自那以来,一些应用协议添加语义帮助尽量减少广域网环境应用带宽效率低举例说,网络浏览器今日内存客户端缓存能力网站和内联网应用中传递到WAN的物体元数据包含协议页头中,向客户浏览器提供信息,从而使浏览器能判定是否应缓存用于对象通过使用客户端缓存应用,当同用户请求使用同应用对象时可减少重复传输对象提高该用户性能的同时,当不同用户试图访问同一对象时,该信息完全闲置,因为应用缓存完全嵌入每个客户端,而不是多用户共享应用级缓存不单与缓存对象用户隔离,也与用户工作站内应用隔离表示用户浏览器存有特定文件缓存, 不同的程序无法调用缓存对象 。某些应用要求添加软件升级提供缓存功能
前两节主要侧重于延时带宽使用作为应用层性能挑战,下一节讨论项目“Network基础设施”,并影响应用层性能下一节主要侧重于网络基础设施方面影响端对端性能,并讨论这些挑战如何直接影响到L4-7和端对端性能
网络基础设施
网络本身也产生数不胜数应用性能屏障在许多情况下,网络基础设施本身所显示的挑战加剧了L4-7中发现的挑战举例说,当网络基础设施延迟度高时,应用层延展作用放大应用层带宽无效效果放大时网络可用带宽量不足包损耗对应用性能有不利影响,通常间接作用,因为运输协议对损耗事件作出反应,使网络可用容量接通量正常化本节具体侧重于网络基础设施中对应用性能产生消极影响的问题,并探讨这些问题如何影响前文讨论的L4-7挑战这些问题包括带宽约束、网络延时性、损耗和拥塞
带宽约束
网络带宽可产生性能约束与应用性能相关局域网中发现的带宽从快速以太网(100兆比特)到Gigabit以太网(1千兆比特)到10千兆比特以太网(10千兆比特)这些年来演化,最终100千兆比特以太网(100千兆比特)将开始部署广而言之,局域网带宽容量从应用性能角度讲不是一种限制广域网带宽增速不如局域网带宽增速快,每兆位带宽价比局域网高得多原因主要是广域网带宽通常由承载商或服务提供商提供服务,连接必须遍历网络位置的广度连接两个远端网络多数运算器都做了大量研究 核心网络多点可容客户使用 唯一例外是专用电路 带宽保证
广域网带宽比局域网带宽代价高得多,而今天最常用广域网电路比局域网可部署量小一阶今日远程办公和分支办公环境最常用WAN链路为T1(1.544Mbps)约1/64即快速Ethernet连接容量,即今日网络环境逐步停止使用GigapitEthernet
检查广域网环境应用性能时,必须注意到局域网和广域网环境之间存在带宽差异,因为广域网连接多分布位置带宽差使节点环境分布于互不相容的局域网并被广域网隔开,广域网很容易多点使用在这些例子中,可服务带宽量远小于局域网连接设备中试图通信的部分中的带宽容量通常有数以万计或数以千计或甚至在某些情况下有千个节点试图竞争广域网的贵重带宽,这一事实加剧了这一问题。
图1-3实例说明广域网简单环境多点订阅,两个位置多点连接局域网-快速Ethernet-100Mbps-争取T1可用带宽例子中服务器的位置通过T1连接广域网,并实现500:1多订阅的可能性
网络重订广域网环境
遇到多点订阅时,竞争广域网可用带宽的流量必须在中间网络设备允许的范围内排队排队和调度学科应用可由中间网络元素上配置控带宽分配策略(如服务质量或Qoss)决定万一队列耗竭后,包必须投放,因为多订阅网络设备内没有存储器存储数据供服务使用丢失包将可能影响应用实现更高水平吞吐量的能力,在面向连接运输协议的情况下,可能导致通信节点调整传输速率到允许它们只使用公平比例可用带宽的水平
举个例子,考虑用户通过文件传输协议传送文件用户附着快速Ethernet局域网和服务器,但T1WAN分离两个位置最大可实现吞吐量受T1限制,因为它是通信路径中最慢链路应用吞吐量(假设效率百分数免包损耗)将限制在约1.544Mbps(megabits/second)或193kBps(kiloptes/second)。包损耗近近, 运输协议效率达100%, 用户很可能看到约90%线速率应用吞吐量, 或约1.39Mbps(174kbps)。
进一步举一例,如果两个用户执行相同的测试(FTP转T1),路由器队列(假设不偏向用户方对方QOS策略)将很快耗竭,因为连接开始发现可用带宽包开始下降路由器, 运输协议响应损失并相应调整吞吐量净结果显示,两个节点会快速归并到它们公平分享带宽点上,连接通量会环绕此点(约合1.39Mbps或695kbps的50%,等于86.8kbps)。例子简单化,假设广域网没有包损或延时交通协议的影响将作为网络延迟性、损耗和拥塞讨论的一部分加以审查
网络延时
上一节末尾的例子不计网络延时网络延时表示数据穿行两个通信设备间网络所花时间网络延时被认为是应用性能的静默杀手,因为大多数网络管理员都试图通过向网络加带宽避免应用性能问题(或失败)。简言之,网络延时能对网络容量产生重要影响,而网络容量可由两个通信节点消化
校园局域网延时通常小于1ms,即接收者接收节点传输数据时间小于1ms数目当然会增加,取决于校园局域网地理分布多广,并取决于所遇到的使用量和多订阅量多高广域网内延时通常用数十或数百毫秒测量,远高于局域网内发现值延迟由光或电子传播延迟引起,通常为光速的66%(或2+++108公尺/秒)表面上似乎极快,但伸展远距离时,延时可相当可见。3000里(480万米)的网络距离 纽约和旧金山, 单向约24.1ms需要24.1ms 包从端向端跨过网络假设网络不发生序列延迟、损耗或拥塞,最直接路线通过网络选择,距离小至零偏差假设接收者不需要时间处理数据接收过程,发送节点至少需要52.8ms确认发送段
图1-4显示最简单式的延迟作用会如何影响电话通话性能,这类似于双节点通信
网络延迟挑战
网络延迟作用对应用性能有双重作用网络延迟机制控制传输速率面向连接的保证交付协议,如TCP使用滑窗机制跟踪同级成功接收的数据和可发送更多数据接收数据后生成识别信息,不仅通知发送者接收数据,还解除窗口容量,以便更多数据可用时可传输传输协议控制消息交换网络节点间交换, 网络内发现的任何延迟段也将影响这些控制消息交换速度整体而言,它影响数据从发送者传输缓冲流入网络的速度产生级联效果,对依赖交通协议的应用程序应用性能产生二次影响,这些协议容易受延缓性能阻塞下下文将讨论第二次撞击问题
延迟不仅延迟接收数据并随后接收确认数据,还可能大到令节点无法利用所有可用带宽容量网络容量比发送者滑窗容量大时会遇到这个问题。 网络容量即可同时飞数据量举例说,带百米延缓度的DS3(45Mbps或约5.63MBs)可拥有最多563KB(5.63MBs+++++网络容量称带宽延迟产品乘以延时数计算网络带宽多台计算机今天只有小量内存分配tCP连接(64kB,除非使用窗口缩放),如果网络BDP超过64kB,传输节点将无法成功填充管道。这主要是因为窗口因延时不够快松绑,缓冲区不够大无法保持连接全并假设接收者在远端拥有足够大缓冲,以便发送者立即继续传输
图1-5示例显示延时和小缓冲如何使发报机无法充分利用可用带宽容量
延缓小传输缓冲
对应用性能的第二次影响与应用专用消息相关联,这些消息必须使用延时敏感传输协议交换今日应用大都强健并需要节点间交换数列消息在许多情况下,这些控件消息以串行方式交换,在最终小片可用数据交换前,每一件都以最后几件为基础类型行为应用显示端等待行为, 也称apit ping-pong, 因为许多消息必须按序交换, 才能交换实用数据在许多情况下,这些相同的应用只交换少量数据, 每一小片数据后继再数列控制消息, 通向下一小片数据
本节显示,延迟作用对传输节点运输协议及其有效使用广域网可用容量的能力有影响。并显示ping-pong行为应用会进一步受到影响,因为在受撞击运输协议交换应用层消息时会遇到延迟下一节分析包损耗和拥塞对吞吐量应用性能的影响
损耗和拥塞
包损耗和拥塞对应用吞吐量也有负面影响批量损耗可能由信号退化或故障硬件所引起,但最常见的结果为下列两种假设中的一种结果:
内部多点订阅传输节点内分配连接存储器
高额订阅中间网络设备队列