概述

摩爾定律認為，數據每 18 個月會增加一倍，Metcalfe 定律則認為網絡的價值與網絡用戶數量的平方成正比。由于這些定律切合實際，因此全球企業已尋找到將信息技術嵌入業務運營的各個方面的諸多優勢，現在，全球數據通信服務的創收已超過每年 190 億美元，增加的部分源于 IP VPN 設備。
　　 盡管全球對帶寬的需求日益增長，但帶寬供應已滿足了這種需求。在互聯網蓬勃發展的 90 年代，數據通信行業創建了能夠大規模交付廉價帶寬的基礎設施。實際上，帶寬已變得十分充足，因此在未來數年內，Metcalfe 定律不足以解釋可利用的容量問題。這種失衡產生的結果是帶寬的商品化、快速下降的帶寬價格以及傾力打造神話（高帶寬能夠解決幾乎所有的性能問題）的廠商環境。
　 　但是，隨著企業應用部署擴展到廣闊的領域（即帶寬的充足程度有時與 LAN 中相同），IT 經理們親眼目睹了應用性能的大幅下降。讓他們感到困惑的是“為什么 LAN 和 WAN 兩種網絡具有完全一樣的帶寬容量，其性能結果卻截然不同？”
　　 其實，應用性能受與網絡和應用邏輯有關的諸多因素的影響，這些因素必須得以滿足以便獲得滿意的應用性能結果。在網絡級上，應用性能受限于高延遲（物理距離的影響）、抖動、數據包丟失以及擁塞。在應用級上，性能進一步受到應用協議（特別是在網絡層上出現延遲、抖動、數據包丟失以及擁塞時）特定行為的限制，應用協議參與網絡鏈路間過多的信息交換，且應用本身序列化。

挑戰

通用應用性能神話
神話 #1：應用性能僅依賴于帶寬
　　應用性能和吞吐率受多種因素影響。延遲和數據包丟失對應用性能產生重大的影響。利托氏定理 (Little's Law) 開創性地描述了等候理論，并利用一個方程式反應物理距離（延遲）與數據包丟失的結果，闡明了這兩種因素對應用性能的影響。

該定理認為：
　　Lambda（吞吐量）= n（未決請求的數量）/ t（響應時間）
根據 IP 協議，該公式可轉化為：
　　TCP 吞吐量 = 擁塞窗口大小 / 往返時間
　　 這樣，隨著每一請求往返時間 (RTT) 的延長，擁塞窗口必須擴大，否則 TCP 吞吐量將降低。但是，TCP 無法有效地管理較大的窗口。結果是，對于一個特定應用而言，即便是數量較小的延遲和數據包丟失都能夠將網絡性能快速降低至每秒 1 MB 以下。即時帶寬容量提升到 100Mbps，應用也不會占用整個容量的 1% 以上。在此情況下，添加網絡容量的管理人員在無法使用的資源中投資，無疑是一種浪費。
　　 Mathis、Semke、Mahdavi 及 Ott 于 1997 年 7 月在《計算機通信評論》 (Computer Communication Review) 27(3) 中發表的“TCP 擁塞避免算法的宏觀行為”中給出了　　一個簡短但非常實用的公式，可計算出傳輸速率的上限：
　　速率 <= (MSS/RTT)*(1 / {p} 的平方根)
　　其中：
　　速率：TCP 傳輸速率或吞吐量
　　MSS：最大段大小（每條互聯網路徑固定，通常為 1460 字節）
　　RTT：往返時間（根據 TCP 進行測量）
　　p:數據包丟失率。
　　下圖描述了這一情形：

圖 1：物理距離與 TCP 性能的關系

　　在廣域網中，決定往返時間（即，延遲）的因素包括物理距離、效率低下的網絡路由模式以及網絡擁塞，這些因素大量存在于廣域網中。
　　 現在，許多 TCP 協議棧在進行重新傳輸時效率非常低下。事實上，如果一個數據包丟失，那么，一些棧可能需要傳輸整個擁塞窗口。此外，它們還將在出現網絡擁塞時呈指數回退（即，減少擁塞窗口并增加重新傳輸定時器），這種行為在數據包丟失時受到 TCP 的監測。盡管在通常情況下，數據包丟失在幀中繼網絡中無關緊要（平均低于 .01%），但在 IP VPN 網絡中則至關重要，這種網絡進出于數據包丟失率通常超過 5% 的特定市場（如，中國）。在后一種情況下，高數據包丟失率可能會對性能產生災難性的影響。

當數據包丟失和延遲影響相結合時，那么，性能急轉直下，后果更加嚴重。下圖描述了這一情形：

圖 2：數據包丟失時的 TCP 性能
。

神話 #2：TCP 需要 Aggressive Back-Off（主動回退）以確保公平
　　很多網絡工程師認為，遭遇擁塞時主動回退對于保持網絡訪問公平性是十分必要的。某些情況下這種說法千真萬確，然而有些情況則不然。當擁塞控制對網絡中的每一臺主機負責，每臺主機對其它主機帶寬需求一無所知時，主動回退對于確保公平性就十分必要。但是，如果擁塞在網絡結構中由可了解特定 WAN 連接上所有流量的系統加以控制時，則可能出現更高更有效的吞吐量，這種情況下，主動回退就多此一舉了。

標準的協議行為規定主機何時占用帶寬，這些主機必須照此執行而不依賴于：
☆ 應用的需求
☆ 可用的帶寬
☆ 爭用帶寬的數量
　　這種情況導致的后果是，通常，應用的帶寬資源嚴重不足，而同時大量網絡資源并未得以利用。很明顯，這種情況的效率極低。
　 　解決 TCP 公平性問題的有效辦法是，允許單獨的主機按需求占用相應帶寬，只要所有其它主機需要服務時，可接收到足夠的服務即可。這可通過一個所有主機共享的擁塞窗口實現，這個窗口由網絡自身加以控制。這樣，在此系統中，主機可在競爭程度不太激烈的時候，按需要獲得相應帶寬，當競爭加劇時，所有主機便可獲得足夠的帶寬。
　　 這種單一窗口的方法可實現連續的較高利用率以及較高的總體吞吐能力。每臺主機都可訪問整潔快速的網絡，這個網絡永遠不會丟失數據包（因此，也不會出現如神話 #1 中的 TCP 性能削減問題），累積的流量需求與網絡的整體緩沖能力相對應。這樣，IT 經理就可在最大范圍的網絡延遲和數據包丟失情況下最有效地利用網絡。
　　 單一窗口的解決方案的執行可對客戶端系統完全透明。這類解決方案的組成可能還包括 TCP 技術，如選擇性確認、本地擁塞窗口管理、改進的重新傳輸算法以及數據包分散 (packet dispersion)。然后，這些性能與其它技術完美結合，用以滿足應用對于網絡資源可用性的吞吐量需求，并跟蹤所有利用網絡的主機的帶寬要求。通過整合多個并行 WAN 鏈路的吞吐量，該技術能夠實現更高的吞吐量及可靠性。

神話 #3：數據包壓縮可提升應用性能
　　通用的數據包壓縮技術降低 WAN 上流量的同時常常會降低應用的性能，這時因為它們通常會將延遲添加到應用交易中。這些技術需要數據包按隊列等候、壓縮、傳輸、在接收端解壓，然后重新傳輸所有數據包，這個過程會占用大量資源，并導致大幅延遲，因此，實際上減緩了需要加速的應用。
　　 下一代應用性能解決方案將協議改進與透明數據壓縮技術有機結合。與基于解決方案的數據包相比，下一代解決方案顯著降低了需要傳輸的數據量，消除了在物理距離擴大時由協議行為導致的延遲，并可提升廣域網性能，使其速度達千兆位。通常，透明數據壓縮技術還包括多個字典，其中 1 級字典空間較小，對于較小模式的數據壓縮極其有效，而 2 級字典具有幾千兆字節的容量，適用于壓縮較大模式的數據壓縮。

神話 #4：服務技術的質量可改善應用
　　如果利用的恰到好處，服務質量 (QoS) 是一種可帶來不菲收益的技術，能夠為改善應用性能助一臂之力。但是，QoS 唯一能做的就是將現有帶寬劃分為多條虛擬通道。QoS 不會實際傳輸數據或將協議行為流程化，而僅以一種智能的方式決定應放棄哪個數據包。然而，與放棄無法加速應用的數據包相比，采用一種可控制的方式放棄數據包是更為出色的做法。
　　 許多 QoS 實施以跟蹤應用的端口數量為依據。由于應用通常對端口分配進行動態地協商，因此，這些機制需要配置為保留較大的端口范圍，以確保端口的覆蓋真正為應用所利用。
　　 為了使 QoS 最為有效，應將其設置為動態模式。第一代 QoS 實施減少連接多個較小鏈路的大型鏈路，無論是否需要帶寬都可靜態地加以保留。實際上，帶寬常常被特定應用所占用，甚至有時應用根本未加利用，這就造成了帶寬的浪費，“信道化”一個網絡可確保帶寬對于話音等關鍵應用的可用性。
　　 另一方面，動態的 QoS 解決方案還可確保僅在應用可利用帶寬的情況下保留帶寬。通常，采用這種技術可在帶寬可用時，通過支持連續的數據備份，實現企業備份窗口的擴展。

解決方案

F5 讓您夢想成真
　　F5 應用加速解決方案可實現出色的應用性能，并可顯著縮減 WAN 成本。F5 通過以下方式可提供這些優勢：從網絡層到應用層監控網絡條件的限制影響、調整協議行為以及控制所有等級的協議棧。
　　 具體而言，F5 將先進的傳輸技術（如，適應性 TCP 加速、透明數據壓縮以及會話感知 QoS）與一流的應用加速技術（如，動態對象高速緩存、應用智能代理以及應用智能加密）完美地集成。該系統受統計生成及監控引擎（具有應用網絡行為實時管理能力）的支持。
F5 在 WAN 上實現了與 LAN 相似的應用性能。F5 解決方案加速了如 ERP、CRM、電子郵件、文件傳輸、數據復制及其它應用的速度，為所有 WAN 用戶實現預期且出色的性能。
　　雙端部署加速了 WAN 上所有應用業務。
　 　F5 WAN 優化和應用加速解決方案部署于 F5 設備硬件之上。F5 數據中心模型 WANJet 500 具有容錯和大規模可擴充的特性，其性能高達 622 Mbps。面向辦事處部署的 WANJet 200 具有容錯和無聲運行的特性，其性能高達 2 Mbps。

　　典型的性能結果
并無改善的 TCP 性能
　　在該示例中，Windows XP 客戶端利用激活的 FTP 從 Linux Redhat 7.3 FTP 服務器中獲得 10 MB 大小的文件。鏈路為 2 Mbps E1，往返延遲為 400 毫秒，下表為從加利福尼亞到亞洲的鏈路傳輸狀況。
　　 在此例中，很明顯可以看到，一次 FTP 傳輸的鏈路利用率不超過 20%。當出現 1% 的數據包丟失時，TCP 性能下降了一半以上。向鏈路增加帶寬也無法增加吞吐量。

WANJet 所具有的 TCP 性能，不支持 TDR
　　利用 WANJet 設備在網絡中傳輸與上例相同的文件，數據包丟失率為 0%，此時 TCP 性能比原始性能提高了 5 倍。在數據包丟失率為 1% 的網絡中，TCP 性能比原始性能提高了 12 倍。

WANJet 所具有的 TCP 性能，支持 TDR
　　利用 WANJet 設備傳輸與上例相同的文件，這次，采用 F5 的獨家專利的透明數據壓縮技術及擁塞管理算法，TCP 性能提高了 40 至 625 倍。第一個實例表明傳輸一個經過 3 倍壓縮的 10 MB 文件性能提高了 40 倍。第二個實例表明傳輸一個相同的 10 MB 文件，此時，僅修改一半的字節，就可獲得 78 倍的性能提高。第三個實例表明繼續讀取第一個或第二個文件，可獲得 625 倍的性能提高。

　　 需要特別注意的是，這些傳輸表明，有效的數據速率是原始 E1 有效速率的 3 倍至 44 倍。

結論
　　除帶寬以外，WAN 上的應用性能還受到大量因素的影響。帶寬可解決所有或是大部分應用性能問題的說法是無稽之談。在網絡等級上，應用性能還受到高延遲、抖動、數據包丟失以及擁塞的限制。在應用等級上，性能同樣會受到限制，主要因素包括：并非專門用于 WAN 條件的應用協議的自然行為；參與過多信息交換的應用協議；應用本身的串行化。
　　 F5 的應用加速解決方案能夠識別出應用級和傳輸級行為之間至關重要的相互依賴。F5 解決方案可實現期望獲得的應用性能，吞吐量可提高 3 至 500 倍，還能夠在網絡上提供廣泛的應用性能，包括高質量、服務類別可管理的網絡以及商品化基于盡力而為服務的 IP VPN。F5 應用性能解決方案所特有架構優勢能夠實現一流性能、大規模可擴展性并可在幾個月內獲得立竿見影的效果。