F5应用加速技术白皮书

F5应用加速技术白皮书F5Networks杨明非2007年5月F5应用加速技术白皮书2目录1.前言...................................................................................................................32.通用型端到端广域网加速技术.......................................................................42.1ACM5TCP优化......................................................................................42.2TDR扩充WAN能力及应用吞吐量......................................................42.3TDR-2........................................................................................................72.4TDR-1........................................................................................................92.5使广域网更快更安全-SSL/QoS..............................................................93.CIFS访问加速.................................................................................................103.1什么是CIFS..........................................................................................103.2CIFS存在什么问题...............................................................................113.3WANJet是如何改进CIFS性能的.....................................................113.4其它通用CIFS使用案例....................................................................133.5结论........................................................................................................134.HTTP/HTTPS协议加速..................................................................................144.1HTTPSOffload.......................................................................................144.2OneConnect降低服务器TCP连接数量..............................................154.3HTTP页面压缩降低带宽占用和提高客户端响应速度......................154.4RAMCache减小服务器端压力............................................................174.5应用智能缓存优化动态内容................................................................194.6IBR浏览器智能控制............................................................................204.7ExpressDocuments加速文档下载........................................................224.8ExpressConnects并行处理页面下载...................................................235.结论.................................................................................................................24F5应用加速技术白皮书31.前言一直以来，通过低速链路连接的远程站点都使用专用服务器硬件以便实现最佳性能。但由于成本压力、技能欠缺以及需要更好地处理安全问题等原因。将服务器功能整合到主数据中心，是实现服务器整合的主要方法。但遗憾的是，鉴于现在普遍使用的客户协议（如面向Microsoft文件共享和Outlook邮件传输的CIFS）最初是为局域网设计的，因此需要经过大量的请求-响应循环后方能完成任务，漫长的响应时间严重影响了用户体验，即使在链路利用率不高的情况下也不例外。应用网络化也带来了类似的问题，但稍有区别。许多常用的应用平台都从客户端-服务器模式向基于web的模式迁移。这样一来，便可通过HTTP提供应用，而不必在每个终端用户的PC上安装客户端。Web浏览器成为通用客户端。虽然这种方法避免了在每个PC上安装客户端，确实会减轻应用的管理负担（某些情况下，在客户端-服务器互动设计不理想且涉及到多次数据库来回操作的广域网上，这种方法还可帮助提高应用性能），但通常会增加网络压力（由于需要传递数据的格式化信息，因此增加了网络流量）。在最糟糕的情况下，可将用户响应时间延长10倍。广域网加速设备采用了多种技术。这些技术可以大致分为四类，每一类技术都可解决广域网中的某个特定问题。•带宽：带宽通常是稀缺资源，因此必须要节约使用。带宽瓶颈可通过压缩技术得以解决。压缩技术通常分两类，第一类是基于字典流的传统压缩技术。在此类技术中，每一端的设备都构建通用模式字典，然后以短标识符替代它们。因此，从理论上说，带宽可节省近90%，但未经压缩且未经加密的数据通常占到50%左右。第二类压缩技术认为，在一般的网络中，大部分的数据（如文件）通常是来回传输的，修改幅度很小。因此，在任一端使用硬盘来保存这些数据，只传输发生变化的信息（或变量），最多可将网络备份等带宽密集型任务和其他文件密集型任务的带宽减少99%。•时延：时延是广域网固有的问题。在低速链路上，即使传播延迟很短，仍存在较长的串行化延迟。延时问题可通过加速技术得以解决，其中最基本的是TCP加速。这项技术认为，延时造成的响应时间减慢多半是TCP协议等待确认的结果。最简便的解决方法是让拦截设备“监听”TCPACK消息，并管理广域网上的信息传输。这样，最终主机便认为远程端与它并排位于局域网上，从而能够以更快的速度与加速平台互动。此外，在“闲谈式”协议（如CIFS、MicrosoftExchangeMAPI等）所在的应用级别，应用加速也可以“欺骗”应用响应速度和TCPACK。另一种加速技术是Web加F5应用加速技术白皮书4速，它使用嵌入在广域网加速设备中的web代理来进一步加快请求速度。Web加速尤其适用于来自支持web的核心应用、不断重复的序列。根据经验，设备中所提供的加速技术越多，效果越好。•网络资源争用：网络资源争用也是低速广域网中的常见问题。不同的应用对延时和响应时间有着不同要求，而某些应用在教育环境中更受欢迎。优良的广域网加速设备可通过服务质量（QoS）技术为延迟敏感型应用和重要应用分配高于其他服务的优先级。更优秀的加速产品还能使用基于策略的多路径技术，来优化那些存在着多条路径且每条路径都有不同特征的网络。•可视性：网络管理员需要了解服务在网络上的运行方式。与没有提供全面的网络管理工具的解决方案相比，具有强大的流量分析和报告功能的设备能够提供更高价值。下面针对F5广域网加速技术和WEB加速技术进行分析。2.通用型端到端广域网加速技术2.1ACM5TCP优化当应用性能降低时，IT经理通常认为增加带宽可以解决问题。不幸的是，鉴于TCP协议的运作方式，增加带宽也常常无济于事。在广域网中，TCP吞吐率会显著下降，特别是在高延迟的洲际链路中。为了克服这些固有的协议限制，WANJet采用了适应型TCP优化技术（包括会话级应用识别，连续隧道、选择性确认，纠错功能和优化的TCP窗口），以充分利用可用带宽。这样，WANJet便能够实时地适应广域网链路的延迟、数据包丢失及阻塞特征，从根本上加速所有应用流量。通过TCP优化，数据传输能获得以下好处：单一的,共享的拥塞窗口主机在没有竞争的情况下可以获得100%的带宽主机在竞争激烈的情况下可以获得足够的带宽对拥塞没有消极作用:具有LAN性能的WAN2.2TDR扩充WAN能力及应用吞吐量迄今为止大多数网络压缩系统都基于数据包。基于数据包的压缩系统缓冲数据包都通过解压器引导至远程网络。此后，用户可一次压缩一个数据包，或一次压缩多个数据包，然后再发送至在其中反向进行该流程的解压器。基于数据包的压缩功能已应用多年，并且路由器、PN客户端和一些优化厂商的设备都具备这种F5应用加速技术白皮书5功能。基于数据包压缩应用的主要问题是压缩时它将多种数据类型混合在一起。所有压缩例程在处理同类数据时将获得更大的压缩比。在处理异质数据时（例如，多种协议的大量数据包），压缩比率会大大降低。基于数据包的压缩系统会存在其它问题。压缩数据包时，这些系统必须在网络中编写小数据包，并进行其它工作以集合并封装多个数据包。仅有其中一项操作不可能达到最佳效果。在网络中编写小数据包会增加TCP/IP标头的开销。另外，集合并封装数据包会为该数据流增加封装标头。与以前的压缩解决方案不同，WANJet在会话层中运行。这会支持WANJet在处理所有应用类型时能够在完全同类的数据之间进行压缩。随之而来的结果是，与同类基于数据包的系统相比，WANJet的压缩比更高。此外，在会话层中运行时，数据包界限与重新分组的问题也得以解决。这能够使WANJet在数据流中轻松找到匹配的数据，在第三层中这些数据可能是许多分开的字节，但在第五层中可能就是邻近的字节。由于取消了封装阶段，因此在会话层中执行压缩时系统的吞吐率也会增加。2.2.1字典大小所有压缩例程共同存在的局限性是存储空间有限。许多例程，例如gzip，只能存储64Kb的数据。其它技术，例如基于磁盘的压缩系统，可以存储1TB的数据。为了理解字典大小的作用，需要对高速缓存管理内容有一个基本的了解。与请求web站点类似，并非所有网络中传输的字节会在同一个频率下重复。F5应用加速技术白皮书6有时系统会通过高频率传输一些字节，因为这些字节是常用文件或通用网络协议中的一部分。其它字节只会出现一次并且不会重复出现。压缩和堆积定律(Zipf’sLawandHeaps’Law)中描述了频繁重复字节序列和非频繁重复字节序列之间的关系。所有基于当前字典的压缩系统会通过存储频繁访问的数据并删除非频繁访问的数据以进行不均均的分配。通过这种优化方式，存储少于10%的所有字节方式会使命中率超过50%。这种字节方式的不均均分布效果充分证明了公共压缩程序的效率。Gzip仅存储64kb的历史记录，但平均能够压缩近64%的内容。Bzip2能够存