概述

摩爾定律認(rèn)為，數(shù)據(jù)每 18 個(gè)月會(huì)增加一倍，Metcalfe 定律則認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)的價(jià)值與網(wǎng)絡(luò)用戶數(shù)量的平方成正比。由于這些定律切合實(shí)際，因此全球企業(yè)已尋找到將信息技術(shù)嵌入業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)的各個(gè)方面的諸多優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)在，全球數(shù)據(jù)通信服務(wù)的創(chuàng)收已超過(guò)每年 190 億美元，增加的部分源于 IP VPN 設(shè)備。
　　 盡管全球?qū)挼男枨笕找嬖鲩L(zhǎng)，但帶寬供應(yīng)已滿足了這種需求。在互聯(lián)網(wǎng)蓬勃發(fā)展的 90 年代，數(shù)據(jù)通信行業(yè)創(chuàng)建了能夠大規(guī)模交付廉價(jià)帶寬的基礎(chǔ)設(shè)施。實(shí)際上，帶寬已變得十分充足，因此在未來(lái)數(shù)年內(nèi)，Metcalfe 定律不足以解釋可利用的容量問(wèn)題。這種失衡產(chǎn)生的結(jié)果是帶寬的商品化、快速下降的帶寬價(jià)格以及傾力打造神話（高帶寬能夠解決幾乎所有的性能問(wèn)題）的廠商環(huán)境。
　 　但是，隨著企業(yè)應(yīng)用部署擴(kuò)展到廣闊的領(lǐng)域（即帶寬的充足程度有時(shí)與 LAN 中相同），IT 經(jīng)理們親眼目睹了應(yīng)用性能的大幅下降。讓他們感到困惑的是“為什么 LAN 和 WAN 兩種網(wǎng)絡(luò)具有完全一樣的帶寬容量，其性能結(jié)果卻截然不同？”
　　 其實(shí)，應(yīng)用性能受與網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用邏輯有關(guān)的諸多因素的影響，這些因素必須得以滿足以便獲得滿意的應(yīng)用性能結(jié)果。在網(wǎng)絡(luò)級(jí)上，應(yīng)用性能受限于高延遲（物理距離的影響）、抖動(dòng)、數(shù)據(jù)包丟失以及擁塞。在應(yīng)用級(jí)上，性能進(jìn)一步受到應(yīng)用協(xié)議（特別是在網(wǎng)絡(luò)層上出現(xiàn)延遲、抖動(dòng)、數(shù)據(jù)包丟失以及擁塞時(shí)）特定行為的限制，應(yīng)用協(xié)議參與網(wǎng)絡(luò)鏈路間過(guò)多的信息交換，且應(yīng)用本身序列化。

挑戰(zhàn)

通用應(yīng)用性能神話
神話 #1：應(yīng)用性能僅依賴于帶寬
　　應(yīng)用性能和吞吐率受多種因素影響。延遲和數(shù)據(jù)包丟失對(duì)應(yīng)用性能產(chǎn)生重大的影響。利托氏定理 (Little's Law) 開(kāi)創(chuàng)性地描述了等候理論，并利用一個(gè)方程式反應(yīng)物理距離（延遲）與數(shù)據(jù)包丟失的結(jié)果，闡明了這兩種因素對(duì)應(yīng)用性能的影響。

該定理認(rèn)為：
　　Lambda（吞吐量）= n（未決請(qǐng)求的數(shù)量）/ t（響應(yīng)時(shí)間）
根據(jù) IP 協(xié)議，該公式可轉(zhuǎn)化為：
　　TCP 吞吐量 = 擁塞窗口大小 / 往返時(shí)間
　　 這樣，隨著每一請(qǐng)求往返時(shí)間 (RTT) 的延長(zhǎng)，擁塞窗口必須擴(kuò)大，否則 TCP 吞吐量將降低。但是，TCP 無(wú)法有效地管理較大的窗口。結(jié)果是，對(duì)于一個(gè)特定應(yīng)用而言，即便是數(shù)量較小的延遲和數(shù)據(jù)包丟失都能夠?qū)⒕W(wǎng)絡(luò)性能快速降低至每秒 1 MB 以下。即時(shí)帶寬容量提升到 100Mbps，應(yīng)用也不會(huì)占用整個(gè)容量的 1% 以上。在此情況下，添加網(wǎng)絡(luò)容量的管理人員在無(wú)法使用的資源中投資，無(wú)疑是一種浪費(fèi)。
　　 Mathis、Semke、Mahdavi 及 Ott 于 1997 年 7 月在《計(jì)算機(jī)通信評(píng)論》 (Computer Communication Review) 27(3) 中發(fā)表的“TCP 擁塞避免算法的宏觀行為”中給出了　　一個(gè)簡(jiǎn)短但非常實(shí)用的公式，可計(jì)算出傳輸速率的上限：
　　速率 <= (MSS/RTT)*(1 / {p} 的平方根)
　　其中：
　　速率：TCP 傳輸速率或吞吐量
　　MSS：最大段大小（每條互聯(lián)網(wǎng)路徑固定，通常為 1460 字節(jié)）
　　RTT：往返時(shí)間（根據(jù) TCP 進(jìn)行測(cè)量）
　　p:數(shù)據(jù)包丟失率。
　　下圖描述了這一情形：

圖 1：物理距離與 TCP 性能的關(guān)系

　　在廣域網(wǎng)中，決定往返時(shí)間（即，延遲）的因素包括物理距離、效率低下的網(wǎng)絡(luò)路由模式以及網(wǎng)絡(luò)擁塞，這些因素大量存在于廣域網(wǎng)中。
　　 現(xiàn)在，許多 TCP 協(xié)議棧在進(jìn)行重新傳輸時(shí)效率非常低下。事實(shí)上，如果一個(gè)數(shù)據(jù)包丟失，那么，一些棧可能需要傳輸整個(gè)擁塞窗口。此外，它們還將在出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擁塞時(shí)呈指數(shù)回退（即，減少擁塞窗口并增加重新傳輸定時(shí)器），這種行為在數(shù)據(jù)包丟失時(shí)受到 TCP 的監(jiān)測(cè)。盡管在通常情況下，數(shù)據(jù)包丟失在幀中繼網(wǎng)絡(luò)中無(wú)關(guān)緊要（平均低于 .01%），但在 IP VPN 網(wǎng)絡(luò)中則至關(guān)重要，這種網(wǎng)絡(luò)進(jìn)出于數(shù)據(jù)包丟失率通常超過(guò) 5% 的特定市場(chǎng)（如，中國(guó)）。在后一種情況下，高數(shù)據(jù)包丟失率可能會(huì)對(duì)性能產(chǎn)生災(zāi)難性的影響。

當(dāng)數(shù)據(jù)包丟失和延遲影響相結(jié)合時(shí)，那么，性能急轉(zhuǎn)直下，后果更加嚴(yán)重。下圖描述了這一情形：

圖 2：數(shù)據(jù)包丟失時(shí)的 TCP 性能
。

神話 #2：TCP 需要 Aggressive Back-Off（主動(dòng)回退）以確保公平
　　很多網(wǎng)絡(luò)工程師認(rèn)為，遭遇擁塞時(shí)主動(dòng)回退對(duì)于保持網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)公平性是十分必要的。某些情況下這種說(shuō)法千真萬(wàn)確，然而有些情況則不然。當(dāng)擁塞控制對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的每一臺(tái)主機(jī)負(fù)責(zé)，每臺(tái)主機(jī)對(duì)其它主機(jī)帶寬需求一無(wú)所知時(shí)，主動(dòng)回退對(duì)于確保公平性就十分必要。但是，如果擁塞在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中由可了解特定 WAN 連接上所有流量的系統(tǒng)加以控制時(shí)，則可能出現(xiàn)更高更有效的吞吐量，這種情況下，主動(dòng)回退就多此一舉了。

標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議行為規(guī)定主機(jī)何時(shí)占用帶寬，這些主機(jī)必須照此執(zhí)行而不依賴于：
☆ 應(yīng)用的需求
☆ 可用的帶寬
☆ 爭(zhēng)用帶寬的數(shù)量
　　這種情況導(dǎo)致的后果是，通常，應(yīng)用的帶寬資源嚴(yán)重不足，而同時(shí)大量網(wǎng)絡(luò)資源并未得以利用。很明顯，這種情況的效率極低。
　 　解決 TCP 公平性問(wèn)題的有效辦法是，允許單獨(dú)的主機(jī)按需求占用相應(yīng)帶寬，只要所有其它主機(jī)需要服務(wù)時(shí)，可接收到足夠的服務(wù)即可。這可通過(guò)一個(gè)所有主機(jī)共享的擁塞窗口實(shí)現(xiàn)，這個(gè)窗口由網(wǎng)絡(luò)自身加以控制。這樣，在此系統(tǒng)中，主機(jī)可在競(jìng)爭(zhēng)程度不太激烈的時(shí)候，按需要獲得相應(yīng)帶寬，當(dāng)競(jìng)爭(zhēng)加劇時(shí)，所有主機(jī)便可獲得足夠的帶寬。
　　 這種單一窗口的方法可實(shí)現(xiàn)連續(xù)的較高利用率以及較高的總體吞吐能力。每臺(tái)主機(jī)都可訪問(wèn)整潔快速的網(wǎng)絡(luò)，這個(gè)網(wǎng)絡(luò)永遠(yuǎn)不會(huì)丟失數(shù)據(jù)包（因此，也不會(huì)出現(xiàn)如神話 #1 中的 TCP 性能削減問(wèn)題），累積的流量需求與網(wǎng)絡(luò)的整體緩沖能力相對(duì)應(yīng)。這樣，IT 經(jīng)理就可在最大范圍的網(wǎng)絡(luò)延遲和數(shù)據(jù)包丟失情況下最有效地利用網(wǎng)絡(luò)。
　　 單一窗口的解決方案的執(zhí)行可對(duì)客戶端系統(tǒng)完全透明。這類解決方案的組成可能還包括 TCP 技術(shù)，如選擇性確認(rèn)、本地?fù)砣翱诠芾怼⒏倪M(jìn)的重新傳輸算法以及數(shù)據(jù)包分散 (packet dispersion)。然后，這些性能與其它技術(shù)完美結(jié)合，用以滿足應(yīng)用對(duì)于網(wǎng)絡(luò)資源可用性的吞吐量需求，并跟蹤所有利用網(wǎng)絡(luò)的主機(jī)的帶寬要求。通過(guò)整合多個(gè)并行 WAN 鏈路的吞吐量，該技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)更高的吞吐量及可靠性。

神話 #3：數(shù)據(jù)包壓縮可提升應(yīng)用性能
　　通用的數(shù)據(jù)包壓縮技術(shù)降低 WAN 上流量的同時(shí)常常會(huì)降低應(yīng)用的性能，這時(shí)因?yàn)樗鼈兺ǔ?huì)將延遲添加到應(yīng)用交易中。這些技術(shù)需要數(shù)據(jù)包按隊(duì)列等候、壓縮、傳輸、在接收端解壓，然后重新傳輸所有數(shù)據(jù)包，這個(gè)過(guò)程會(huì)占用大量資源，并導(dǎo)致大幅延遲，因此，實(shí)際上減緩了需要加速的應(yīng)用。
　　 下一代應(yīng)用性能解決方案將協(xié)議改進(jìn)與透明數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)有機(jī)結(jié)合。與基于解決方案的數(shù)據(jù)包相比，下一代解決方案顯著降低了需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，消除了在物理距離擴(kuò)大時(shí)由協(xié)議行為導(dǎo)致的延遲，并可提升廣域網(wǎng)性能，使其速度達(dá)千兆位。通常，透明數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)還包括多個(gè)字典，其中 1 級(jí)字典空間較小，對(duì)于較小模式的數(shù)據(jù)壓縮極其有效，而 2 級(jí)字典具有幾千兆字節(jié)的容量，適用于壓縮較大模式的數(shù)據(jù)壓縮。

神話 #4：服務(wù)技術(shù)的質(zhì)量可改善應(yīng)用
　　如果利用的恰到好處，服務(wù)質(zhì)量 (QoS) 是一種可帶來(lái)不菲收益的技術(shù)，能夠?yàn)楦纳茟?yīng)用性能助一臂之力。但是，QoS 唯一能做的就是將現(xiàn)有帶寬劃分為多條虛擬通道。QoS 不會(huì)實(shí)際傳輸數(shù)據(jù)或?qū)f(xié)議行為流程化，而僅以一種智能的方式?jīng)Q定應(yīng)放棄哪個(gè)數(shù)據(jù)包。然而，與放棄無(wú)法加速應(yīng)用的數(shù)據(jù)包相比，采用一種可控制的方式放棄數(shù)據(jù)包是更為出色的做法。
　　 許多 QoS 實(shí)施以跟蹤應(yīng)用的端口數(shù)量為依據(jù)。由于應(yīng)用通常對(duì)端口分配進(jìn)行動(dòng)態(tài)地協(xié)商，因此，這些機(jī)制需要配置為保留較大的端口范圍，以確保端口的覆蓋真正為應(yīng)用所利用。
　　 為了使 QoS 最為有效，應(yīng)將其設(shè)置為動(dòng)態(tài)模式。第一代 QoS 實(shí)施減少連接多個(gè)較小鏈路的大型鏈路，無(wú)論是否需要帶寬都可靜態(tài)地加以保留。實(shí)際上，帶寬常常被特定應(yīng)用所占用，甚至有時(shí)應(yīng)用根本未加利用，這就造成了帶寬的浪費(fèi)，“信道化”一個(gè)網(wǎng)絡(luò)可確保帶寬對(duì)于話音等關(guān)鍵應(yīng)用的可用性。
　　 另一方面，動(dòng)態(tài)的 QoS 解決方案還可確保僅在應(yīng)用可利用帶寬的情況下保留帶寬。通常，采用這種技術(shù)可在帶寬可用時(shí)，通過(guò)支持連續(xù)的數(shù)據(jù)備份，實(shí)現(xiàn)企業(yè)備份窗口的擴(kuò)展。

解決方案

F5 讓您夢(mèng)想成真
　　F5 應(yīng)用加速解決方案可實(shí)現(xiàn)出色的應(yīng)用性能，并可顯著縮減 WAN 成本。F5 通過(guò)以下方式可提供這些優(yōu)勢(shì)：從網(wǎng)絡(luò)層到應(yīng)用層監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)條件的限制影響、調(diào)整協(xié)議行為以及控制所有等級(jí)的協(xié)議棧。
　　 具體而言，F(xiàn)5 將先進(jìn)的傳輸技術(shù)（如，適應(yīng)性 TCP 加速、透明數(shù)據(jù)壓縮以及會(huì)話感知 QoS）與一流的應(yīng)用加速技術(shù)（如，動(dòng)態(tài)對(duì)象高速緩存、應(yīng)用智能代理以及應(yīng)用智能加密）完美地集成。該系統(tǒng)受統(tǒng)計(jì)生成及監(jiān)控引擎（具有應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)行為實(shí)時(shí)管理能力）的支持。
F5 在 WAN 上實(shí)現(xiàn)了與 LAN 相似的應(yīng)用性能。F5 解決方案加速了如 ERP、CRM、電子郵件、文件傳輸、數(shù)據(jù)復(fù)制及其它應(yīng)用的速度，為所有 WAN 用戶實(shí)現(xiàn)預(yù)期且出色的性能。
　　雙端部署加速了 WAN 上所有應(yīng)用業(yè)務(wù)。
　 　F5 WAN 優(yōu)化和應(yīng)用加速解決方案部署于 F5 設(shè)備硬件之上。F5 數(shù)據(jù)中心模型 WANJet 500 具有容錯(cuò)和大規(guī)模可擴(kuò)充的特性，其性能高達(dá) 622 Mbps。面向辦事處部署的 WANJet 200 具有容錯(cuò)和無(wú)聲運(yùn)行的特性，其性能高達(dá) 2 Mbps。

　　典型的性能結(jié)果
并無(wú)改善的 TCP 性能
　　在該示例中，Windows XP 客戶端利用激活的 FTP 從 Linux Redhat 7.3 FTP 服務(wù)器中獲得 10 MB 大小的文件。鏈路為 2 Mbps E1，往返延遲為 400 毫秒，下表為從加利福尼亞到亞洲的鏈路傳輸狀況。
　　 在此例中，很明顯可以看到，一次 FTP 傳輸?shù)逆溌防寐什怀^(guò) 20%。當(dāng)出現(xiàn) 1% 的數(shù)據(jù)包丟失時(shí)，TCP 性能下降了一半以上。向鏈路增加帶寬也無(wú)法增加吞吐量。

WANJet 所具有的 TCP 性能，不支持 TDR
　　利用 WANJet 設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中傳輸與上例相同的文件，數(shù)據(jù)包丟失率為 0%，此時(shí) TCP 性能比原始性能提高了 5 倍。在數(shù)據(jù)包丟失率為 1% 的網(wǎng)絡(luò)中，TCP 性能比原始性能提高了 12 倍。

WANJet 所具有的 TCP 性能，支持 TDR
　　利用 WANJet 設(shè)備傳輸與上例相同的文件，這次，采用 F5 的獨(dú)家專利的透明數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)及擁塞管理算法，TCP 性能提高了 40 至 625 倍。第一個(gè)實(shí)例表明傳輸一個(gè)經(jīng)過(guò) 3 倍壓縮的 10 MB 文件性能提高了 40 倍。第二個(gè)實(shí)例表明傳輸一個(gè)相同的 10 MB 文件，此時(shí)，僅修改一半的字節(jié)，就可獲得 78 倍的性能提高。第三個(gè)實(shí)例表明繼續(xù)讀取第一個(gè)或第二個(gè)文件，可獲得 625 倍的性能提高。

　　 需要特別注意的是，這些傳輸表明，有效的數(shù)據(jù)速率是原始 E1 有效速率的 3 倍至 44 倍。

結(jié)論
　　除帶寬以外，WAN 上的應(yīng)用性能還受到大量因素的影響。帶寬可解決所有或是大部分應(yīng)用性能問(wèn)題的說(shuō)法是無(wú)稽之談。在網(wǎng)絡(luò)等級(jí)上，應(yīng)用性能還受到高延遲、抖動(dòng)、數(shù)據(jù)包丟失以及擁塞的限制。在應(yīng)用等級(jí)上，性能同樣會(huì)受到限制，主要因素包括：并非專門用于 WAN 條件的應(yīng)用協(xié)議的自然行為；參與過(guò)多信息交換的應(yīng)用協(xié)議；應(yīng)用本身的串行化。
　　 F5 的應(yīng)用加速解決方案能夠識(shí)別出應(yīng)用級(jí)和傳輸級(jí)行為之間至關(guān)重要的相互依賴。F5 解決方案可實(shí)現(xiàn)期望獲得的應(yīng)用性能，吞吐量可提高 3 至 500 倍，還能夠在網(wǎng)絡(luò)上提供廣泛的應(yīng)用性能，包括高質(zhì)量、服務(wù)類別可管理的網(wǎng)絡(luò)以及商品化基于盡力而為服務(wù)的 IP VPN。F5 應(yīng)用性能解決方案所特有架構(gòu)優(yōu)勢(shì)能夠?qū)崿F(xiàn)一流性能、大規(guī)模可擴(kuò)展性并可在幾個(gè)月內(nèi)獲得立竿見(jiàn)影的效果。