Google tăng tốc Internet như thế nào?

Google vừa phát triển thuật toán tăng tốc TCP/IP, giao thức truyền tải dữ liệu chủ yếu trên Internet, lên tới 14%.

Các kĩ sư tại Google vừa đưa ra thuật toán mới giúp tăng tốc TCP, giao thức truyền dữ liệu chủ yếu cho traffic Internet bằng cách tối ưu hóa tốc độ gửi traffic, từ đó không gây nghẽn đường truyền.

Họ nói rằng phương pháp này, gọi là khoảng thời gian truyền băng thông và đường đi nút thắt cổ chai (Bottleneck Bandwidth & Roundtrip - BBR) đo lường cách nhanh nhất để gửi dữ liệu qua các đường truyền khác nhau và có thể xử lý traffic hiệu quả hơn khi dữ liệu bị nghẽn.

Google cũng sẵn sàng sử dụng BBR để tăng tốc traffic YouTube và cuối tháng, công ty cũng sẽ đưa BBR lên Google Cloud Platform. Google nói rằng áp dụng BBR sẽ tăng tốc traffic hiện đã được tối ưu hóa cao của YouTube thêm trung bình 4% và nhiếu nhất là 14% ở một số nước.

Nỗ lực tăng tốc TCP

TCP được phát triển vào những năm 1970s, là một phần của bộ giao thức TCP/IP để chuyển dữ liệu thành các gói và truyền qua Internet. Các nhà nghiên cứu tại Internet Engineering Task Force (IETF) ước tính rằng hơn 90% IP traffic được truyền qua TCP.

Vài thập kỉ qua, đã có nhiều nỗ lực tăng tốc TCP/IP, rất nhiều tập trung vào cách TCP xử lý tắc nghẽn. TCP được thiết kế để làm chậm việc gửi traffic khi nhận ra tắc nghẽn, xác định bằng số gói dữ liệu mất trong quá trình truyền.

“Cách này vẫn ổn trong nhiều năm vì bộ đệm nhỏ của Switch và Router vẫn phù hợp với băng thông hẹp của đường dẫn Internet”, Google giải thích. Nhưng cái gọi là việc kiểm soát tắc nghẽn dựa trên dữ liệu bị mất không còn phù hợp với môi trường ngày nay.

Van Jacobson, một trong những tác giả của TCP và một trong những kĩ sư phát triển BBR nói rằng nếu TCP chỉ làm chậm traffic khi phát hiện ra dữ liệu mất thì như thế là quá muộn.

“BBR không chờ tới khi có vấn đề mới giải quyết. Nó định hình con đường truyền đi như thể nó có độ dài và kích thước, từ đó quyết định bao nhiêu dữ liệu thì vừa trong đó”.

Các tiêu chuẩn

BBR liên tục tính toán lượng traffic và thời gian truyền đi qua các đường khác nhau và biết được bao nhiêu dữ liệu thì làm mạng bị nghẽn khi gửi đi ở 1 tỉ lệ nhất định. Bằng cách đó, BBR gửi traffic ở tốc độ mà mạng có thể xử lý được. Cách này hiệu quả hơn khi kiểm soát tắc nghẽn TCP trước đây.

BBR cũng tương thích với 1 giao thức truyền tải thay thế, Quick UDP Internet Connections (QUIC), do Google tạo ra và được IETF cho là chuẩn.

BBR không phải nỗ lực đầu tiên để tăng tốc TCP. Các nhà nghiên cứu tại đại học North Carolina State cũng đã phát triển 1 trong những thuật toán kiểm soát tắc nghẽn dựa trên dữ liệu bị mất được dùng trên TCP ngày nay có tên Binary Increase Congestion Control (BIC) và sau đó là CUBIC. Ở mức độ cao hơn cũng có các phương pháp tính toán mức độ tối ưu để gửi dữ liệu khi phát hiện tắc nghẽn. Một thuật toán cũng ngày càng phổ biến là Reno.

BBR là một cách khác để xử lý vấn đề tắc nghẽn khi truyền tải dữ liệu qua Internet

Dù vật tất cả đều sử dụng dữ liệu bị mất để quyết định tắc nghẽn, Jacobson nói rằng theo anh biết thì BBR là thuật toán TCP duy nhất thực sự tính toán tốc độ traffic để xác định cách tốt nhất để gửi đi, dù dữ liệu có bị mất hay không.

Phản ứng trước BBR

Mirja Kühlewind, nhà nghiên cứu lâu năm tại Networked Systems Group tại Zurich và là Transport Area Director tại IETF, cũng đang làm việc để cải thiện TCP, nói rằng việc tạo chuẩn trong việc truyền tải và kiểm soát tắc nghẽn là việc mất thời gian. Rất nhiều nỗ lực nhưng chỉ có 1 được chuẩn hóa và đó là trước sự ra đời của BIC và BBR. Jacobson nói mục tiêu của công ty là đưa BBR trở thành chuẩn.

Một số khách hàng Google cũng đã nhận ra lợi ích của BBR. Wordpress host nửa triệu trang trên Google Cloud, người sáng lập và CTO Jason Cohen cũng trích dẫn nghiên cứu của Google cho thấy BBR cải thiện lượng dữ liệu 2.700 lần so với các cách kiểm soát dựa trên mất dữ liệu khác.

Người dùng Cloud Platform có thể tự động nhận được lợi ích từ BBR khi sử dụng một số dịch vụ GCP nhất định như Cloud Spanner, BigTable, Storage, CDN và Load Balancing.