Каналы в глобальные сети быстро достигают пределов своей производительности. Дорогостоящему же увеличению пропускной способности многие руководители отделов ИТ не находят экономического обоснования. Поэтому ответственным за корпоративные сети для извлечения максимума из имеющихся ресурсов остается лишь оптимизация использования линий глобальных сетей.

Для устойчивого увеличения производительности приложений в глобальных сетях необходимы решения по высвобождению пропускной способности в существующей сети, предоставлению необходимой пропускной способности важным для предприятия приложениям и заметному снижению негативного воздействия задержки пакетов (см. Рисунок 1).

Как правило, от 70 до 90% объема передаваемых по сети данных избыточны. Эти повторно встречающиеся данные занимают в глобальных сетях связи дорогостоящие ресурсы и заметно снижают эффективность и производительность приложений.

УМЕНЬШЕНИЕ ТРАФИКА

Технология сжатия молекулярных последовательностей (Molecular Sequence Reduction, MSR) предназначена для снижения занимаемой доли пропускной способности. Она базируется на методе, заимствованном из исследований ДНК. Сначала MSR определяет, какие данные содержатся в пакетах IP, после чего сокращает их до представления в виде последовательных символов. Основываясь на этом, MSR выявляет повторно встречающиеся в потоке цепочки данных. Установленное в локальной сети специализированное устройство на стороне отправителя каталогизирует эти схемы и заменяет их метками. Затем составленный таким образом «словарь» синхронизируется с аналогичным устройством на стороне получателя. Для всех зарегистрированных цепочек устройство на стороне отправителя передает только короткий код, служащий в качестве «заполнителя» (см. Рисунок 2).

Рисунок 2. MSR заменяет повторы в передаче данных «заполнителями».

«Словарь» содержит соответствующую цепочку бит для каждого известного короткого кода, что позволяет получателю восстановить исходную цепочку данных без информационных потерь. Достижимая при помощи технологии MSR степень сжатия во многом зависит от типа передаваемых данных, а также от накладных расходов на приложение. Так, в случае широкополосных приложений Web с большими объемами графической информации с частым повторением цепочек данных степень сжатия достигает 90%.

Таким образом, MSR позволяет изыскать резервы, понапрасну растрачиваемые в сетевой инфраструктуре, и снова их использовать. Это открывает путь для экономии: применение технологии MSR в отдельных случаях помогает избежать наращивания емкости или даже способствует переходу на более дешевое соединение с глобальной сетью.

По сравнению с традиционными методами сжатия технология MSR обладает заметными преимуществами. В 70-х гг. Джейкоб Цив и Абрахам Лемпел разработали названную в их честь технологию LZ, где так называемые указатели содержат ссылки на повторяющиеся последовательности в потоке данных, например на определенные слова при передаче текста. При каждом последующем появлении элемента внутри рассматриваемого блока он заменяется на указатель, содержащий ссылку на первый элемент, и тем самым объем данных заметно снижается. Необходимые для нахождения повторов вычислительные издержки растут вместе с объемом блока данных, параллельно повышается и время задержки. Кроме того, метод позволяет распознавать и заменять повторение последовательностей лишь в пределах рассматриваемого блока данных (чаще всего это один IP-пакет). Технология MSR, напротив, идентифицирует находящиеся далеко друг от друга повторения. Благодаря этому MSR, например, при неоднократной передаче заархивированного файла распознает еще много повторов.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРИОРИТЕТОВ ДАННЫХ

Слишком часто не столь важные для предприятия приложения, в частности интегрированная система обработки сообщений (Unified Messaging, UM) или сеансы HTTP, тормозят работу таких действительно критичных корпоративных приложений, как SAP, Oracle или Citrix. Для того чтобы обеспечить корпоративным приложениям приемлемую скорость передачи в глобальной сети, необходимо такое решение, чтобы оно позволяло классифицировать различные приложения по их значимости для бизнес-процессов и предоставлять им соответствующее количество ресурсов.

Рисунок 3. На механизмы QoS гарантируют важным приложениям необходимую пропускную способность.

Методы обеспечения качества услуг (Quality of Service, QoS) гарантируют, что пакет IP дойдет до получателя по глобальной сети с определенным качеством услуг (см. Рисунок 3). В техническом плане для этого необходима параметризация протоколов для определения способа обработки соответствующих служб при передаче. При помощи инструментария QoS сетевые администраторы могут выделять определенным приложениям требуемую пропускную способность и тем самым обеспечивать необходимую для критичных приложений производительность. Типичное решение QoS охватывает три области:

  • классификацию - каким пакетам или приложениям необходимо отдать предпочтение, а какие обрабатывать в последнюю очередь; это нужно прежде всего для сортировки пакетов и приложений по их ценности. Классификация может производиться по признакам приложений, бизнес-требованиям или потребностям пользователей;
  • разметку - в зависимости от вида классификации система маркирует заголовки пакетов IP так, чтобы не путать классы пакетов и назначать им различные приоритеты. Такая маркировка предполагает задание значений в полях типа услуг (Type of Service, ToS) и дифференцированных услуг (Differentiated Services, DiffServ);
  • организацию очередей - этот метод устанавливает очередность обработки приложений и отведенную для них долю пропускной способности. Решение QoS в любом случае должно предоставлять очередь с низкой задержкой для того, чтобы маршрутизатор сначала обрабатывал, к примеру, приложения реального времени - передачу голоса по IP (Voice over IP, VoIP), качество обслуживания которых особенно сильно страдает при возрастании задержки.

Для интеграции в уже существующее решение QoS для корпоративной сети классификация, разметка и организация очередей должны функционировать независимо друг от друга. Если, например, провайдер доступа к глобальной сети уже предусматривает организацию очередей с целью соблюдения соглашений об уровне сервиса (Service Level Agreement, SLA), то тогда самому предприятию требуется только реализовать функции классификации и разметки пакетов. Кроме того, для эффективного применения решения QoS необходимы обширные возможности мониторинга. Лишь так администратор сможет постоянно следить за соблюдением правил и соответствующим образом реагировать. Функциональность решения QoS должна включать в себя различные вспомогательные программы («мастера»), поскольку отделам ИТ часто приходится приспосабливать правила QoS к новым условиям на предприятии. «Мастера» помогут значительно упростить задание новых правил.

Поддержка QoS не предполагает решения для увеличения пропускной способности, а лишь способствует эффективному использованию имеющейся. Дополнительные преимущества можно получить путем комбинирования методов сокращения трафика и качества услуг: на первом этапе снижается загруженность сети, на втором — обеспечивается гарантированное предоставление необходимой пропускной способности важным приложениям.

ВРЕМЯ ЗАДЕРЖКИ

На время задержки в глобальной сети влияет ряд факторов:

  • физическая удаленность и связанная с ней задержка сигналов; особенно сильно от этого страдают спутниковые и межконтинентальные соединения;
  • транзитные узлы - каждый раз, когда пакет проходит через маршрутизатор или коммутатор, нахождение в очередях и формирование кадров занимают определенное время. Это особенно заметно при высоких нагрузках;
  • изменение маршрутов в провайдерских сетях - в случае отказа одного пути передачи данных методы обеспечения избыточности переводят потоки данных на альтернативный маршрут.

Передача по ТСР осуществляется в соответствии с так называемым принципом квитирования установления связи (Handshake) (см. врезку «ТСР и задержка»): отправитель сначала запрашивает получателя, готов ли он к приему данных. Если ответ утвердительный, то отправитель может начинать передачу данных. Иными словами, перед началом собственно передачи необходима многоступенчатая инициализация сеанса. Время простоя в глобальных сетях особенно заметно возрастает при открытии соединения ТСР в случае коротких сеансов.

УСКОРЕНИЕ ПОТОКА ПАКЕТОВ

В случае ускорения потока пакетов (Packet Flow Acceleration, PFA) речь идет о технологии, применение которой позволяет сократить в пять с половиной раз временной промежуток между действием и реакцией на него. Эта технология применяется только к потокам для ограничения времени задержки, поэтому дополнительный контроль перегрузки и механизмы обеспечения надежности не нужны. PFA состоит из быстрой установки соединения (Fast Connection Setup) и конвейерной обработки потока (Flow Pipelining).

При быстрой установке соединения расположенное на маршрутизаторе со стороны локальной сети специализированное устройство локально подтверждает запросы на соединение. В результате отправителю не надо дожидаться ответа от получателя, и он без промедления может отсылать свой первый пакет данных по глобальной сети. Это значительно сокращает время реакции в приложениях с многочисленными, следующими один за другим, сеансами ТСР. На стороне получателя сеанс также организуется при получении первого пакета. Обмен остальными пакетами данных происходит непосредственно между конечными устройствами. Поскольку этот метод основан на стандартном протоколе ТСР, сеансы ТСР не прерываются даже при отказе специализированного устройства.

Конвейерная обработка потока, в свою очередь, ускоряет передачу больших объемов данных: этот метод расширяет окно ТСР со стороны получателя таким образом, что тот, вместо принятых в большинстве операционных систем 16 Кбайт, может получать до 64 Кбайт. За это отвечает специализированное устройство управления трафиком, которое при необходимости изменяет размеры окна в подтверждающем пакете получателя. Таким образом, отправитель может переслать в несколько раз больше данных до того, как потребует подтверждения от получателя (см. Рисунок 4). Если последний по причине временной перегрузки не сможет принять весь объем данных, то устройство управления трафиком автоматически обеспечит промежуточное хранение.

Рисунок 4. PFA переопределяет размер окна ТСР и тем самым сокращает время задержки в глобальной сети.

Конвейерная обработка потока применяется лишь тогда, когда простои ТСР возникают из-за задержки в глобальной сети, а канал глобальной сети еще обладает свободной емкостью. Для этого устройства с обеих сторон сети постоянно следят за реальным временем отклика и нагрузкой на канал, потому что у ТСР отсутствуют собственные механизмы для распознавания причин остановки передачи. Поскольку конвейерная обработка потока, как и быстрая установка соединения, задействует стандартный протокол ТСР, сеансы ТСР также не прерываются при отказе устройства, что отличает PFA от решений с имитацией ТСР.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Высокая производительность сети — вопрос не только увеличения ее пропускной способности. Комбинированный подход с применением трех динамично взаимодействующих технологий — MSR, QoS и PFA — позволяет заметно повысить скорость передачи в глобальных сетях, причем без дорогостоящей настройки. Учитывая ограниченность ресурсов глобальной сети и связанные с ней проблемы в отношении пропускной способности, эти технологии предоставляют важные функции оптимизации корпоративных сетей для работы с максимальной производительностью и для снижения стоимости их эксплуатации.

Томас Вайсс является директором, а Вилли Дюч - специалистом по работе с клиентами центрально-европейского филиала компании Peribit Network.

? AWi Verlag

ТСР и задержка

В 1981 г. IETF опубликовала стандарт для ТСР — RFC 793, после чего ТСР стал стандартным протоколом для сетевых коммуникаций. Причинами его быстрого и повсеместного признания стали, прежде всего, высокая надежность, а также так называемый контроль перегрузок: в случае потери пакета во время передачи ТСР замечает ошибку и обеспечивает доставку необходимых данных.

Перед началом передачи данных ТСР организует сеанс между отправителем и получателем, в рамках которого обеспечивается доставка получателю всех отправленных данных, для чего отправителю сообщается о потерянных данных с целью их повторной передачи. Протокол организации сеансов ТСР предусматривает передачу от отправителя к получателю запроса на инициализацию. И лишь после подтверждения приема этого пакета ТСР пересылает остальные пакеты по месту назначения. В случае приложений с большим количеством коротких сеансов ТСР через каналы глобальной сети со значительным временем задержки это ведет к увеличению времени реакции, поскольку тратится много времени на частую организацию новых сеансов.

Пропускная способность ТСР зависит от размера окна получателя и времени задержки из конца в конец. Максимальный размер окна получателя устанавливает тот объем данных, который отправитель может передать до получения подтверждения доставки. При большом времени задержки при передаче возникают паузы (время простоя ТСР), из-за чего сеанс может быть прерван.