات واستقبالها على الشبكة ومنتج تأخير معدل نقل البيانات (BDP) وطبيعة التطبيقات. نوضّح أنّ متوسط وقت الاستجابة لاستجابات HTTP يتحسن بنسبة 10% تقريبًا، مع عرض أكبر المزايا في شبكات "المراسلة النصية في الوقت الفعلي" (RTT) وBDP العالية. كما تحسن وقت استجابة الشبكات منخفضة معدل نقل البيانات بنسبة كبيرة في تجاربنا. وزاد متوسط معدل إعادة الإرسال بنسبة بسيطة 0.5%، وكانت معظم الزيادة ناتجة عن التطبيقات التي تتحايل بشكل فعال على خوارزمية البدء البطيء لبروتوكول TCP باستخدام اتصالات متعددة متزامنة. بناءً على نتائج تجاربنا، نعتقد أنّ فترة ازدحام البيانات الأولية يجب أن تتكون من عشرة أجزاء على الأقل وأن يتم التحقق من المشكلة نفسها من أجل توحيدها من قِبل مجموعة مهندسي شبكة الإنترنت (IETF).

فتح TCP السريع

تهيمن تدفقات TCP على خدمات الويب اليوم لدرجة أنها تنهي بضع رحلات ذهاب وعودة بعد المصافحة؛ وتُعد هذه المصافحة مصدرًا مهمًا لوقت الاستجابة لهذه العمليات. نوضح في هذه الورقة تصميم بروتوكول TCP Fast Open وتنفيذه ونشره، وهو آلية جديدة تمكّن تبادل البيانات أثناء المصافحة الأولية لبروتوكول TCP. أثناء إجراء ذلك، يقلل TCP Fast Open من وقت استجابة شبكة التطبيقات بمقدار مرة إرسال البيانات واستقبالها بالكامل، مما يقلل التأخير الذي تواجهه عمليات نقل TCP القصيرة هذه. ونعالج مشاكل الأمان الكامنة في السماح بتبادل البيانات أثناء تبادل تأكيد الاتصال الثلاثي الاتجاه، والتي نحدّ منها باستخدام رمز الأمان المميز الذي يتحقّق من ملكية عنوان IP. ونُقدِّم تفاصيل عن آليات الدفاع العكسي الأخرى ونعالج المشاكل التي واجهناها مع الأجهزة الوسطى والتوافق مع الأنظمة القديمة مع حِزم الشبكة الحالية والنشر التدريجي. استنادًا إلى تحليل عدد الزيارات ومحاكاة الشبكة، يتضح لنا أن TCP Fast Open قد يقلل من وقت استجابة شبكة معاملات HTTP بنسبة 15%ويزيد من وقت تحميل الصفحة بأكملها بنسبة تزيد عن 10% في المتوسط، وقد يصل إلى 40% في بعض الحالات.

خفض المعدل النسبي لبروتوكول TCP

ويؤدي فقدان حِزم البيانات إلى زيادة وقت الاستجابة لمستخدمي الويب. الاسترداد السريع هو آلية رئيسية لبروتوكول TCP لاسترداد الحزم المفقودة. في هذه الورقة، نستكشف بعض نقاط ضعف الخوارزمية القياسية الموضحة في RFC 3517 والخوارزميات غير القياسية التي تم تنفيذها في Linux. نجد أن هذه الخوارزميات تحيد عن السلوك المقصود في العالم الحقيقي بسبب التأثير المشترك للتدفقات القصيرة، وأكشاك التطبيقات، والخسائر المتكررة، وفقدان الإقرار (ACK) وإعادة الترتيب، وتمديد ACK. ويعاني Linux من تخفيض فترات التكدس على نحو مفرط في حين أن RFC 3517 ينقل انفجارات كبيرة مع فقدان كبير، وكلاهما يضر ببقية التدفق ويزيد من وقت استجابة الويب. وتتمثل مساهمتنا الأساسية في تصميم جديد للتحكم في انتقال العدوى خلال التعافي السريع يُسمى "خفض المعدل النسبي" (PRR). تتعافى معدل الردود الإيجابية من الخسائر بسرعة وسلاسة ودقة من خلال وتيرة إعادة الإرسال عبر ACKs التي تم استلامها. بالإضافة إلى عمليات إعادة الإرسال المبكرة (PRR)، نقيّم خوارزمية إعادة الإرسال المبكر (ER) الخاصة ببروتوكول التحكم في الإرسال (TCP) التي تقلل حد الإقرار المكرر لعمليات التحويل القصيرة، ونوضح أن تأخير عمليات إعادة الإرسال المبكرة لفترة قصيرة يكون له تأثير في تجنب عمليات إعادة الإرسال غير المقصودة في حال وجود درجة صغيرة من إعادة الترتيب. يقلل PRR وER من وقت استجابة بروتوكول التحكم بالنقل (TCP) للاتصالات التي تتعرض لخسائر بنسبة 3-10% بناءً على حجم الاستجابة. استنادًا إلى أدواتنا على Google Web وخوادم YouTube في الولايات المتحدة والهند، نقدّم أيضًا إحصاءات رئيسية حول طبيعة عمليات إعادة إرسال بروتوكول التحكم بالنقل.

Laminar TCP

الصفحي هو إطار عمل جديد للتحكم في ازدحام TCP، والذي يفصل جدولة الإرسال، التي تحدد بدقة وقت إرسال البيانات، عن التحكم المطلق في الازدحام، الذي يحدد المقدار الإجمالي للبيانات المرسلة خلال كل RTT. يُتوقع تمكين خوارزميات متقدمة جديدة من أجل تنظيم حركة مرور TCP بشكل أكثر دقة.

مسودات طبقة المقابس الآمنة وطبقة النقل الآمنة

البدء الخاطئ لبروتوكول أمان طبقة النقل (TLS)

البدء الزائف هو سلوك اختياري لعمليات تنفيذ بروتوكول أمان طبقة النقل (TLS). فهو يؤثر في توقيت البروتوكول فقط، وليس على البيانات على بروتوكول Wireprotocol، ويمكن تنفيذه بشكل أحادي. تؤدي ميزة البدء الخاطئ لبروتوكول أمان طبقة النقل (TLS) إلى تقليل وقت الاستجابة لرحلة ذهاب وعودة واحدة لبعض عمليات تأكيد الاتصال.

إضافة تفاوض بروتوكول أمان طبقة النقل (TLS)

إضافة بروتوكول أمان طبقة النقل (TLS) للتفاوض على بروتوكول طبقة التطبيق. ويسمح هذا لطبقة التطبيق بالتفاوض بشأن البروتوكول الذي يجب تنفيذه عبر الاتصال الآمن بطريقة تتجنب الرحلات ذهابًا وإيابًا إضافية وتكون مستقلة عن بروتوكولات طبقة التطبيق.

مسودة نظام أسماء النطاقات

الشبكة الفرعية للعميل في طلبات نظام أسماء النطاقات

تحدد هذه المسودة إضافة EDNS0 لنقل معلومات عن الشبكة التي أنشأت طلب بحث نظام أسماء النطاقات والشبكة التي يمكن تخزين الرد مؤقتًا بها.