Jak wskazują statystyki, zapotrzebowanie na przepustowości w sieciach WAN - zarówno ze strony firm, jak i użytkowników prywatnych - rośnie z roku na rok i nic nie wskazuje na odwrócenie tego trendu. Coraz większa liczba aplikacji i coraz bardziej rygorystyczne wymagania jakościowe (VoIP, wideo) transmisji sprawiają, że sieci WAN stają się wąskim gardłem.

W sytuacji coraz większego rozproszenia pracowników firmy rynek oczekuje dla użytkowników zdalnych środowiska pracy porównywalnego do sieci lokalnych. Nie można wyłącznie zwiększać przepustowości sieci rozległych, ale należy poszukać sposobów sprawniejszej wymiany danych. Tym bardziej że większe pasmo oznacza większe opłaty. Zamiast skupiać się na zwiększaniu przepustowości łącza, warto zwrócić uwagę na sposób jego wykorzystania. Propozycją rozwiązania problemu ze strony producentów sprzętu są akceleratory aplikacji WAN.

Jakie przyspieszenie?

Akceleracja, czyli przyspieszenie w kontekście sieci WAN, oznacza skrócenie czasu interakcji pomiędzy odległymi aplikacjami, użytkownikami, szybsze pobieranie plików, większą niezawodność transmisji czy ograniczenie zajmowanej przepustowości łącza. Zmniejsza ona także obciążenia serwerów w centrum danych oraz wymaganą przepustowość łącza. Może być realizowana zarówno sprzętowo (appliance), jak i programowo.

Akceleracja dotyczy różnych warstw infrastruktury sieciowej, głównie 4-7. Może to być zarówno usprawnienie protokołów warstwy transportowej (TCP), jak i przyśpieszenie warstwy aplikacji - szyfrowanie, analiza ruchu, wyszukiwanie zmian w danych, kompresja HTTP i XML.

Akceleratory aplikacji WAN umożliwiają przechowywanie zasobów dyskowych firmy w centralnym ośrodku obliczeniowym, przy zachowaniu prędkości pracy zdalnej z danymi porównywalnych do sieci LAN. Umożliwia to rezygnację z przechowywania danych w każdym oddziale, centralizację zarządzania, zwiększenie synchronizacji danych oraz zmniejszenie kosztów obsługi.

Klienci sieci lokalnych do wymiany danych poprzez sieci WAN wykorzystują protokoły zdalnego dostępu do plików, takie jak CIFS (Common Internet File Services - protokół stosowany w środowisku Microsoft (to ulepszona wersja protokołu Server Message Block) czy NFS (Network File System - protokół stosowany w środowisku Unix).

Protokoły te sprawują się dobrze w sieciach lokalnych, lecz wypadają kiepsko, gdy trzeba pobrać dane poprzez sieć WAN. Dzieje się tak z powodu dużej "gadatliwości" tych protokołów, czyli konieczności przesłania wielu komunikatów do i od hostów w celu zrealizowania danego żądania, co w powiązaniu ze zwiększonymi opóźnieniami sieci rozległych jest zabójcze dla płynnej wymiany danych przez aplikacje. Podgląd ruchu sieciowego za pomocą np. tcpdump pozwala stwierdzić, że w sieciach panuje prawdziwa burza komunikatów - nawet podczas bezczynności użytkownika.

Gartner ocenia rozmiar rynku akceleratorów aplikacji w 2005 r. na 1,5 mld USD i prognozuje jego wartość w 2009 r. na 2,3 mld USD. Wraz ze zwiększającą się konkurencją na rynku akceleratorów producenci starają się zaimplementować coraz więcej mechanizmów w pojedynczym urządzeniu. O nadziejach związanych z tym rynkiem najlepiej świadczą przejęcia. Juniper Network zakupił firmy wyspecjalizowane w akceleracji Peribit Networks iRedline Network, Cisco przejął Actona Technologies oraz FineGround Network, F5 Networks wchłonął Swan Labs, a Citrix nabył firmę NetScaler. Pozwoli to tym firmom na dodanie różnych mechanizmów akceleracji do swoich produktów.

<hr size=1 noshade>

Akceleratory aplikacji przeprowadzają buforowanie danych, aby były one dostępne lokalnie, kompresję celem likwidacji przeciążeń sieci oraz symulują potwierdzenia TCP w celu zmniejszenia "gadatliwości protokołów". Akcelerator WAN może być wyspecjalizowany do realizacji pojedynczego zadania lub łączyć kilka funkcji.

<hr size=1 noshade>

Nieefektywność protokołu CIFS

Aby przetransferować pojedynczy plik o rozmiarze 30 MB, CIFS musi przeprowadzić wymianę setek komunikatów pomiędzy klientem a serwerem. W zwykłej sieci LAN zajmie to kilka sekund, natomiast transmisja przez sieć WAN z opóźnieniem 300 ms oznacza 7,5 min oczekiwania.

Zastosowanie akceleratorów aplikacji umiejscowionych na dwóch końcach łącza WAN, np. w data center i zdalnym oddziale firmy, pozwala na skrócenie czasu o 2/3, tj. w naszym przypadku (30 MB) do ok. 2,5 min. Dzięki mechanizmom buforowania kolejne pobranie tego samego pliku przez użytkownika sieci lokalnej zajmie tylko 30 s.

CIFS działa w trybie klient-serwer. Przy pojedynczej wymianie informacji tam i z powrotem (round trip) może przesłać jedynie 61 KB danych. Na każde żądanie musi przyjść odpowiedź przed wysłaniem kolejnego żądania. To wysoce nieefektywna metoda przesyłania danych.

Urządzenia akcelerujące WAN muszą przewidywać prawdopodobieństwo zajścia określonych transakcji CIFS i dokonywać je z wyprzedzeniem w celu zaoszczędzenia czasu, aby klient miał wrażenie pracy w sieci lokalnej.

Wyprzedzające pobieranie danych

Dane, co do których zachodzi podejrzenie, że będą potrzebne, są pobierane przez akcelerator z wyprzedzeniem i tymczasowo przechowywane w pamięci w celu przyszłych odwołań. Po pobraniu pliku przez użytkownika dane są natychmiast kasowane, nie ma miejsca buforowanie plików. Jest to jedynie przejściowe przechowywanie danych, które ma na celu zmniejszenie czasu odpowiedzi CIFS. Jeżeli plik nie będzie wykorzystany w określonym czasie, jest kasowany.

<hr size=1 noshade>

1. Klient CIFS otwiera plik do odczytu.
2. Serwer CIFS w odpowiedzi wysyła identyfikator pliku.
3. Klient CIFS wysyła pierwsze żądanie odczytu, na które serwer odpowiada wysłaniem pierwszej porcji danych. Trwa to relatywnie długo, ponieważ czas przesłania żądania i odpowiedzi determinowany jest opóźnieniem sieci WAN.
4. Na podstawie obserwacji komunikatów wymienianych pomiędzy klientem a serwerem akcelerator WAN jest w stanie określić czy klient CIFS usiłuje pobrać zdalny plik. Jeżeli tak, wówczas akcelerator umiejscowiony po stronie serwera pobiera ten plik z wyprzedzeniem generując lokalnie żądania odczytu do serwera. W przypadku gdy jest to transmisja powtórna lub plik zawiera powtarzające się dane, wtedy akcelerator prześle jedynie niewielką ilość danych. To dodatkowo przyspiesza transfer CIFS.
5. Dane pobierane "w przód" wysyłane są do akceleratora po stronie klienta, gdzie składowane są tymczasowo w oczekiwaniu na żądanie od klienta CIFS. Klient otrzymuje odpowiedzi na swoje żądania pobrania fragmentów pliku z szybkością łącza lokalnego, zamiast otrzymywać paczki 61 KB od odległego serwera. Skraca to znacznie czas pobierania danych.

<hr size=1 noshade>