Скорость передачи данных – задержки, протоколы, акселераторы

Особенностью спутникового канала является довольно большая задержка распространения сигнала – спутник далеко, а радиоволны распространяются со скоростью света. Только на то, чтобы радиоволнам добраться от оператора до спутника и от спутника до абонента, нужно около 250 мс. В случае симметричного доступа в Интернет такая же задержка возникает и на “запросном” канале.

Для ассиметричного доступа задержка в ”запросном” канале может быть, вообще говоря, любой, и варьироваться в широких пределах, от десятка-другого миллисекунд, если “наземное” подключение абонента осуществляется по скоростному каналу, до единиц секунд при использовании сильно загруженных сетей GPRS. К этому надо еще добавить задержку передачи информации в самой сети Интернет. Таким образом, при использовании спутниковой сети для доступа в Интернет задержки практически не бывают менее 300 мс, для симметричного спутникового доступа типичная задержка оказывается в районе 600 мс, а при использовании GPRS в качестве запросного канала может оказаться и несколько секунд.

Это было бы не такой большой бедой, если бы приводило только к тому, что для открытия каждой новой страницы надо ждать лишние полсекунды-секунду. Но большинство способов передачи данных, используемых в Интернет, работают на базе протокола TCP (transmission control protocol, протокол управления передачей). TCP основан на подтверждении принятой информации, и, если в заданный интервал времени подтверждения не происходит, передача замедляется или вовсе прекращается. Настройки протокола TCP в большинстве систем ориентированы на “наземные” сети с небольшим временем задержки сигнала. При работе через спутниковый канал это приводит к тому, что короткие страницы загружается достаточно быстро, а при передаче больших объемов информации подтверждения не приходят в заданный интервал времени и максимально доступная скорость ограничивается на уровне гораздо более низком, чем позволяет сеть оператора.

Загрузка файла через спутниковый канал со стандартными настройками TCP (ограничение скорости в сети 512 кбит/с)

Для увеличения этой скорости требуются специальные настройки TCP-стека на компьютере (увеличение так называемого “окна TCP”). Тогда при “закачке” больших файлов скорость постепенно увеличивается до максимально доступной. При этом любые потери информации как в “запросном”, так и в спутниковом канале приводят к снижению доступной скорости и увеличению объемов передаваемого трафика (не получив ожидаемого подтверждения, протокол TCP несколько раз перезапрашивает данные, резко “роняет” скорость передачи и пытается постепенно увеличивать ее снова). Причиной могут быть как характеристики канала связи (большое количество ошибок в "наземном" или спутниковом), так и ограничения скорости оператором. В итоге скорость загрузки файла меняется “пилообразно” – постепенно растет до достижения ограничения скорости или до появления ошибок в канале, после чего падает и начинает расти снова.

Загрузка файла с "оптимизированным" TCP-стеком через спутниковый канал с потерями

Получающаяся в итоге средняя скорость загрузки файлов зависит от характеристик запросного канала, качества приема спутникового сигнала и от применяемой оператором политики ограничения скорости. Большое количество ошибок в спутниковом или наземном канале может привести к резкому снижению “средней скорости загрузки”, вплоть до полной ее остановки.

Для того чтобы уменьшить влияние задержек и более эффективно использовать канал связи, применяются специальные средства и протоколы “акселерации” (ускорения) трафика. При симметричном спутниковом доступе обычно используются протоколы, работающие между спутниковым терминалом и центральной станцией спутниковой сети, такие как TCP-PEP или аналогичные. Эти протоколы совершенно “прозрачны” для конечных приложений и не требуют никаких дополнительных установок и настроек на компьютерах абонентов.

Для ассиметричного доступа распространено использование специальных программ, так называемых “акселераторов” или “ускорителей”. На компьютере абонента ставится специальная программа-клиент, "перехватывающая" запросы от приложений – WEB, FTP, e-mail и т.д. Перехват может осуществляться автоматически для ограниченного списка приложений и не требовать от абонента никаких дополнительных настроек (например, ускоритель AcceleNet), задаваться абонентом отдельно для каждого приложения (например, ускоритель Globax), либо работать "прозрачно" для всех приложений через таблицы маршрутизации (например, Slonax 3G).

Перехваченные клиентом ускорителя запросы отправляются на сервер акселератора. Сервер уже от своего имени отправляет их в Интернет по высокоскоростным наземным каналам, получает ответ и перенаправляет его на программу-клиент у абонента, которая “возвращает” ответ тому приложению, от которого получила запрос. При этом между клиентом и сервером ускорителя используется специальный протокол, малочувствительный к задержкам в канале. В итоге возрастает средняя скорость загрузки данных, уменьшается время ожидания информации и сокращаются объемы трафика в "запросном" канале.

Загрузка файла через спутниковый канал с ”ускорителем”

Еще одной функцией “ускорителей” является дополнительное сжатие данных, позволяющее уменьшить объемы передаваемой через сеть информации и еще более увеличить эффективную скорость. Естественно, “сжиматься” могут далеко не все данные. Файлы передаются обычно уже в “сжатом” формате (zip, rar, mp3, avi, wmv, jpg и т.п.) и попытки сжать их еще раз приводят только к увеличению нагрузки на процессор, а часто и к замедлению приёма. В то же время Web-страницы, почтовые сообщения и т.п. обычно сжимаются очень неплохо, давая дополнительный выигрыш по скорости. Некоторые ускорители могут дополнительно сжимать содержащиеся на Web-страницах рисунки, анимации и т.п., уменьшая время загрузки и экономя трафик ценой некоторого снижения качества изображений.

Ускоритель может быть как услугой, интегрированной в сеть оператора (Sprint у Радуги, Slonax 3G у SatGate и StarBlazer, Globax у СТВ и SkyFi и т.п.), так и внешней услугой, предоставляемой сторонней компанией (ускорители Slonax 3G и Globax у различных операторов). При использовании ускорителя, предоставляемого сторонней компанией, возникает необходимость согласования учетных записей у спутникового оператора и на ускорителе, раздельной авторизации и учета трафика на ускорителе и у оператора и раздельной оплаты за эти услуги.

Возможны различные способы использования ускорителя при асимметричном спутниковом доступе:

В первом случае подключение к услуге асимметричного спутникового доступа осуществляется через VPN (PPTP, L2TP, OpenVPN и т.п.), так же точно, как описано выше. В этом случае те приложения, для которых прописана работа через ускоритель – работают с ним, остальные – через спутниковую сеть без ускорителя. Такая схема дает и большую гибкость (в любой момент ускоритель может быть подключен или отключен, можно не направлять на ускоритель тот трафик, что не поддерживается ускорителем или не имеет смысла “ускорять”), и уверенность в том, что весь трафик пойдет через спутник, без риска получить входящий “по земле” из-за того, что какое-то приложение неправильно настроено или не поддерживает работу через "прокси". Но при этом сохраняются и недостатки VPN – наличие избыточности в запросном канале и риск разрыва VPN-соединения при внезапном ухудшении характеристик наземного канала.

Во втором случае ускоритель используется в качестве прокси-сервера, обеспечивающего доступ в спутниковую сеть, VPN-соединение не используется. Преимущества такого подключения – экономия исходящего трафика (нет избыточности, вносимой VPN) и большая устойчивость к потерям данных в наземном канале. В случае ухудшения характеристик наземного канала трафик просто перестает передаваться, но разрыва соединения, как правило, не происходит. Недостатки тоже очевидны – если на компьютере работает приложение, “не знающее” о том, что данные надо посылать через ускоритель, то весь его и входящий и выходящий трафик пойдет по наземному каналу. Если нужно передать трафик, не поддерживаемый ускорителем (например, обновления ПО), то приходится разрывать соединение через ускоритель и заново устанавливать соединение через VPN, либо устанавливать у пользователя дополнительные программы-"проксификаторы", достаточно сложные в настройке и не всегда правильно работающие.

В третьем случае ускоритель на компьютере пользователя работает как "прозрачный прокси". Т.е. весь трафик автоматически перенаправляется на установленную у пользователя программу-клиент ускорителя и далее эта программа-клиент ускорителя направляет трафик на сервер ускорителя. Этот способ позволяет избавиться от недостатков VPN (избыточный служебный трафик, неустойчивость на плохих каналах связи) и, в то же время, не требует дополнительных настоек в приложениях. В ускорителе Slonax 3G это делается с помощью перенаправления трафика на специально созданный сетевой интерфейс. Такой механизм работает "прозрачно" для пользователя, не требует дополнительных настроек и применим в любой операционной системе, но сложен в реализации. При этом в случае разрыва соединения программы-клиента ускорителя с сервером трафик может пойти "по земле". В версии Globax для Linux используются таблицы управления трафиком, с помощью которых данные направляются на "локальный прокси". Этот способ более устойчив к разрывам соединения, но требует от пользователя дополнительных настроек и неприменим в системах семейства Windows.

Идеального варианта подключения "ускорителя", к сожалению, не существует, но под свои задачи всегда можно выбрать достаточно оптимальный.