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| 通信プロトコル | |
 | |
| 目的 | 汎用 |
|---|---|
| 開発者 | 国際電気通信連合 |
| 導入 | 2009年 |
| に基づく | IP、通常はTCPと階層化されている |
| OSI層 | トランスポート層 |
| RFC(複数) | RFC 8684 |
マルチパスTCP（MPTCP ）は、インターネット技術特別調査委員会（IETF）のマルチパスTCPワーキンググループによる継続的な取り組みであり、伝送制御プロトコル（TCP）接続が複数のパスを使用してスループットを最大化し、冗長性を高めることを可能にすることを目的としています。[1]
2013 年 1 月、IETF はRFC 6824で Multipath 仕様を実験的な標準として公開しました。これは、2020 年 3 月にRFC 8684 の Multipath TCP v1 仕様に置き換えられました。
利点
マルチパス TCP が提供する冗長性により、リソースの逆多重化が可能になり、標準 TCP で必要な単一のチャネルを使用する代わりに、TCP スループットが利用可能なすべてのリンクレベルチャネルの合計に増加します。マルチパス TCP は、標準 TCP と下位互換性があります。
マルチパスTCPは、無線ネットワークのコンテキストで特に有用である。[2] Wi-Fiとモバイルネットワークの両方を使用するのが典型的な使用例である。[3]逆多重化によるスループットの向上に加えて、エンドツーエンドのTCP接続を中断することなく、ユーザーがカバレッジ内外に移動するときにリンクを追加または削除することができる。[4]
リンクハンドオーバーの問題は、ネットワーク層やリンク層に特別なメカニズムを必要とせず、トランスポート層での抽象化によって解決されます。これにより、インターネットのエンドツーエンドの原則に従って、サブネットワークに特別な機能を必要とせずに、エンドポイントでハンドオーバー機能を実装できます。
マルチパスTCPは、データセンター環境でもパフォーマンス上の利点をもたらします。 [5] 802.3adリンクアグリゲーションを使用したイーサネットチャネルボンディングとは対照的に、マルチパスTCPは単一のTCP接続を複数のインターフェース間でバランスさせ、非常に高いスループットを達成できます。[6]
マルチパスTCPは、いくつかの新しい問題を引き起こします。ネットワークセキュリティの観点から見ると、マルチパスルーティングは、パス間のデータ断片化を引き起こし、ファイアウォールやマルウェアスキャナが1つのパスのトラフィックしか見ることができなくなるため、効率が悪くなります。さらに、エンドツーエンドの暗号化プロトコルによるSSL復号化も効率が悪くなります。[7]
ユーザーインターフェース
マルチパスTCPは、その導入を容易にするために、TCPと同じソケットインターフェースを提供します。これは、実際には複数のサブフローにデータを分散させながら、任意の標準TCPアプリケーションをマルチパスTCP上で使用できることを意味します。[8]
一部のアプリケーションは、基盤となるマルチパスTCPスタックを制御するための拡張APIの恩恵を受ける可能性があります。マルチパスTCPスタックの機能をアプリケーションに公開するために、Linux上のNetlinkを拡張するAPI [9]と拡張ソケットAPIの2つの異なるAPIが提案されています。[10]
実装
2013年7月、MPTCPワーキンググループは、マルチパスTCPの5つの独立した実装を報告しました[11] 。これには、Linuxカーネルの最初のリファレンス実装[8]が含まれています[12] [13] 。
現在利用可能な実装は次のとおりです。
- Linuxカーネル（新しいリファレンス実装）はv5.6のメインラインカーネルに導入されました[14]
- Linux カーネル(初期リファレンス実装)はルーヴァン カトリック大学の研究者およびその他の協力者からフォークされました[8]
- スウィンバーン工科大学のFreeBSD（IPv4のみ）[15]
- F5ネットワークスBIG-IP LTM [16]
- シトリックスネットスケーラー[17]
- 2013年9月18日にリリースされたApple iOS 7は、マルチパスTCPの最初の大規模な商用導入です。[18] iOS 7以降、どのアプリケーションでもマルチパスTCPを使用できます。
- Apple Mac OS X 10.10、2014年10月16日リリース[19]
- アルカテル・ルーセントは2012年10月26日にMPTCPプロキシバージョン0.9のソースコードをリリースした[20] [21]
2014年7月、OracleはSolarisでの実装が開発中であると報告した。2015年6月現在、作業は進行中である。[22]また、メインラインLinuxカーネルに新しいマルチパスTCP実装を推進する取り組みも進行中である。[23]
IETF 93のMPTCP WG会議で、SungHoon Seoは、KTが6月中旬からスマートフォンユーザーがMPTCPプロキシサービスを使用して1Gbit/sに到達できる商用サービスを展開したと発表しました。[24] Tessaresは、Linuxカーネル実装を使用してハイブリッドアクセスネットワークを展開します。
ユースケース
マルチパスTCPは、通常のTCPと下位互換性を持つように設計されており、あらゆるアプリケーションをサポートできます。ただし、特定の展開[25]では、異なるパスを同時に使用する機能を活用しています。
AppleはiPhoneのSiriアプリケーションをサポートするためにマルチパスTCPを使用しています。SiriはHTTPSセッションを介してAppleサーバーに音声サンプルを送信します。これらのサーバーはユーザーが要求した情報で応答します。Appleのエンジニアによると、このアプリケーションでのマルチパスTCPの主な利点[26]は次のとおりです。
- ユーザーフィードバック（最初の単語までの時間）が95パーセンタイルで20%高速化
- ネットワーク障害を5分の1に削減
他の展開では、マルチパスTCPを使用して、異なるネットワークの帯域幅を集約します。たとえば、韓国で特に使用されているいくつかの種類のスマートフォンは、マルチパスTCPを使用して、SOCKSプロキシを介してWiFiと4Gを結合しています。[27]もう1つの例は、xDSLとLTEネットワークを組み合わせたいネットワークオペレーターによって展開されているハイブリッドアクセスネットワークです。この展開では、マルチパスTCPを使用して、xDSLとLTEネットワーク上のトラフィックを効率的に分散します。[28]
統合された固定および移動通信ネットワークの標準化において、3GPPとBBFは相互運用して、マルチパスセッションをサポートするATSS（アクセストラフィック選択、スイッチング、分割）機能を提供しています。たとえば、マルチパスTCPをユーザー機器（UE）または住宅ゲートウェイ（RG）とネットワーク側の両方に適用します。[29]
マルチパスTCPオプション
マルチパスTCPは、RFC 8684で詳細に説明されているオプションを使用します。すべてのマルチパスTCPオプションは、IANAによって予約されているオプション種別30のTCPオプションとしてエンコードされます。[30]
マルチパス TCP オプションは、標準のオプション種別 (この場合は 30) と長さの値、それに続く 4 ビットのサブタイプ フィールドで構成されます。IANA は、このサブタイプ フィールドについて、「伝送制御プロトコル (TCP) パラメータ」レジストリの下に「MPTCP オプション サブタイプ」というサブレジストリを保持しています。このサブタイプ フィールドは MPTCP ヘッダー タイプを示し、その値は次のように定義されます。
値 0x9 から 0xe は現在割り当てられていません。
プロトコル操作
簡略化された説明
マルチパス TCP の中心的な考え方は、標準 TCP のように 2 つのインターフェース間ではなく、2 つのホスト間の接続を構築する方法を定義することです。
たとえば、アリスは 3G および WiFi インターフェイス (IP アドレス 10.11.12.13 および 10.11.12.14) を備えたスマートフォンを所有しており、ボブはイーサネット インターフェイス (IP アドレス 20.21.22.23) を備えたコンピューターを所有しています。
標準 TCP では、接続は 2 つの IP アドレス間で確立されます。各 TCP 接続は、4 つのタプル (送信元アドレスと宛先アドレス、およびポート) によって識別されます。この制限により、アプリケーションは単一のリンクを介して 1 つの TCP 接続しか作成できません。マルチパス TCP では、接続で複数のパスを同時に使用できます。このため、マルチパス TCP は、使用する必要がある各パスにサブフローと呼ばれる 1 つの TCP 接続を作成します。
さまざまなプロトコル操作の目的 (RFC 6824 で定義) は次のとおりです。
- パスをいつ、どのように追加/削除するかを処理する（たとえば、接続が失われた場合や輻輳制御がある場合など）
- 従来の TCP ハードウェアと互換性がある (シーケンス番号が連続していない場合に TCP 接続を自動的に拒否できるファイアウォールなど)
- 異なるリンクと異なるホスト（特に MPTCP をサポートしていないホスト）間の公平な輻輳制御戦略を定義する
マルチパス TCP は TCP 送信に新しいメカニズムを追加します。
- サブフロー システムは、複数の標準 TCP 接続 (ホスト間のパス) を収集するために使用されます。サブフローは、TCP 3 ウェイ ハンドシェイク中に識別されます。ハンドシェイク後、アプリケーションはサブフロー (サブタイプ 0x3 および 0x4) を追加または削除できます。
- MPTCP DSSオプションには、データシーケンス番号と確認応答番号が含まれています。これにより、複数のサブフローからデータを破損することなく元の順序で受信できます（メッセージサブタイプ0x2）。
- 修正された再送信プロトコルは、輻輳制御と信頼性を処理します。
詳細仕様
詳細なプロトコル仕様はRFC 8684で提供されています。いくつかの調査記事ではプロトコルの概要が紹介されています。[31] [32]
輻輳制御
マルチパス TCP には、いくつかの輻輳制御メカニズムが定義されています。従来の TCP 輻輳制御スキームとの主な違いは、パスの 1 つで競合する可能性のある単一パス TCP ソースに対して不公平にならないように、さまざまなパスの輻輳に対応する必要があることです。[3]現在、Linux カーネルのマルチパス TCP 実装では、4 つのマルチパス TCP 輻輳制御スキームがサポートされています。
- RFC 6356で定義されたリンク増加アルゴリズム
- 機会主義的リンク増加アルゴリズム[33]
- wVegasの遅延ベースの輻輳制御アルゴリズム
- バランスリンク増加アルゴリズム[34]
代替案
ストリーム制御伝送プロトコル
ストリーム制御伝送プロトコル(SCTP) は、もともと通信シグナリング用に設計された、信頼性の高い順序付きデータグラムストリーム トランスポート プロトコルです。複数のアクセス リンクの同時使用をサポートし、アプリケーションがデータグラム ストリーム ベースでアクセス インターフェイスの選択に影響を与えることを可能にします。また、アクセス再ネゴシエーションによるモビリティもサポートします。したがって、SCTP はトランスポート層ソリューションでもあります。同時実行性を備えたタイプ 3 フロー粒度を提供しますが、マルチパス TCP よりもフロー スケジューリング制御が優れています。また、マルチパス TCP と同様の方法でモビリティを完全にサポートします。[35]
IMS の SIP
IP マルチメディア サブシステム(IMS) アーキテクチャ内では、セッション開始プロトコル(SIP) は、1 つ以上の IMS ユーザー エージェントの登録に複数の連絡先 IP アドレスを同時に使用することをサポートできます。これにより、複数の IMS シグナリング パスを作成できます。これらのシグナリング パスでは、シグナリング メッセージは、メディア ストリームをネゴシエートするためのセッション記述プロトコル(SDP) メッセージングを伝送します。SDP を使用すると、1 つのメディア セッションのストリームを複数のパスで (再) ネゴシエーションできます。これにより、アプリケーション層のマルチパス トランスポートが可能になります。この観点から、IMS はフロー粒度と同時アクセスを備えたアプリケーション層のマルチパス サポートを提供できます。リアルタイム トランスポート プロトコル(RTP) のマルチパス拡張は、IETF 内で議論されています。[36]マルチパス RTP は、フロー粒度と同時アクセスおよびモビリティ (IMS、SDP シグナリング、または RTP 制御プロトコル経由) を提供できます。[35]さらに最近では、 DCCP （データグラム輻輳制御プロトコル）をマルチパス機能で拡張する提案がIETFのTSVWG（トランスポートエリアワーキンググループ） [37]で議論されており、MP-DCCPと呼ばれています。
マルチパス QUIC
IETFは現在、TCP、TLS、HTTPプロトコルに従来から備わっている機能を統合したQUICプロトコルを開発しています。このプロトコルは、マルチパスTCPと同じユースケースをサポートするように拡張できます。マルチパスQUICの最初の設計が提案され、[38]実装され、評価されました。[39]
その他のプロトコルと実験
セッション層では、モバイルアクセスルータプロジェクトは2003年に異種技術による複数の無線アクセスの集約を実験し、それぞれのパフォーマンスに応じてそれらの間のトラフィックを透過的に分散させました。[40]
並列アクセス方式[35]は、 HTTP範囲要求を利用して複製されたコンテンツの複数のサーバーへの接続を開始することで転送を高速化するために使用されますが、アプリケーション層が関与し、既知のサイズのコンテンツに制限されるため、マルチパスTCPと同等ではありません。
RFC
- RFC 6181 - 複数アドレスによるマルチパス操作のための TCP 拡張の脅威分析
- RFC 6182 - マルチパス TCP 開発のためのアーキテクチャガイドライン
- RFC 6356 - マルチパストランスポートプロトコルの結合輻輳制御
- RFC 6824 - 複数アドレスによるマルチパス操作のための TCP 拡張 (v0; RFC 8684 に置き換えられました)
- RFC 6897 - マルチパス TCP (MPTCP) アプリケーション インターフェイスの考慮事項
- RFC 7430 - マルチパス TCP (MPTCP) の残存脅威と可能な修正の分析
- RFC 8041 - マルチパス TCP の使用例と運用経験
- RFC 8684 - 複数アドレスによるマルチパス操作のための TCP 拡張 (v1)
- RFC 8803 - 0-RTT TCP 変換プロトコル
参照
参考文献
- ^ マルチパス TCP ワーキンググループ
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外部リンク
Wikiversityには伝送制御プロトコルに関する学習リソースがあります
- Linux カーネル マルチパス TCP プロジェクト
- Linux カーネル マルチパス TCP プロジェクト (旧 Web サイト)
- Linux MPTCP 実装を説明したわかりやすい記事