上海某公司Riverbed广域网加速解决方案

1、上海XX公司Riverbed广域网数据优化方案二八年九月1. 什么是广域网数据服务WAN Data Service众所周知，由于互联网的普及，TCP/IP已经成为一个被广泛采用的网络协议。越来越多的公司业务已经离不开基于TCP/IP网络而开发的应用。随着公司业务的发展和全球化的趋势，公司会在总部以外的地区和国家建立更多的远程办事机构。这样一来，公司的业务系统就必须运行在广域的TCP/IP网络之上。我们知道，相比局域网络，广域网络的带宽只有1/100或更少，而延迟却增加100倍或更多。在局域网络上运行的非常好的应用到广域网络上运行时，一定会碰到效率极其低下等问题，会严重影响企业的生产效率。在过去

2、的时间里，好多网络厂商已经意识到该问题，提出了好多解决方案。比如采用压缩技术，流量管理技术，缓存技术等。所有这些技术只能在某一方面对广域网络进行加速，由于没有涉及TCP/IP的本质，使用效果不佳且带有相当大的局限性。由于广域网存在的传输性能问题，为了提高在分支机构工作的员工的应用响应速度，许多的大型客户往往在分支机构部署本地的文件服务器，打印服务器和邮件服务器。这样虽然暂时解决了远程客户的应用响应速度，但是也造成了远程机构IT基础架构的复杂性，大大增加了设备成本和人员维护成本。广域数据服务（WAN Data Service）作为一个新兴的技术领域，为克服跨广域网应用性能瓶颈带来了一种创新的方法

3、。它可以加速应用系统在广域网上的响应速度，提供高效的带宽利用率并且在广域网环境中实现数据大集中。广域数据服务解决方案“让广域网像局域网一样”实际上有两方面的意思：1) 使广域网的性能具有质的飞跃，尤其针对那些在局域网上可以正常运行，但一到广域网就受到极大影响的应用和协议。2) 能处理和对付横跨分布式企业网络的范围广泛的应用和协议。 对广域网进行全方位改进的解决方案我们称之为广域数据服务(WDS)。广域 二字不单单指的是广域网，它还意味着WDS所应用的范围非常广泛， 以及WDS对各种各样瓶颈问题所进行的全方位改进。 WDS不仅仅只是一个面向性能和效率的解决方案，它同时也是一个能帮助我们实现以下这

4、些以前所无法实现的目标的途径： 在不影响远程用户的前提下，将分布式的IT基础设施如文件服务器、邮件服务器、网络附加存储(NAS)和远程办公室备份系统等集中起来，整合到统一的数据中心。让企业位于世界各地的同事共享大型文件变得简单而高效，使他们感觉就好像在同一建筑里办公一样。通过长距离广域网链路进行备份与复制操作，而仅仅在一年前，想在备份窗口内完成这些操作都是不可能的任务。在不升级带宽的前提下在现有的广域网上提供比以前丰富得多的应用服务。如果需要，企业完全可以除去各分支点众多杂乱的服务器和设备，而以网络服务和WDS取代。这种改变可以极大地降低企业的IT开销并使整个IT系统易于管理。另外，如果分支点

5、没有本地服务器，那么通过增加部署WDS也可以极大地改进其工作效率。广域网性能受众多瓶颈限制：下面让我们更深入地探讨一下瓶颈问题。与局域网链路相比，广域网链路通常带宽更低而延迟更高。但在实际应用中这些限制是如何影响应用性能呢？瓶颈主要有四个，其中一个与带宽相关，而另外三个全都和延迟有关。带宽这个瓶颈显而易见：没有任何一个应用在发送数据时可以突破带宽容量的限制。而三个数据延迟方面的瓶颈则相对比较深奥一点，显得不是那么直观，而且一般只会在不存在带宽瓶颈的情况下才会被注意到。由于延迟瓶颈的存在，即使现有可用的带宽十分充裕，应用也有可能无法充分利用好这些带宽资源。第一号延迟瓶颈第一号延迟瓶颈是由TCP协

6、议的端到端应答机制所造成的。在TCP协议中，从一端到一端(比如在服务器和客户机之间)所正在传输的数据量受数据报窗口大小的限制。当该窗口满了以后，发送方就无法发送更多的数据，直到接收方确认已经接收了窗口中的部分数据。如果数据报窗口太小的话，势必会限制数据从一方传送到另一方并进行应答的速率，进而影响到整条链路的数据吞吐能力。从理论上说，这个瓶颈出现的几率很小，因为已经有很好的机制能允许TCP协议使用足够大的数据报窗口，而且现在流行的最新的操作系统也都实现了这些机制。然而，客户机和服务器上的缺省设置通常更适用于局域网而不是广域网，而且也很少有服务器和客户机上的TCP协议栈被设置成能与广域网数据延迟进

7、行很好的配合。图表 1: 上图表明了一条T1线路(1.544Mb/s)在最大64k字节窗口下进行TCP连接时其有效数据吞吐能力随延迟的变化情况。在低延迟的情况下，线路能达到其带宽允许的最高数据吞吐量，但是当数据延迟超过40ms时，第一号延迟瓶颈的影响就要超过带宽瓶颈的影响了。 图表 2: 该图所要演示的情况和图表一类似，不过增加了一条T3线路(45Mb/s)以供比较。在该图的尺度下，T1线路的数据吞吐能力情况基本稳定，但要注意的是，随着延迟的增加，T3线路的吞吐能力很快就下降到与T1线路相差无几的水平上。在延迟大于等于40ms及TCP窗口较小的情况下，T3线路的数据传输能力并不比T1线路更具多

8、少优势。第2号延迟瓶颈第二号延迟瓶颈是由TCP的慢启动和拥塞控制行为引起的。以上解释的第一号延迟瓶颈在于TCP的窗口大小有限，而第二号延迟瓶颈则在于TCP并不是总能利用最大窗口进行传输，也就是说，如果数据传送在一段时间内比较正常的话，TCP窗口大小会逐渐变大，但一旦传输失败的话其窗口大小会立即缩小。如果网络同时具有高带宽和高延迟特性，这种行为就会导致带宽的浪费从而延长数据的传输时间。不过，这种问题主要发生在长肥网络(LFN)中，上面T1线路的例子并不适用。第3号延迟瓶颈第三号延迟瓶颈是由TCP协议之上的所谓的应用协议引起的。回想一下上面提到的第一号延迟瓶颈，当TCP受到数据窗口大小和数据回应需

9、要的限制时，实际带宽即使很充裕也是起不到什么帮助作用的，类似的，如果一个应用在应用层就受到应用消息大小和数据回应及确认需要的限制时，不管带宽有多充裕，也不管是否已经避免了第一、第二号延迟瓶颈，这些都起不到什么有效的帮助作用。如果应用协议最初即被设计用于广域环境 例如HTTP和FTP 那么一般不会碰到第三号延迟瓶颈，但是如果应用协议最初是被设计用于局域网的 比如微软的Windows上通过CIFS协议进行文件共享 通常就会受到第三号延迟瓶颈非常严重的影响。图表 3: 图表三显示了T1线路上CIFS协议和TCP协议数据吞吐能力受数据延迟影响时的变化情况。当然，随着延迟的增加，两者的吞吐能力都极速下降

10、 但应该注意到在这时CIFS是主要瓶颈(因为它下降地更快)。对于在广域网上有更好表现的应用来说，TCP延迟可能是个主要问题，但对于CIFS协议之上的文件共享来说，不管TCP优化地有多好或带宽有多充裕，这些都不足以克服高延迟所带来的直接影响。广域2. Riverbed所倡导的WDS广域网优化服务技术原理Riverbed 多层优化技术：Riverbed公司由2002开始针对WAN带宽不足 、时延过长 、TCP传输及应用层协议效率低 等问题研究开发出顶尖的WDS技术产品。至今在数千大型企业用户网络运营中，将广域网应用性能提高达100倍之多，同时让广域网数据流量减少60%到95%。以下分别对WDS三大

11、核心技术进行阐述。· 消除重复数据的传输· 进行跨应用的数据优化· 提升有效带宽，平均可达510倍数据优化RiOS 对传输中的TCP流和数据进行分段并为其建立索引。建立索引的数据将与磁盘上的数据进行比较。以前发送过的数据段不会通过 WAN 再次发送，而只发送与其对应的引用来代替它。这种过程将使得先前通过 WAN 发送过的重复数据被极小的引用代替。通过使用其获得专利的多层次引用结构 （SDR），一个引用可表示多个字段至数兆字节的数据。RiOS SDR可表示极大数量的数据。因此，单个引用可表示以前通过 WAN 传送过的数兆字节的数据。如果 RiOS 从未见过该数据，则

12、会使用基于 Lempel-Ziv (LZ) 的算法压缩这些数据段，并发送给 WAN 远端上对等的 RiOS 支持设备。对等设备或端点上也存储有这些数据段。最后，使用新的数据和对现有数据的引用重新构造原流量，然后传送给客户机。RiOS 数据优化具有高可扩展性，峰值压缩率可达到 100:1 或更高。这些压缩率（是消除冗余数据传输的结果）远比普通 TCP 压缩设备所能提供的压缩率高。· 根据网络状况自动调整TCP传输参数· 传输协议往返确认时延减少 65% 98%· 在高带宽、高延迟网络连接的情况下实现高达 95% 的使用率· 通过支持 SSL 优化提供透明加

13、速保密的应用程序 ·传输优化RiOS 通过传输层优化克服了传输协议的确认延时。传输优化是一组功能，它通过动态适应网络状况，组合窗口扩展、有效载荷的智能化重新打包、连接管理和其他技术手段来实现TCP优化。从而降低 WAN 传输信息所导致的往返时延，同时维持了传输的可靠性和弹性。作为 TCP 代理，RiOS 可以有效地将混合有数据和数据引用的 TCP 有效载荷重新打包。如数据优化一节中所述，被识别为已经传输过的数据会被引用取代，而这些引用可代表大量数据。采用这种方法，RiOS 实质性地扩展了 TCP 帧，通常使容量比基本的 TCP 有效载荷大数百倍。虚拟窗口扩展通过对 TCP 有效载荷执

14、行智能化重新打包而极大增加了 TCP 有效载荷。SSL 加速 很多企业都采用 SSL 作为加密机制以确保安全。在 Steelhead 设备中，RiOS 提供了加速 SSL 加密的流量并保持企业首选信任模式的方法，该方法正在申请专利。使用 RiOS 实现 SSL 加密时，所有密钥仍存放在数据中心，分支机构无需假证书。Steelhead 设备可自动发现其 SSL 对等设备并开始优化 SSL 流量，而 RiOS 也为企业提供了通过中央管理控制台 (CMC) 对 SSL 加速功能进行集中管理。其他加速 SSL 的方法要求分支机构的设备具有假证书或服务器密钥。这些方法要求在企业范围内分发密钥，使 SSL

15、 会话更容易受到攻击，因而使企业基础架构的安全性受到影响。RiOS 只为分支机构的设备分发临时会话密钥。通过这种方式，RiOS 可将其世界领先的数据优化、传输优化和应用程序优化机制用于 SSL 加密流量，而不会影响企业首选的安全模式。应用程序优化· 应用响应速度提升高达 100 倍· 同时支持多应用协议：CIFS、NFS、MAPI (2000 - 2007)、HTTP(S)、MS-SQL、Oracle 11iRiOS应用程序优化功能对重要（但性能欠佳）的协议提供额外的第 7 层加速。应用程序优化模块可消除特定应用程序建立时所需的往返流量，大幅改善吞吐量，提供额外的性能改善。

16、Riverbed 是第一个提供第 7 层应用程序协议优化的供应商，支持企业常用的应用程序，如Microsoft Windows 文件系统（CIFS 协议）、Microsoft Exchange 邮件（MAPI 协议）、Microsoft SQL Server 数据库（TDS 协议）、HTTP 和 HTTPS、NFS 或 Oracle 11i等。应用程序优化可消除应用程序协议所产生往返流量的 98% 。整体解决方案总结：Riverbed 是广域网加速数据服务（WDS）的领导者。Riverbed屡获大奖的Steelhead®广域网加速设备及其RiOS优化系统为企业解决所面临的远程站点应用

17、响应延迟、带宽不足等问题，使远程分支机构应用性能速度提升高达100倍，从而帮助企业整合IT设施、改善备份和复制流程，同时大幅节省了资本开支和运营费用。RiOS 大大加快了各种企业应用程序的速度Riverbed Steelhead产品系列。3. 网数据优化服务的市场状况经过短短几年的迅速发展，WDS已经成为近来IT行业中最为热门的一个技术领域。二七年十一月，著名的IT咨询和分析公司Gartner Group发布了其关于这个领域的第一份市场分析报告。从报告中可以看出这个市场活跃着多家公司，目前的领导厂商是Riverbed。2002年成立于美国San Francisco的Riverbed公司()从成

18、立起就把广域网上应用的加速作为公司的目标。采用了与众不同的新技术，成功的向市场推出了新一代的广域网络应用加速产品Steel Head系列，受到市场的热烈响应。Steel Head系列产品可以对几乎所有广域网上的TCP/IP应用进行加速。特别对于常用的Windows应用来讲效果特别明显。比如远程数据复制，CIFS的文件复制应用，MAPI的Exchange邮件应用，HTTP的IE浏览应用，FTP的文件传输应用等。SteelHead系列产品可以让这些应用在广域网上运行，加速成犹如在局域网络上运行一般。从成立到现在，Riverbed已经拥有了3700多个成功案例，是这一领域规模最大的公司，客户遍及各行

19、各业。特别是金融行业和银行系统，全球最大的银行金融集团CitiGroup是Riverbed客户。CitiGroup也是最早采用WDS技术的银行，目前已经部署了上百台Riverbed的SteelHead WDS设备，大大提高了员工的工作效率。同时在亚太地区，Riverbed也拥有非常成功的案例，如联想集团，大地保险，美的集团，索迪斯餐饮，COSCO，中海油，国家气象局等。4. 上海XX公司Riverbed WDS解决方案4.1端到端的远程网络优化技术Riverbed提供的广域网优化解决方案包含了分支到总部，以及个人移动用户到总部两种环境。对于分支到总部的环境采用每个节点部署专用硬件设备Steel

20、head来实现。而对于个人移动用户，采取个人电脑加载专用软件Steelhead Mobile和总部的Steelhead专用硬件之间加速来实现。两种环境采用相同的算法，可以提供类似的加速效果。WAN数据中心分支办公室移动办公用户Riverbed的Steelhead Mobile软件是基于其屡屡获奖的广域数据服务(WDS)技术设计而成，不论企业员工位于哪个地点，皆可为他们提供类似局域网的应用性能。现在，员工不论是在出差途中、从家中进行工作还是在办公室进行无线连接，皆可体验到最高达100倍的性能改进。以前要花一个小时才能完成的文件传输，现在只需几分钟，甚至几秒时间即可完成。该软件的安装和管理极为简单

21、，无需用户任何干预。Steelhead Mobile将Riverbed屡屡获奖的Steelhead设备上所发现的同样功能进一步扩展到了移动型工作者身上。4.2上海XX公司广域网现状及需求上海XX公司总部位于上海，主数据中兴位于漕河泾，在市区有备份数据中心。各地分支机构分别由CTC和CNC的两条广域网链路传输OA和业务的数据流量。其中OA流量主要通过CTC的线路上联到漕河泾机房，业务流量通过CNC线路上联到市区机房。两条链路互为备份。漕河泾和市区机房分别部署了两台核心交换机，之间通过两条市区裸光纤实现L2的互联。分支机构的上联线路为两条4Mbps20Mbps，通过两台路由器下联到两台核心交换机上

22、。SiSiSiSiSiSiSiSiCTC 办公网CNC 业务网本次方案设计包含总公司和XX分支机构之间的链路，分别配置30Mbps以上处理能力的加速设备，同时要求两个点的设备都是双机热备。4.3 Riverbed广域网优化解决方案常见部署方式 Riverbed广域网加速设备具备灵活多样的部署方式，主要分为串联In-path和旁路Out-of-path。针对上海XX公司的具体情况我们提供两种发式供用户选择：串联In-path方式In-path方式是将Riverbed加速设备串接到路由器和核心交换机之间，Riverbed设备本身提供的Fail-to-wire故障自我保护功能可以使得设备在发生软硬件

23、故障时仍然保证网络的联通性，不会增加额外的单点故障。上海XX公司广域网优化方案一：串联SiSiSiSiSiSiSiSiCTC 办公网CNC 业务网数据中心备份中心下属分支机构这种部署方式的优点是简单，易于集成和维护，并且不增加核心交换机或路由器的处理负担；缺点是中心点的两台设备是主/备方式，不能同时对OA的流量进行负载均衡式的优化。旁路WCCP/PBR方式在漕河泾中心机房的两台核心L3交换机上旁接Riverbed加速设备，L3交换机通过WCCP或PBR的方式将需要优化的流量Redirect到Riverbed设备上。两台Riverbed设备可以做负载均衡并且互为备份。 SiSiSiSiSiSiS

24、iSiCTC 办公网CNC 业务网数据中心备份中心下属分行WCCP/PBRWCCP/PBRRiverbed SH6020Riverbed SH6020Riverbed SH1X50上海XX公司广域网优化方案二：旁路这种方法的优点是可以细化控制优化流量在两台加速设备上的分配；缺点是L3交换机上的额外负担会加重，特别是WCCP方式。并且现有的L3交换机可能需要做软件或硬件的升级，形成额外的成本。4.4 上海XX公司广域网优化设备方案根据上海XX公司的具体需求，我们建议在总分支机构分别部署两台Riverbed SH3520设备，SH3520支持45Mbps的广域网链路。SH3520可以提供数据同步级

25、别的热备份，并同时支持串接或旁接。方案中我们建议总公司设备采取WCCP/PBR的旁接，分支机构设备采取串接，这样可以兼顾冗余性和实施的便易性。SiSiSiSiSiSiSiSiCTC 办公网CNC 业务网上海数据中心上海备份中心XX分公司WCCP/PBRWCCP/PBRRiverbed SH3520Riverbed SH3520Riverbed SH3520上海XX公司广域网优化方案数据缓存同步数据缓存同步5. Riverbed与WDS在2002年成立之时，Riverbed的目标就是要解决所有广域网应用的分布式性能问题。解决方案必须要独立于应用，并做到对客户端和服务端都是透明的，最重要的是能解决

26、广域网所固有的高网络延迟问题。Riverbed的第一款产品， Steelhead系列设备，于2004年5月面世后立即取得了巨大的成功。实际上，Riverbed的Steelhead产品确实是目前市场上第一款具有完备的WDS功能的解决方案。Riverbed的WDS体系结构Riverbed的Steelhead产品架构中有以下几大关键点使得其不同于其他解决方案：基于磁盘的系统从最早开始Riverbed的Steelhead产品就建立于基于磁盘的架构之上 在2002年的时候(当Riverbed开始开发时)对于一款通用TCP处理系统来说这可是个大胆的决定。利用磁盘存储网络数据流的做法为日后及时回头分析重复的

27、数据模式提供了可能，就算这些需要调查的数据产生于几天甚至几个月之前也不是问题。只使用RAM的设备在一个具有典型的网络数据流量水平和文件大小的网络内很容易就会超出其负载能力，从而引发更差的性能。在Riverbed取得巨大成功后，其他的设备厂商也开始在设备中加入磁盘，但 Riverbed提供的是最成熟的实现。独立于应用的基础与缓存机制不同， Steelhead设备建立于两大关键的独立于应用的技术之上：可伸缩数据引用(SDR)和虚拟窗口扩展(VWE)，这两项技术分别消除了所有多余的TCP数据流和缩短了TCP往返时间，而这种解决方案的好处就是任何一项运行于TCP之上的应用都能享受到显著的广域网数据流量

28、的减少和吞吐能力的提高。与基于压缩的设备不同，Riverbed的TCP优化技术解决了基于TCP的应用的高延迟效应，和SDR结合之后，可以极大地改进应用性能，其中包括像Lotus Notes、FTP、备份与复制及基于Web的应用等等。特定于应用的延迟优化在独立于应用的基础之上 (SDR + VWE)， Riverbed建立了一套特定于应用的优化方案，包括专用于HTTP和FTP协议的优化技术。而最重要的特定于应用的优化即名为事务预测的延迟优化。第一款 Steelhead设备带有针对CIFS(Windows)和MAPI(Exchange)的事务预测模块，其他广泛使用的协议的事务预测模块也正在计划当中

29、。这些事务预测模块进一步优化了上面所说的应用的性能。WDS的应用范围WDS可以应用于当今影响企业网络的众多领域。由于广域网是分布式企业IT基础设施必不可少的一部分，它影响到了许多关键的业务流程，在某些情况下它确实变成了企业实现其计划和目标的一大障碍。Riverbed的WDS解决方案可以在以下这些领域为您提供有力的帮助：应用加速许多业务流程依赖于一些部署在广域网之上的应用。这些应用有的和Windows文件共享一样简单，而有的则和那些需要特别定制的应用一样复杂。不管哪种应用，只要是需要通过广域网的，基本上可以断言该应用不会很顺利地像预想的那样正常运行。Riverbed的Steelhead设备可以为

30、许多应用加速，像Windows文件共享、Exchange、FTP、备份及其他等应用的速度可以提高到原来的100倍之多。有了可以媲美局域网的性能，员工们可以很顺利地一起工作，而不论员工的办公室位于世界的哪个角落。远程办公室数据备份通常来说对远程办公室服务器进行备份所需要传输的数据量并不至于太大，但是如果数据需要通过一条低带宽、高延迟的广域网链路进行传输时，我们已经看到其数据吞吐能力将显著下降，这样本来一项很快就可以完成的备份任务有可能变得需要很长一段时间以至于超过可用的备份窗口时间。出于这个原因考虑，绝大多数IT管理员都选择在分支办公室内依靠本地磁带自动上带机和其他备份方案进行备份。当然，本地备

31、份也有各种问题，你可能会遇到设备故障，另外操作难度也很大。有了Riverbed的WDS解决方案，备份可以在很短的时间之内完成，也就意味着您能够通过另一种更有效的方式保护公司的数据。数据复制不管是为了完成企业的数据复制计划或是镜像数据以供世界各地的用户使用，数据复制都是非常重要的。Riverbed的WDS解决方案可以将数据复制过程的速度提高到原来的10倍甚至更高，即使企业已经使用了一些优化产品如SnapMirror也一样。Steelhead产品消除了广域网数据流中所有的多余数据并优化了TCP，这两项技术大大缩短了完成一次数据复制所需要的时间。站点整合虽然已经有一些工具可以帮助在数据中心之内进行一些整合工作，但在Riverbed的产品之前还没有任何一款产品能帮助企业将远程办公室的IT基础设施整合到统一的数据中心里去。Riverbed的Steelhead设备可以帮助企业成功地整合文件服务器、邮件服务器、NAS和本地磁带备份系统。在部署的时候一开始可以只整合某一类IT基础设施，接下来再慢慢