突破带宽瓶颈，让应用加速

　　随着企业分支的增多，异地协同以及远程业务访问等是企业经常碰到的。特别对于通过并购来扩充规模的制造企业，会存在多个数据中心。有整合需求的企业会将多个处于不同区域的数据中心整合起来部署在总部，分支机构通过广域网来访问总部的业务数据，部分企业也会允许多数据中心同时存在，各个数据中心之间通过广域网实现数据交互。另外，随着云计算技术的发展，公有云应用也在蓬勃发展，有些企业为降低IT部署成本，也会选择将部分非核心业务部署到云端，总部及分支通过广域网实现对公有云应用的访问。不管是数据中心之间的远程数据交互，还是基于公有云的业务应用，都对广域网带宽提出了更高要求。

一、新形势下企业业务应用需求

　　在全球化向更深层次迈进的今天，企业正变得越来越大，地球却变得越来越小，依托互联网，企业能迅速获取市场信息并快速的实现业务的战略调整。但随着企业规模的扩张，分支机构的不断增多，异地之间业务访问日渐频繁，很多企业为便于统一管理企业数据，都选择将ERP这样的核心系统部署在总部，分支机构通过广域网来实现对ERP的访问。还有些企业可能存在多个研发中心，为充分利用各地的研发资源，也会进行异地的协同设计，以缩短产品研发周期。这些新的业务需求，对广域网带宽及传输效率提出了更高要求。

　　综合成本和效率因素，企业希望能在保证不用扩充带宽的前提下，通过提升广域网传输效率来加速应用。正是这样一种需求，使得近年来广域网加速技术得到了业界的广泛关注，通过广域网加速技术来提升广域网带宽的传输效率，似乎是一种即经济又高效的选择。

二、广域网数据传输面临的问题

　　互联网数据传输面临最直接的问题是传输延迟、数据丢包和带宽限制。互联网就像是一张巨大的网，网上遍布密密麻麻的节点——路由器。数据从一个地方传输到另外一个地方，要经过许多这样的路由器，第一个路由器在接收到数据之后会拆开数据包头读取源IP和目的IP，然后对照路由表选择最佳路径，转发给下一个路由器。如此反复，一道又一道的转发，自然会产生数据的传输延迟。但由于这种传输延迟时间较短，不会对制造业常用的诸如ERP、PDM、邮件系统等产生太大的影响，所以尚在可接受范围。数据丢包情况一般出现在硬件故障或外界环境影响，如电磁等情况，或是短时间内数据流量太大导致信息传输拥挤，从而产生数据丢包，这种情况下要求对方重传即可解决。

　　广域网应用最难解决的是带宽瓶颈。近年来，由于中国网民数量持续高速增长，以及互联网带宽增长乏力，企业广域网带宽不但扩充困难，而且总不够用，昂贵的带宽费用也是企业一笔负担，提升广域网数据传输效率似乎是企业目前唯一的选择。

三、广域网加速的原理及特点

　　目前，业界对广域网加速并没有一个统一的标准定义。e-works认为，所谓广域网加速其实就是利用数据缓存、数据压缩以及TCP协议优化等技术来实现对互联网链路和应用的优化，从而提升数据在广域网中的传输效率。由于不同应用数据有着不同的特点，广域网加速针对不同的应用提出了不同的加速方式，归纳起来，主要有以下几种：

　　1、数据缓存

　　数据缓存技术分为两种：Web数据缓存和字节数据缓存。Web数据缓存针对是Web应用访问，在企业内部如有人访问某一个网站，广域网加速设备会将网页下载到本地缓存中，当再有人访问该网站，就可直接从本地调用。该设备会按照一定频率与网站保持同步内容更新，以保证本地缓存数据与网页数据的一致性。字节数据缓存技术是一种动态缓存，该技术将重复频率较高的字节以指针的形式缓存在广域网加速设备之中，下次遇到同样数据时，将直接从缓存中存取，能大幅提升访问效率并节约带宽。

　　2、TCP协议优化

　　TCP协议规定通信双方在建立通信之前必须先进行三次握手，只有三次握手成功才开始通信，而且一旦数据包丢失又会有复杂的重传机制，导致数据传输的延迟。针对这种情况，相关厂商推出了基于TCP协议优化的加速设备，通过简化TCP协议中的端到端应答机制来减少数据延迟。目前市场上的专用TCP加速设备需要部署在企业链路的两端，这些专有的加速设备拥有专门的协议。

　　3、数据压缩

　　数据压缩是广域网加速中用得相对较多的技术。通过在链路的两端各部署一台数据压缩设备，可大幅降低分支机构与主站之间的数据流量。每一台设备都有压缩和解压功能。在流量通过设备进入到广域网之前都会被压缩，接收端从广域网接收到数据后在进行解压，将流量恢复到原始状态。数据压缩技术能很好的解决广域网带宽瓶颈问题。

　　4、服务质量控制QoS

　　服务质量控制根据将数据的重要性进行优先级划分，当短时间内大量数据通过广域网传输时，如果没有流量控制机制，很容易出现网络堵塞，从而出现数据延迟和丢包等现象。通过服务质量控制机制，可以有效的管理带宽，实现数据的有序传输，提高数据传输质量。绝大部门广域网加速设备均集成了该功能。

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四、广域网加速厂商及产品

　　广域网加速技术已存在多年，早期的广域网加速技术针对的是企业总部与分支之间的广域网应用优化。随着云计算的发展，传统的IT应用形式已经发生改变。有基于公有云的应用，也有基于企业数据中心的私有云应用。企业用户不但要访问自己的私有数据中心，也需要访问公有云，访问形式的多元化，促使广域网加速技术的蓬勃发展。

　　在广域网加速领域，主要存在这样几家主流厂商：Riverbed、Blue Coat、深信服、思杰、F5、思科、Juniper、QuickBi。这些主流厂商的产品从部署方式到技术实现都有很多共点，但在功能和性能上有所差别。本小节e-works将以上主流厂商的产品特点及其部署方式进行逐一梳理，以便企业根据自身需求实现对广域网加速产品的选型。

　　1.Riverbed

　　Riverbed公司是广域网加速领域的市场领导者，在2010年Gartner发布的广域网优化控制器魔力象限报告中，Riverbed处于领导者象限，体现了Riverbed公司在该领域的市场竞争力。Riverbed的Steelhead系列产品能为企业总部与分支之间的访问、云应用、虚拟化平台、移动应用提供基于广域网的应用加速。

　　(1)Steelhead部署方式

　　在链路两端成对部署，通过直接配置的方法以透明的串联安装或旁路安装方式连接至路由器/交换机，支持 WCCP、PBR 和 L4 交换机重定向模式。移动设备通过软件客户端实现与Steelhead设备的数据交换。
 

图 2 Riverbed Steelhead

　　(2)Steelhead功能实现

• 企业总部与分支的广域网应用加速
• 移动终端与企业之间的广域网应用加速
• 虚拟化环境的广域网应用加速
• 基于云的广域网应用加速

　　(3)技术实现

• 数据缓存
• WEB应用加速
• 数据压缩
• 协议优化
• 广域网文件服务

　　数据缓存、WEB应用加速、数据压缩和协议优化四种技术，文章开头有详细的介绍。这里重点讲解Riverbed的广域网文件服务。
 

图 3 Riverbed广域网优化

　　广域网文件服务，英文简称WAFS。从上图知，WAFS包含在广域网优化解决方案之中，是一种将文件服务器从远程站点整合到数据中心的技术。WAFS可解决与文件共享有关的带宽和应用性能问题。这些数据类型包含电子邮件、基于Web的企业应用、数据库应用、ERP、FTP、备份和复制、专用应用等。

　　WAFS 设备是一种缓存设备，其工作原理是将已经通过广域网访问过的文件的副本存储在本地设备中，这样随后的用户便可以更快速地进行访问。但是纯 WAFS 解决方案存在严重的局限性。下表提供了纯 WAFS 方法和 Riverbed 解决方案之间的一些重要的不同之处。

　　表 1 WAFS和Riverbed解决方案比较

　　广域文件服务可以在企业希望加速整合的文件服务器时发挥重要作用。但是各个企业都必须了解 WAFS 存在有许多局限性：

• WAFS 仅限于文件共享。WAFS 产品只能缓存按照它们已知的应用协议通过广域网传输送的文件，这意味着它们主要用于CIFS 和 NFS 缓存。
• WAFS 不能有效地处理数据的某些变更。当文件名有所变更，或是将文件从一个文件夹移动到另一文件夹中，WAFS 产品一般需要完整地将文件通过广域网进行传输。在许多常见的使用情况下，这会严重地限制应用性能的优化。
• WAFS 保持多个文件副本。WAFS的运作方式是，必须在整个网络中存储特定文件的多个副本才能加速性能。这不但是一个 安全性风险，而且还可能导致版本问题，因为不同位置的用户可以访问同一文件的不同版本。
• WAFS不适用于灾难恢复。因为 WAFS 的工作原理是绕过应用中特定的通信过程，所以它不能用于灾难恢复。它还缺乏用于加速灾难恢复应用 性能的任何有意义的应用协议优化。
• WAFS 不能简化 IT 管理。WAFS 通常基于 Windows 服务器设计。WAFS 设备不是基于真正的设备设计，它要求 IT 管理人员在管理 WAFS 服务器时, 付出与管理任何其它远程服务器相同的工作量。

　　与纯 WAFS 产品相比，广域网优化设备提供更加广泛的解决方案，它不但可以优化文件共享流量、允许文件服务器整合，而且还提供以下重要好处：

• 广域网优化可加速在Web 应用、FTP、Exchange、Web 内容(包括静态和动态)、Lotus Notes、SMS、备份流量、块和文件级的复制以及 ERP 应用中优化TCP应用。应用加速并不固定，但通常可提高速度 5 至 50 倍，在 某些情况下高达 100 倍。
• 广域网优化可以实现广泛的 IT 架构整合：文件服务器、Microsoft Exchange 服务器、Lotus Notes 服务器、磁带备份系统和存储系统。
• 广域网优化可以最大程度降低广域网带宽的占用率，一般可减少 60%-95% 。

　　2.Blue Coat

　　ProxySG是Blue Coat非常重要的一条产品线，针对的应用包括内容交付网络、应用加速、服务器整合、远程加速、应用前端、复制与备份、语音与融合。以IT架构划分，可大致归纳为四种：数据中心与数据中心之间的应用加速、数据中心与分支机构之间的应用加速、数据中心与移动终端之间的应用加速、基于虚拟平台的应用加速。除此之外，Blue Coat还能提供一种独特基于单端的应用加速模式。如用户在使用Google企业邮箱、微软Exchange Online等在线应用时，Blue Coat可利用缓存技术、流水线加速等技术来提升此类应用的访问效率。
 

图 4 Blue Coat广域网优化解决方案

　　上图为Blue Coat广域网优化解决方案。ProxySG包含有所有的WEB安全网关特性以及应用性能和控制。对于数据中心与分支架构的广域网优化，可在链路两端分别部署一台不带防火墙功能的ProxySG 设备；对于数据中心与互联网之间的访问，可在数据中心部署一台带防火墙功能的 ProxySG 设备；对于移动终端与数据中心之间的应用访问，可在移动终端安装 Proxy客户端软件。

　　WebPulse 云安全体系可不断升级WebFilter的恶意软件病毒库和内容分级库，这款解决方案将ProxySG WEB 网关和ProxyClient 远程客户统一整合至防御计算网格之内。由云服务、内部威胁监测、WEB 应用/内容控制、数据完整性保护和远程客户端保护共同组成了5层防御体系。Reporter提供了针对 WEB 流量和应用性能的可视性。Director 提供了针对分布式部署的Proxy的集中化策略管理。

　　3.深信服

　　深信服广域网加速产品包括两大功能模块，即广域网加速和广域网流量管理，针对VPN网络和专线网络。深信服广域网优化技术包括传输优化、数据优化和应用加速。支持的应用包括WEB、HTTPS、FTP、Lotus Notes、MS Exchange、Oracle、MS-SQL、SAP NetWeaver、金蝶EAS、用友NC等应用加速。广域网流量管理包括流量整形技术和应用可视化。通过可视化流量监控软件能准确识别OA、ERP、Mail、视频等应用流量占用情况，并通过设置优先级实现对流量的管控。

　　部署方式及多种组网

　　深信服WOC广域网优化支持路由、网桥、单臂三种部署模式，根据数据中心、分支办公室等不同的网络环境可以采用最适合的方式进行组网。

　　同时，产品本身融合了深信服另一优势产品线的VPN功能，相对于其他品牌，不仅可提供高效的专线网络优化，还可为异地机构在组建基础VPN网络的基础上，进行VPN网络的加速。体现了全面帮助用户解决各种广域网组网、优化、管理问题的产品理念。

　　而针对移动用户，设备本身同样支持移动客户端功能，融合站点、移动双接入双优化的功能，避免额外的设备采购成本。

　　广域网优化解决方案
 

　　Gartner对广域网优化的定义为广域网加速plus广域网流量管理，深信服WOC从两个层面都提供了很好的广域网优化效果。

　　应用流量可视化：基于Application Identification Rules的DPI深度内容检测，帮助管理者清晰可视网络流量在应用族中的实时及统计分配情况、IP流量分配情况、带宽流量情况，掌握网络状况后进行针对性的优化。

　　链路优化：采用HTP 高速传输协议、Flash-Link畅联技术，对传统的TCP、UDP传输机制进行优化，让网络即使在高丢包、高延时等恶劣、极端环境下也能发挥最大效能。从以往客户经验来看，WOC所提供的传输优化在业界属于领先水平。

　　数据优化：采用Byte Caching基于数据的码流特征进行传输数据量的大幅削减，可提供30%-90%的冗余数据削减效果。同时，提供基于TCP、UDP的全IP流量压缩功能，能为各种网络应用提供最大幅度的流量压缩。

　　应用优化：优秀的7层应用优化能力，满足数据中心、机构应用等各种大型应用优化需求，如SAP、Oracle E-bussiness Suite、Lotus Notes、Exchange、Sharepoint、金蝶EAS、用友NC、Citrix、VMware、Windows RDS等，通过WOC都可进行大幅优化。

　　流量管理：基于队列技术实现通道化的流量管理功能，配合业界最大的Application Identification Rules，可对包含Polycom等视频会议在内的各种网络应用进行精准的识别及带宽管理。有别于传统的QoS，WOC提供的带宽管理功能可实现智能的带宽调度功能，最大程度的发挥网络效能。

　　智能报表：是完成一系列的网络优化、应用优化、流量管理之后的效果体现，内置有完善的数据中心，管理者可通过智能报表查看应用、IP主机、线路等实时及历史状况。

　　除此以外，深信服WOC还提供完整的视频会议就绪解决方案，针对有限带宽下视频会议与其余应用并行使用、网络丢包等质量不佳的情况影响视频会议使用的问题。

　　4.思杰

　　思杰是一家应用交付基础架构解决方案提供商，产品包括桌面应用交付产品、云应用交付产品、服务器应用交付产品、网络应用交付产品和协作应用交付产品。思杰大部分产品都是基于互联网或云端应用，对互联网带宽非常依赖。为更好促进思杰应用交付业务的发展，思杰也单独发展了一类基于广域网应用加速的产品线，该产品线能提升企业总部与分支之间，以及基于公有云的应用访问效率。
 

图 6 思杰广域网优化解决方案

　　如图所示，思杰的广域网加速解决方案主要针对三种情况：数据中心与数据中心、数据中心与分支办公室、数据中心与移动终端。在数据中心部署Citrix Repeater，在分支机构部署Citrix Branch Repeater，移动终端或电话终端通过专门的Repeater插件访问数据中心业务应用。也就是说，Branch Repeater和Repeater Plug-in均要求在数据中心安装Repeater设备才能发挥功能。从上图能看到，思杰的广域网优化针对的应用包括XenApp、XenDesktop、Web应用、Email应用、文件服务、Sharepoint、在线CRM等。此外，还需要强调两种思杰的广域网优化技术。

　　(1)HDX Broadcast

• 自适应TCP流量控制：根据整个分支机构的网络和流量情况进行及时感应和回应，从而优化分支机构经多种连接方式传输的网络流量。
• 自适应压缩：根据流量特征、基础架构容量和网络环境自动匹配最佳的压缩技术，从而降低带宽消耗，最大程度地改善应用性能。
• 自适应协议加速：自动配合XenApp，同时根据网络和流量情况进行及时感应和回应，从而实现ICA协议的智能加速。
• 流量优先级和QoS：为不同应用(包括XenApp应用)的流量自动分配网络带宽及排列其优先级，在提高网络利用率的同时实现了业务优先排序。

　　(2)HDX IntelliCache

• 用于流应用的分支机构缓冲技术：Branch Repeater可缓冲分支机构的流应用，不仅所有IT人员可获得应用流技术的整合和管理功能，而且用户能以极高的性能访问分支机构的流应用。在数据中心更新或修补流应用时，Branch Repeater可在本地透明地更新这些应用，因此，分支机构用户可快速获得最新的流应用版本。
• 用于托管应用的分支机构缓存技术：Branch Repeater可利用托管应用在本地缓存和删除通常访问的数据、文件和Web页面的传输，从而优化跨多个用户会话的XenApp交付。

　　5.F5 Networks

　　F5公司成立于1996年，是一家的应用交付网络厂商，广域网优化产品是F5整个产品线中重要的组成部门，F5的广域网优化产品主要有下面两种部署形式。

　　(1)硬件对硬件。这种情况适合于集团总部和分支之间的广域网优化，主要实现传输的优化。在集团总部与分支之间各部署一台广域网优化硬件设备。

　　(2)硬件对软件。针对总部与分支之间的优化。但这种基于软件的广域网应用优化适合人员较少的分支机构。通过IE来实现，有VPN加密/解密功能，从而避免了专线高昂的租用费用。当增加分支机构时，能灵活接入。

　　以上两种部署模式针对的是总部与分支之间的应用优化，F5还有一种Web应用的优化产品，其实现原理就是本次缓存技术。通过将页面中静态不变的信息包成在本地，当用户下次再访问时，可直接从本地调用信息，从而提升网页的访问效果。

　　为兼顾企业需求和部署成本，F5的广域网加速产品部署相当灵活，企业在部署F5广域网优化产品时只需根据需求配置应用，每一项功能都通过License激活，不用的功能可不用激活，不激活的功能无需付费。当企业需要扩展时，再开启License。
 

图 7 F5广域网优化解决方案

　　F5广域网优化模块(WOM)能实现以下功能：

1. 加密与加快数据传输：通过结合iSessions，BIG-IP能优化和加密数据中心间传输的数据。
2. 对称自适应压缩能力：该能力采用适当的压缩算法，可显著降低数据中心间发送的TCP流量。
3. 对称重复数据删除：可消除广域网上重复数据的传输，从而提高带宽利用率。
4. 消除TCP固有协议限制：BIG-IP WOM使用自适应TCP Express优化能力，将持久回话、选择性确认、错误更正和优化的TCP窗口结合在一起。这使BIG-IP WOM能够实时的适应广域网链路的延时、丢包和拥塞特征。
5. 满足恢复点目标和恢复时间目标：BIG-IP WOM可加快大文件传输、数据复制、客户端-服务器应用等。通过优化与这些应用相关的协议，包括CIFS、MAPI、HTTP等，BIG-IP WOM显著降低了延时对广域网上运行的应用影响。消除复制和延时问题有助于您实现严格的灾难RPO和RTO目标，并且尽可能地延长传输距离，以覆盖恢复与备份站点。
6. 精细的流量控制：第7层 QoS速率整形能够精细的控制流量，以管理带宽，并针对头顶应用而确定带宽优先级。

五、广域网加速产品简评

　　通过对五家主流广域网优化厂商及产品进行梳理，用户对广域网加速给企业带来的应用优势也有所了解。观察各家产品，其技术实现手段以及功能都或多或少相似。技术相似之处，在于广域网优化技术不外乎数据缓存、数据压缩、TCP协议及应用优化，以及服务质量控制。功能相似之处，在于各家产品基本都能实现数据中心与分支之间或数据中心与数据中心之间的广域网应用加速。但在共性之外也存在各自的特点。

　　Riverbed从2002年开始就致力于基于广域网的应用优化。数据去重传输、TCP协议优化和第7层应用程序协议优化是Riverbed广域网优化技术发展的重点。近年来，在进行跨应用的数据优化方面，Riverbed也做的比较成功，能在私有数据中心、公有云应用，以及传统IT系统之间进行广域网应用加速。Steelhead设备中还提供了加速SSL加密的流量并保持企业首选信任模式的方法。Steelhead能加速如ERP、CRM、PLM以及数据库等应用的广域网传输。对于基于第7层协议的应用，如Windows文件系统、Exchange邮件、SQL Server数据库、HTTP和HTTPS、NFS、Oracle等都有比较好的加速优势。

　　Blue Coat的广域网加速产品对其应用交付网络基础架构是一种很好的支撑。在Blue Coat的广域网加速解决方案中，也可看到Blue Coat的安全Web网关。将ProxySG设备与Web安全网关搭配，既能降低公有云应用的流量，也能保证访问的安全。对于数据中心与企业分支的业务数据访问，如ERP、CRM、CAD、CAM、异地灾备、OA办公等应用，ProxySG都能进行优化加速。另外，Blue Coat也有针对VMware虚拟化平台应用的加速产品。

　　深信服2007年开始进入广域网加速领域，产品主要针对VPN网络和专线网络进行优化。深信服的广域网优化产品包括两大功能模块：广域网加速和广域网流量管理。深信服广域网优化产品通过对HTP、FLK协议进行优化，来降低网络丢包和延迟。广域网流量管理模块能对经过VPN网络或专线网络的流量进行识别和管理。基于可视化的界面，结合企业业务的重要性来设置应用的优先级别。深信服广域网优化产品能对ERP、邮件、VOIP、P2P应用进行优化。

　　思杰倡导“数字化独立技术”，通过任何网络链接，向任何形式的客户端设备发布任何应用的能力。这一理念实现需要广域网优化技术做支撑。因此，思杰很早就认识到广域网加速市场的重要性，并通过收购Web应用加速厂商Netscaler和广域网数据和应用加速厂商Orbital Data，成功切入到广域网加速市场。Orbital Data有着很好重复数据删除技术和TCP协议优化技术，这使得思杰广域网加速产品对数据库类应用和基于TCP协议的应用有很好的优化效果。

　　思杰的广域网优化产品分为两类，Citrix NetScaler和Citrix Branch Repeater。前者针对Web应用进行优化，后者主要针对数据中心和分支机构以及移动终端应用进行优化。Citrix Branch Repeater能提供了端到端的广域网加速解决方案，包括数据中心、远程办公室、家庭办公室和移动办公人员。Citrix Branch Repeater设备为所有基于IP的广域网如专线、公共虚拟专用网、卫星和无线广域网提供了完全透明的端到端解决方案。透明这一重要特征让企业不用对现有网络管理工具、防火墙、网络服务或应用进行任何更改。针对制造业应用包括XenAPP和XenDesktop、Web应用加速、文件服务器、邮件系统、SharePoint、CRM、数据库、ERP等常用的业务应用。

　　F5于今年8月15日收购了应用交付控制厂商Crescendo，Crescendo是应用交付控制领域的领导者，能提共高性能的Web应用交付方案，实现负载均衡、应用加速和网络优化。这一举动同时也说明了F5对广域网优化市场的重视。

　　目前，F5应用交付产品涉及云计算、虚拟化、存储和安全等领域，这些新技术和新应用促使企业业务应用模式发生变化，由C/S架构向B/S架构转型，对互联网带宽的依赖性增强。F5的广域网加速产品适合于数据中心与数据中心之间、数据中心与分支机构之间、以及Web应用性能优化，有着良好的压缩、加密和流量控制能力。

六、总结
　　
　　通过对广域网加速厂商及产品的梳理，我们发现大多做广域网加速产品的厂商都做应用交付产品。在云计算技术出现以前，广域网加速技术主要是为提升应用交付产品的广域网数据传输效率。近年来，随着私有数据中心及云应用的发展，广域网加速产品以独立的产品线出现。在对五家主流的领域厂商采访中，我们了解到，从技术上讲，广域网加速产品的部署模式以及实现手段都大致相似，但对数据优化的偏向上有所不同，如思杰广域网加速产品能提供基于IP的广域网如专线、公共虚拟专用网、卫星和无线广域网提供了完全透明的端到端解决方案，对数据库类应用和基于TCP协议的应用有很好的优化效果；深信服的广域网加速产品主要针对VPN网络和专线网络进行优化；F5的广域网加速产品适合于数据中心与数据中心之间以及Web应用性能优化等。因此，企业在选择广域网加速产品的过程中，必须先评估自身的应用特点和需求，才可能选择合适的产品。