По оценкам аналитиков, на крупных предприятиях более 50% сотрудников рассредоточено по филиалам и отделениям. При доступе к централизованно установленным приложениям могут возникать проблемы с производительностью, в частности задержки по вине протокола TCP. Для того чтобы их избежать и тем самым сохранить продуктивность сотрудников, передачу данных требуется ускорить. Многообещающий подход к решению этой проблемы предлагают технологии, напрямую влияющие на расчет пропускной способности протоколом TCP. Если в небольших филиалах, где нет собственных источников данных, при помощи телеоптимизации удастся избежать установки аппаратного обеспечения, то это позволит сократить расходы (см. Рисунок 1).
Ключ к телеоптимизации — динамическое выделение пропускной способности: в отличие от многопротокольной коммутации меток (Multi-Protocol Label Switching, MPLS), ресурсы не распределяются строго по классам сервиса, а гибко назначаются приложениям согласно целевым установкам в отношении производительности. Последние определяют для каждого приложения в сети его важность, тип, граничные значения для пропускной способности, задержки (Delay), вариации времени задержки (Jitter) и потери пакетов. Чтобы добиться оптимального использования пропускной способности, самоадаптирующиеся ускорители глобальных сетей (WAN Optimisation Controller, WOC) ежесекундно высчитывают новые параметры распределения ресурсов. Однако система в любой момент должна точно знать ситуацию в сети: сколько пропускной способности требуется на данный момент и сколько ресурсов доступно.
Централизованно установленное управляющее программное обеспечение получает эту информацию путем непрерывного взаимодействия со специализированными аппаратными устройствами. Последние размещаются в крупных филиалах — в месте перехода из глобальной сети в локальную — и постоянно анализируют потоки данных. При таком подходе небольшим филиалам не требуется собственное аппаратное обеспечение: достаточно соответствующим образом настроить центральное ПО и дополнить специализированные аппаратные устройства необходимыми программными экземплярами. Таким образом можно получать результаты измерений как в топологиях «один ко многим» (One to Аny, то есть звездообразных), так и в комплексных сетях «несколько ко многим» (Some to Мany), где небольшие площадки одновременно связываются с несколькими ЦОД. Однако предел возможностей телеоптимизации наступает при топологиях «каждый с каждым» (Any to Аny, то есть полностью связанные): в этом случае отдельные филиалы могут обмениваться данными друг с другом и на местах требуется установка аппаратного обеспечения (см. Рисунок 2).
ОХВАТ ТРАФИКА ДАННЫХ НА УРОВНЕ ПРИЛОЖЕНИЙ
Аппаратные устройства на границе между глобальной и локальной сетью анализируют каждый пакет данных во всем сетевом трафике вплоть до седьмого уровня модели OSI (прикладной уровень) в реальном времени. Для этого устройства синхронизируют полученные данные измерений через миллисекундные интервалы.
Выявление и распознавание выполняющихся приложений осуществляется на основе адресации пакетов данных, типа протокола IP, используемого порта, а также способа создания соединения. Для каждого пакета данных точно определяются отдельные параметры производительности: время задержки и его вариации, потеря пакетов и пропускная способность. Для трафика данных между ЦОД и аппаратными устройствами можно проводить однонаправленные измерения между локальными сетями. В таком случае учитываются, кроме прочего, асимметричные характеристики сети: местонахождение клиента/сервера, асимметричные емкости (ADSL) или перегрузка в одном направлении.
Устройства распознают трафик данных удаленно управляемых площадок на основе их топологической информации. Потоки данных проходят только через одно устройство, поэтому однонаправленные измерения выполнить нельзя, но можно определить все параметры, важные для трафика TCP: задержки при доставке пакетов TCP из местоположения A в Б и обратно (Round Trip Time, RTT), повторные передачи TCP и время отклика сервера, то есть период времени между получением запроса и отправкой соответствующего ответа сервера.
ДИНАМИЧЕСКАЯ РЕГУЛИРОВКА ТРАФИКА
На основе измеренных в реальном времени показателей WOC динамически согласовывают текущую потребность в пропускной способности с доступной на данный момент емкостью сети. При этом каждый поток приложений получает необходимые ресурсы с учетом его специфических требований к производительности. Адаптивный алгоритм формирования очередей (Queing) динамически распределяет приложения по оптимально согласованным классам.
Для того чтобы избежать взаимных помех между сеансами разных приложений одного класса, очереди обслуживаются посредством так называемых «иерархических маркерных ведер» (Hierarchical Token Buckets). Благодаря им каждый поток данных получает только полагающиеся ему ресурсы. Из-за условий измерений в местах, где специального устройства нет, оптимизация происходит с небольшой задержкой, что, однако, никак не сказывается на трафике TCP. Вместе с тем, существует риск того, что у трафика UDP могут возникать временные задержки, поэтому при широком применении приложений на базе UDP (таких как Voice over IP, VoIP) рекомендуется устанавливать дополнительное аппаратное обеспечение.
УСКОРЕНИЕ ТРАФИКА TCP
Если трафик TCP будет ускорен в результате воздействия на подсчет протоколом пропускной способности, то удаленно управляемые площадки от этого тоже выиграют. Соответствующие показатели измерений снимаются аппаратными устройствами. Таким образом, WOC пользуется полученными сведениями о требуемой и доступной пропускной способности, чтобы «обхитрить» контролирующую функцию протокола, ориентированного на соединение, и манипулировать размером окна передачи данных.
Ведь стараясь избежать заторов, протокол TCP при построении соединения начинает, как правило, с маленького временного окна для передачи пакетов данных от отправителя к получателю. В случае успешной передачи он увеличивает размер окна до максимального показателя. Однако если получение отосланных пакетов не будет постоянно подтверждаться, то протокол снова уменьшает временное окно — в два раза. В худшем случае из-за постоянного уменьшения и увеличения окна передачи производительность сети на предприятии может достигать лишь половины порогового показателя, допускаемого инфраструктурой. В результате TCP «разбазаривает» ресурсы сети и во время выяснения максимально возможного размера окна, и при последующем процессе передачи.
Однако если анализ трафика данных показывает, какие именно ресурсы доступны, установить оптимальный размер окна можно безотлагательно. В таком случае система реализует для всех приложений максимально возможную пропускную способность, что существенно ускоряет работу. Оптимальные значения для окна передачи определяются при помощи мониторинга доступной пропускной способности, а также на основе целевых предписаний для каждого сеанса.
Телеоптимизация — выгодное решение, позволяющее обеспечивать стабильную производительность приложений, особенно трафика TCP, в комплексных сетях, объединяющих несколько ЦОД и множество мелких филиалов. Динамическое распределение пропускной способности помогает избегать очередей как у источника отправки данных, так и у места их назначения.
Доктор Герхард Хенке — технический менеджер в Ipanema.
© AWi Verlag
Рисунок 1. Телеоптимизация — метод ускорения глобальной сети, при котором в каждом филиале не требуется устанавливать отдельное устройство WOC.
Рисунок 2. Телеоптимизация подходит для филиалов, связанных с несколькими центрами обработки данных, но не пригодна для полносвязных сетей.