广域网概述

概念

  广域网(Wide Area Network ,简称WAN)是一种跨地域的数据通讯网络,通常跨越了一个地区、国家甚至多个国家。其特点表现在:
  主要提供面向通信的服务,支持用户使用计算机进行远距离的信息交换;
  覆盖范围广,通信的距离远,需要考虑的因素增多,如组网成本、线路的冗余、带宽的利用和差错处理等;
  由电信运营商或用户自行负责组建、管理和维护,管理难度大;
  带宽利用率较低,用户体验与LAN(局域网)相距甚远。
  目前普及的广域网接入方式有专线和VPN。专线主要有DDN、SDH和帧中继等,优势表现在传输质量高、时延短、速率高。这一点对政府、金融、能源和企业集团等大型用户在本地和异地间组建"专网"非常适用。它的不足之处主要表现为:对于部分用户而言,费用相对偏高,如果涉及大规模跨区域组网,组网实现周期较长。 VPN(Virtual Private Network)虚拟专用网,借助于VPN设备在Internet或者专线上组建安全性能更高的广域网连接。 优势表现在数据安全性高,组网费用相对较低。不足之处主要为:延迟过高,数据传输和应用系统效率低下。

面临的问题及影响

  当前分布式网络建设越来越多,各企业分支和公司总部之间的网络建设日渐完善,绝大多数企业更倾向于建设集中的数据中心。作为企业网络的心脏,集中方式部署的数据中心面临着众多挑战。扩展性、灵活性、高性能、可靠性、高密度和安全性无一不是数据中心不可或缺的要求,尤其是在数据流急剧增长时还要保障持续稳定的运行。
很难想象用户会在屡次遇到"Server Too Busy"后还能再次访问这个网站;更难以想象正在进行信用卡支付时遇到掉线会有多么严重的后果。那么,如何解决这个瓶颈问题呢?如何才能切实提高网络的服务质量呢?要想解决这个问题,我们首先要搞清楚,造成网络服务质量低下的问题到底有哪些。
下面让我们进入问题的本质,来看一下广域网传输(DDN,SDH,帧中继,ISDN等)究竟受到哪些因素的影响?
与局域网链路相比,通常情况下广域网链路的带宽更低而延时则更高。但在复杂的网络环境中是如何影响应用系统的性能呢?因素主要有五个,其中一个与带宽相关,而其它的四个则相对比较复杂一点,显得不是那么直观,而且一般只会在不存在带宽瓶颈的情况下才会被注意到。
  ◆ 带宽这个瓶颈显而易见
  没有任何一种应用系统在发送数据时可以突破带宽容量的限制,带宽永远是广域网应用会遇到的一个重大问题,但是是不是解决了带宽就能完全解决广域网传输性能问题?是不是我们有了100M的带宽,传输速度就能够达到100M呢?很不幸,很多时候我们并不能使用到物理数据链路所提供的实际带宽大小!
  影响:带宽瓶颈不仅造成现有带宽无法充分利用,在一定程度上造成浪费。有的时候还会造成数据包的丢失以及重传,严重影响数据传输和应用系统的使用效率。
  ◆网络延时才是首要问题
  在我们的内部网络中,网络延时通常是可控的(可以通过更高性能的设备等方式),基本可以达到毫秒级的控制。但是到了公网上,这个时长通常都不是用户所能控制的(在卫星线路或者跨国线路中,这个问题特别明显),而网络延时一方面直接导致我们的系统响应变慢,另外还通过对网络控制协议和应用协议的影响进一步放大对系统响应速度的影响。
  根据实际测试数据显示一条2Mb/s带宽的ADSL线路,在网络延时小于40ms时,线路能达到其带宽允许的最高数据吞吐量,但是当网络延时逐渐增大时,线路传输效率明显下降。当延时达到200ms左右,实际的吞吐量只能达到带宽所允许的最高数据吞吐量的10%左右,实际的测试数据如下图所示:


  在另外的100Mb/s带宽的线路上面进行相同的测试,得到的结果显示在网络延时大于200ms以后,100Mb/s带宽线路的数据吞吐量和2Mb/s的线路几乎下降到同样的水平,所以说在网络延时较大的时候100Mb/s带宽线路的数据传输能力并不比2Mb/s带宽线路的数据传输能力强多少。
  影响:延迟造成的最直观的感受就是应用系统缓慢,难以忍受。比如:1. 启动Notes或者其他邮件收发客户端的时候,在输入用户名和密码之后要等待很长时间才能够进入邮件系统,延时过大的时候甚至在输入用户名或者密码时都需要等待较长的时间。2. 远程文件共享的时候,耗时较长,如果延时过高,甚至造成文件传输失败。3. 应用系统经常由于延时的影响而长时间没有响应,严重的影响了工作效率。
  ◆协议处理机制严重影响网络性能
  目前广域网中使用最广泛的传输协议就是TCP(Transfer Control Protocol)协议,TCP协议是一个确保安全的传输协议,在网络两端的主机建立TCP连接时需要进行三次握手等连接确认机制,但是这些机制往往会因为网络延时和丢包而显得效率低下。比如在访问WEB页面的时候,一个页面中的各个元素都是由单独的TCP会话来进行传输的,可能的会话数达到几十个,每一个会话都要处理繁杂的确认机制,在遇到由于延时或者丢包造成确认不成功时又会重新发起会话,导致页面访问缓慢。
此外在TCP协议传输数据的时候,一端到另一端所正在传输的数据量还受数据报窗口的大小限制,当该窗口满了以后,发送方就无法发送更多的数据,直到接受方确认已经接收了窗口中的部分数据。如果数据报窗口太小的话,必然会影响数据传输和应答的速率,从而影响整个数据链路的吞吐能力。如果传输两端的系统能够很好的对数据窗口大小进行协商的话是可以一定程度上避免出现这种情况的,但是前大部分系统并不能很好的处理广域网环境下的数据报协商机制。
影响:现有带宽无法充分利用,经常出现等待超时,引起数据包的丢包和重传,会造成文件传输耗时长甚至失败,应用程序无响应,严重影响了工作效率。
  ◆重复数据导致效率低下
  在网络两端往往需要传输大量的重复数据,比如公司总部的通知,下属分支机构的每一个员工如果都需要阅读的话,通常情况下每个人的电脑都通过传输线路到公司总部的服务器上面去取相应的文件,这样同样的一份数据在线路中传输了很多次,使得线路带宽的利用率低下。
还有我们发送群组邮件、不同的文件里面有相同的内容(比如word文件的格式、排版等数据都是一样),这样的重复数据大量挤占了我们宝贵的带宽资源,导致重要业务数据无法获得充分的网络资源。
影响:大量重复数据在网络上传输,不仅消耗路由器、交换机的性能,而且造成带宽的浪费,影响应用系统的使用效率。
  ◆应用系统无法与广域网相融合
还有就是一些应用系统的网络交互设计无法和广域网进行很好的融合,就像TCP协议遇到的情况一样。拿我们经常用到的网上邻居来看(网上邻居是WINDOWS系统通过CIFS协议提供的文件共享服务),同样在遇到网络延时和消息大小限制的时候,实际的网络传输效率是会随着延时的增加而迅速下降的。
影响:原本在局域网内正常使用的应用系统,一旦融入到广域网环境中,就变得效率低下甚至无法使用。这大大影响了企业业务范围的拓展,无形中对企业发展形成一道隐形的屏蔽。
  通过上面的内容,我们能够看到:广域网应用存在很多的问题等待我们去解决。处理好这些问题能够极大的提升我们在信息化时代的核心竞争力。