廣域網優(yōu)化技術在大型企事業(yè)單位中的應用

摘要：隨著科學技術的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的廣域網組網方案已難以滿足大型企事業(yè)單位信息化發(fā)展的需要，因此廣域網優(yōu)化技術就成為了當前大數據時代的根本要求。本文對幾種廣域網優(yōu)化技術以及新興的SD-WAN技術進行了探討，并結合在實際場景中的使用效果，對廣域網優(yōu)化技術應用于大型企事業(yè)單位的建設進行憧憬。

關鍵詞：廣域網;延時;加速;緩存;SD-WAN

一、引言

隨著科學技術的飛速發(fā)展，社會已進入數字化、信息化、智能化的大數據時代，通信占據著越來越重要的主導地位。對大型企事業(yè)單位來說，在總部、各分支機構及相互之間建立起一套行之有效的通信系統(tǒng)是必然趨勢。而點對點專線、互聯(lián)網專線等廣域網基礎傳輸通道也成為了大型企事業(yè)單位用于承載相關業(yè)務系統(tǒng)的必然選擇。與網絡、安全等硬件設備的一次性投入不同，雖然專線的租賃價格呈下降趨勢，但從每年的運維費用占比看，專線租費仍然占據了很大的比重。為了解決廣域網的性能瓶頸問題，人們首先想到的是增加網絡帶寬來提高系統(tǒng)的運行效率。但是在投入了昂貴的廣域網租費后，往往卻沒有得到相應的效果，原因在于所升級的帶寬并沒有被有效利用。這時就需要從應用、數據的優(yōu)化角度進行思考，尋求更加平衡、高效的解決方案。

二、廣域網優(yōu)化的概念及其核心技術

廣域網優(yōu)化技術主要應用于解決用戶廣域網的數據傳輸及應用訪問問題，它可以有效克服網絡延遲、丟包、帶寬限制等因素所造成的數據傳輸效率低下的問題，顯著加快廣域網上的數據傳輸和應用響應速度，從而幫助大型企事業(yè)單位克服網絡瓶頸，提高工作效率，滿足其隨時隨地訪問關鍵應用及數據的需求。

常見的廣域網優(yōu)化技術主要有以下幾種：

（1）壓縮

壓縮是從數據流中移除冗余模式的一種優(yōu)化技術，采用這項技術，其目的是減少廣域網鏈路的數據量，從而提高鏈路的有效吞吐，降低帶寬損耗，改善應用性能。目前廣域網壓縮技術普遍使用基于數據包的壓縮，路由器、VPN設備等都具備這種功能。壓縮端使用緩沖區(qū)緩沖發(fā)往對端的數據包，將一個或多個數據包適用壓縮算法壓縮后經廣域網發(fā)送至反向進行該流程的解壓設備，接收方即可得到發(fā)送方發(fā)送的完整數據。壓縮具有自包含性：即對端解壓縮方只根據數據包本身即可進行解壓還原，不需要其它任何信息。壓縮比因數據類型而不同：文本數據壓縮比最大，各種網頁、Windows?office?文件（Excel、word等等）、PDF?其次，對多媒體和已壓縮數據基本無效。

（2）重復數據刪除

重復數據刪除是從數據壓縮中衍生出來的一種技術。它可以識別文件內部或者不同文件之間所蘊含的重復數據元素，只保留這些數據的一個副本，將其他出現此數據的地方替換為指向該副本的引用或者指針。這樣減少了需要傳輸和存儲的數據量，當數據重復較多時可以節(jié)省大量的空間。與數據壓縮相比，該技術消除冗余范圍更大，在技術上多使用模糊匹配，更加適合大粒度的數據塊。重復數據刪除技術廣泛應用于各種廣域網環(huán)境中，尤其是對于數據存儲和獲取較為敏感的網絡，比如云存儲環(huán)境等。

（3）字節(jié)緩存

字節(jié)緩存技術又叫“字典緩存”或“超級壓縮”等名稱。它通過緩存的方式在內存和硬盤中記錄下流經的數據流，并以一定的大小為最小單位建立易于查詢的索引。當以后流向廣域網鏈路的數據流出現了大于最小單位的相同數據時，可以將該數據替換成某個更短的符號。遠端的設備能夠將相應符號還原成原始數據。字節(jié)緩存與數據壓縮的不同之處是，字節(jié)緩存不具有自包含性。要解開壓縮數據，對端設備必須引用以前記錄的歷史緩存信息。對比于數據壓縮，字節(jié)緩存的另一優(yōu)勢是即使對本身不具可壓性的數據類型，如多媒體或已壓縮數據，只要曾經傳輸過相同或類似數據，字節(jié)緩存即可以提取出全部或部分相同數據，從而大幅縮減需要傳輸的數據量。

（4）預取

預取是一種主動預測的數據優(yōu)化方式，根據用戶訪問網頁的行為和歷史記錄等因素來推測用戶將來可能訪問的數據，提前從服務器上獲取相應數據并存放到相應的緩存中，提高訪問速度?，F有的預取算法主要分為兩類，第一類是基于歷史記錄的預測算法，這類算法通過分析客戶端向服務器發(fā)送的請求序列的歷史記錄來預測將來可能發(fā)送的請求;第二類是基于訪問內容的預測算法，這種預測算法與搜索引擎所使用的算法類似，它根據用戶瀏覽網頁時的行為，提取出用戶可能需要訪問內容包含的關鍵字進行相關內容的預測。

（5）TCP協(xié)議優(yōu)化

傳輸控制協(xié)議TCP是傳輸層協(xié)議，它通過序列確認以及包重發(fā)機制，提供可靠的數據流發(fā)送，并對不同網絡狀況具有較好的自適應性。但是當網絡路徑上存在一定的丟包和延時的情況下，TCP連接的吞吐顯著下滑，常常無法有效地利用帶寬，從而造成帶寬的閑置和浪費。并必然導致遠程數據傳輸耗時太長，應用響應緩慢甚至無法使用等問題?，F今較為成熟的TCP加速技術通過將傳統(tǒng)TCP傳輸協(xié)議轉換成更適合鏈路情況的私有協(xié)議來提高應用數據在廣域網上的傳輸效率，突破TCP的技術瓶頸。而新一代的單邊TCP加速技術在引入智能流控算法的同時，保持兼容傳統(tǒng)TCP流控機制，并不對TCP/IP頭字段做任何修改。因此其加速引擎能夠與所有傳統(tǒng)TCP協(xié)議棧通信，只需單邊部署就能帶來顯著加速效果。

（6）服務質量控制QoS

服務質量控制或帶寬管理QoS有助于減輕帶寬的競爭。對于寶貴的廣域網帶寬，應用之間會有競爭，控制競爭的一個有效方法是利用帶寬分配和服務質量工具。運維人員能夠根據應用業(yè)務規(guī)則分配廣域網上應用的優(yōu)先級，確保該應用能夠獲得足夠的帶寬，從而提高與業(yè)務緊密相關的生產率。

三、SD-WAN技術

大型企事業(yè)單位組網的傳統(tǒng)方案有兩大類：“專線”組網與“互聯(lián)網+VPN”組網。專線（SDH、MSTP、MPLS）組網以其優(yōu)質的鏈路質量，一直以來為用戶提供極致的應用體驗，但在使用過程及用戶需求的變更過程中“專線組網”又給用戶帶來了一些困惑：第一，專線線路鋪設周期、開通時間長且成本高，導致用戶支付很高的費用;第二，專線在發(fā)達國家覆蓋率較好，而在發(fā)展中或欠發(fā)達國家覆蓋率通常較低;第三，靈活性差，不支持移動辦公、靈活遷移、快速開通等服務;第四，專線網絡屬于“黑盒網絡”，對于用戶來說，當專線出現問題時，很難快速判斷原因。而“互聯(lián)網+VPN”組網以其低廉的價格優(yōu)勢，為企事業(yè)單位用戶組網節(jié)約了大量的專線資金投入，但這種解決方案在節(jié)約用戶成本的同時，同樣給用戶帶來了一些困擾：第一，沒有任何優(yōu)化手段與優(yōu)化技術，鏈路質量（丟包、延時、抖動）無法得到保障;第二，不支持多類型鏈路同時接入，無法對“骨干網絡”進行控制優(yōu)化及可視化;第三，需客戶自行維護，配置復雜且困難。

由于上述種種原因，傳統(tǒng)廣域網組網技術的發(fā)展受到了很大的制約。而SD-WAN，就是為了解決這一系列問題而出現的一種新興廣域網優(yōu)化技術。SD-WAN，Software?Defined?Wide?Area?Network，即軟件定義廣域網，是將SDN技術應用到廣域網場景中所形成的一種服務，這種服務用于連接廣闊地理范圍的用戶網絡、數據中心、互聯(lián)網應用及云服務。這種服務的典型特征是將網絡控制能力通過軟件方式“云化”，支持應用可感知的網絡能力開放。

SD-WAN是由技術推動的應用，行業(yè)內還沒有統(tǒng)一的標準。目前國內主流廠商的解決方案主要是基于SDN與廣域網優(yōu)化技術打造的下一代企業(yè)級網絡管理平臺，以媲美專線的品質、超越專線的性價比、靈活性及便捷性，為企業(yè)用戶提供高效組網及應用加速服務。

該方案在用戶總部與分支機構部署CPE設備，CPE設備通過高速冗余隧道（MPLS或互聯(lián)網等）接入廠商在全球構建的基于傳統(tǒng)運營商的高速骨干網絡，實現“總部”與“分支”端到端的高速組網。該方案有以下幾個顯著的優(yōu)點：第一，支持移動辦公用戶，使用全類型終端（windows/Mac/IOS/Android）隨時隨地接入骨干網絡，高速訪問總部與分支機構的各應用系統(tǒng)及網絡資源;第二，用戶僅需互聯(lián)網即可使用CPE+POP形式，按照約定的SLA?進行組網;第三，即插即用（零接觸部署），很多CPE終端都支持4G或5G入網，無需專業(yè)運維人員參與，只需普通用戶插入網線即可完成設備上線工作;第四，CPE融入了廣域網優(yōu)化術，可以為用戶保障網絡的傳輸效率和穩(wěn)定性;第五，當CPE之間的鏈路延時不滿足預設的SLA，控制臺通過自行研發(fā)的算法，實現用戶無感知的自動切換路徑。

四、廣域網優(yōu)化技術的的典型使用效果

近幾年，廣域網優(yōu)化技術在作者單位得到了廣泛應用，通過在不同場景下實際效果的比較可以看到，該技術可以極大提高用戶的使用體驗。

五、結束語

經過多年的技術積累，眾多廠商均推出了符合行業(yè)發(fā)展的的針對性解決方案。通過使用廣域網優(yōu)化技術，可以使多種不同類型的應用得到很好的效果提升。伴隨著虛擬化、云計算、大數據時代的到來，我們有理由相信，廣域網優(yōu)化技術將在大型企事業(yè)單位中發(fā)揮更大的作用。

作者簡介：孔佳泉，1979年9月，男，漢族，北京市人，大學本科，高級工程師，負責新華社基礎網絡平臺的建設與維護工作。