广域网传输中数据与协议优化研究综述

作者:董苹苹;王乐之;孙军;王建新 刊名:计算机研究与发展 上传者:张一楠

【摘要】随着互联网业务的高速发展,人们越来越依赖计算机网络来获取数据信息.但广域网固有的高丢包、大延迟特性使得网络应用的性能不佳.广域网优化技术可以显著提升用户网络体验,目前已成为研究人员和各大网络设备厂商关注的热点.从影响网络性能的不同原因出发,对目前的广域网优化技术深入研究,详细分析了前沿的数据优化和协议优化技术.从数据压缩、数据缓存、数据预取及重复数据消除4个技术层面对数据优化技术进行了详细阐述,同时从传输层优化和应用层优化2个角度分析了协议优化技术.最后对各大广域网优化厂商的核心优化产品及关键技术进行了讨论,进一步给出了广域网优化技术的研究方向.

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随着信息技术的飞速发展和普及应用,高速网络、无线网络、移动网络及数据中心网络等各种新型网络不断发展,成为目前互联网的主要组成部分.同时,互联网上用户和应用模式也在高速增长,应用领域逐步走向多元化.互联网对普通用户的影响已经渗透到经济、文化、娱乐、教育、医疗、交通等社会生活的各个领域.近年来,随着硬件技术的革新及网络优化关键技术的突破,广域网的访问速度有所提升,但仍然不理想.SmartBear公司2012年的最新研究表明[1],对于Web应用而言,57%的用户在3s内还没加载完就会放弃.而当前全球排名前2000的网站平均访问时延为10s,排名前5的网站平均访问时间为4.83s.对于如亚马逊这样规模庞大的电商来讲,网络访问时延每增加1s,1年就会减少16亿美元的销售额.因此,致力于研究如何在现有的网络环境中提高响应速度的广域网优化技术具有重要的研究意义和市场价值.造成广域网性能下降的首要原因是网络协议在拥有丢包、延时等固有特性的广域网上的不适应性.以广泛使用的传输控制协议(transmissioncontrolprotocol,TCP)为例,当网络带宽保持45Mbps,网络丢包率从0.1%增加至5%时,使用传统TCP协议导致链路利用率从97%降至18%[2].此外,重复数据是导致广域网效率低下的另一个重要原因.研究表明,广域网上至少存在50%以上的冗余数据[3],大量重复数据在网络上传输,造成带宽浪费,影响应用系统使用效率.本文从影响网络性能的不同角度出发,从数据优化和协议优化2个方向分析了多种广域网流量加速的关键技术.其中数据优化技术包括数据压缩、数据缓存、数据预取和重复数据消除,协议优化技术重点阐述了TCP优化、HTTP优化及网间协议优化.另外,国内外优化厂商如Cisco,BlueCoat,RiverbedTechnology,SilverPeakSystems,深信服科技有限公司以及华夏创新科技有限公司等,也针对各种网络应用采用不同的优化技术,形成了自身的广域网优化解决方案.本文详细分析了上述优化技术的加速原理,并阐述了相关产品的基本原理、技术特点和部署方式等,通过分析和比较指出了广域网加速技术的研究趋势.1数据优化用户在访问网络时由于时间局部性原理,表现出“短期近似性”.统计发现,互联网上80%的用户仅访问了20%的热门网站.因此,广域网中存在着大量的冗余信息,占用了大量的网络资源.为了减少冗余数据引起的流量负载和网络拥塞,目前广域网加速技术主要采用数据压缩、数据缓存、数据预取和重复数据删除技术来优化数据,旨在提高数据的传输效率,实现广域网稳定、高速和高效的传输数据.其中,数据压缩技术通过特定的编码方式,减少预设的特征码;数据缓存技术可以在本地缓存热点内容,减少网间拥塞和用户访问时延;数据预取技术主动预测并获取用户将来可能访问的数据,提高访问速度;重复数据消除则通过删除文件内部或者不同文件之间的重复数据元素,减少需要传输的数据量.1.1数据压缩网络流量激增导致带宽需求呈指数增长.当带宽不足导致高延迟时,网络应用速度将会变慢.对于诸如IP电话(voiceoverInternetprotocol,VoIP)等延迟敏感型应用而言,将无法容忍如此高的延迟,导致应用无法使用.压缩是从数据流中移除冗余模式的一种优化技术,采用这项技术,将传输更少量的数据包,降低带宽损耗,改善应用性能.目前广域网压缩技术普遍使用基于数据包的压缩,路由器、VPN设备等都具备这种功能.压缩端使用缓冲区缓冲发往对端的数据包,将一个或多个数据包压缩后经广域网发送至反向进行该流程的解

参考文献

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