WAN-accelerators, Hoe werken ze Door: Fred Geerlings Versie: 0.99 Datum: 23-01-2015
Inhoud 1 Inleiding... 3 2 IPknowledge... 3 3 Management Samenvatting... 3 4 TCP protocol... 4 5 Reduceren van Latency... 5 6 Data reductie compressie... 6 7 Data reductie caching... 6 8 Optimaal gebruik van een verbinding... 7 9 Accelereren van applicaties... 8 9.1 CIFS (SMB)... 8 9.2 E-mail (Outlook Exchange)... 9 10 Quality of Service... 10 11 Praktijk resultaten... 11 11.1 Accountancy organisatie... 12 11.2 Defensie... 13 11.3 Datacenter replicatie... 14 11.4 Overheidsorganisatie... 15 12 Riverbed... 16 13 Meer informatie... 16 2
1 Inleiding Dit document geeft inzicht in de werking van de WAN-accelerator. 2 IPknowledge IPknowledge is in 2004 opgericht door een aantal medewerkers van bekende system Integrators in Nederland. Al snel kwam IPknowledge door haar klant KPMG in aanraking met WAN-accelerators. In 2005 werd IPknowledge één van de eerste Riverbed Partners. IPknowledge is Elite Partner van Riverbed en Riverbed Professional Services Partner. 3 Management Samenvatting WAN-accelerators optimaliseren WAN (SatCom)-verbindingen door: Het elimineren van de nadelige effecten van latency; Comprimeren van data; Cachen van Data, ook als deze gewijzigd is; Optimaal vullen van de verbinding Accelereren van applicaties; Quality-of-Service. Uitgebreider én eenvoudiger dan bij Routers. Opmerking: De informatie beschreven in dit document is vereenvoudigd om het beter leesbaar te maken. In praktijk zijn de gebruikte TCP algoritmes complexer. 3
4 TCP protocol Vrijwel alle netwerken zijn gebaseerd op het TCP/IP protocol. Omdat de werking van met name TCP van invloed is op de prestaties van een netwerk, staat we er even bij stil: Als we een file opslaan op de Server, dan wordt deze file verdeeld in stukjes, die Packets worden genoemd. Waarom? TCP/IP is ontwikkeld in de tijd van 300Baud modems. Als tijdens een filetransfer storing optreedt, dan moet de hele file opnieuw worden gestuurd. Verdeel je de file in kleine stukjes, dan hoef je alleen het verloren gegaan pakketje opnieuw te versturen. Ethernet pakketten zijn ongeveer 1,5Kb. Het versturen van een pakketje kost tijd. De tijd die een pakketje er over doet om van de het werkstation op de server te komen noemen we latency, deze wordt meestal uitgedrukt in milliseconden (ms). In de regel geldt dat ongeacht de hoeveelheid beschikbare bandbreedte een file-transfer langzamer gaat als de latency omhoog gaat. De beschikbare bandbreedte wordt in veel gevallen niet gebruikt vanwege de beperkingen van het TCP protocol. 4
Opmerking: Latency wordt veel verward met de zogenaamde Round-Trim-Time (RTT), de RTT is de tijd die een pakketje heen en terug nodig heeft en is over het algemeen gelijk aan 2 x de latency. Zie http://en.wikipedia.org/wiki/latency_%28engineering%29 voor meer informatie. Voorbeelden van latency zijn: Binnen Nederland op glas: 3-5 ms, RTT 6-10ms Binnen Nederland op koper: 14-20 ms, RTT 28-40ms Van Nederland naar US: ~50-60 ms, RTT 100-120ms Van Nederland naar Hong Kong: 130-140ms, RTT 260-280ms Satellietverbinding: 300-400ms, RTT 600-800ms Meer voorbeelden kunt u vinden op http://www.dotcom-monitor.com/webtools/internetbackbone-latency.aspx (let op, de site noemt latency maar bedoeld RTT). 5 Reduceren van Latency Uiteraard kunnen we latency niet reduceren, maar wel de nadelige effecten ervan! Hoe werkt dat? Door de verbinding (in het voorbeeld tussen een PC en Server) op te knippen in 3 stukken: 1. PC WAN-accelerator 2. WAN-accelerator - WAN-accelerator 3. WAN-accelerator Server En de parameters tussen beide WAN-accelerators aan te passen, ontstaat er op het WAN een continue en aaneengesloten stroom van pakketten. Een Filetransfer zal dus veel sneller gaan omdat de beschikbare bandbreedte volledig kan worden gebruikt. 5
6 Data reductie compressie Een WAN-accelerator past (daar waar mogelijk) compressie toe (zoals WINzip). Hiermee wordt bij Office-documenten vaak een factor 2 reductie bereikt, waardoor een File dus ook 2x zo snel wordt geladen! 7 Data reductie caching WAN-accelerators cachen éénmaal verstuurde data en voorzien deze van een uniek kenmerk (label). Wordt dezelfde file nogmaals verstuurd, dan wisselen de WAN-accelerators alleen het label uit. Een File van honderden Kb s wordt zo ineens een Label (van 5 tot 8 bytes)! Maar caching gaat verder! Een aangeboden file wordt in 2 gelijke stukken verdeeld, die beiden ook een eigen label krijgen. Deze stukken worden weer gehalveerd, die ook weer een eigen label krijgen. Dit proces gaat door totdat de stukjes ongeveer 100 tot 300 Bytes zijn. Waarom? Stel u werkt in MS-Word en slaat een file op op de centrale Server. Dan blijkt doe ene d toch een t te moeten zijn. U verandert dit en slaat de file weer op. In dit geval wordt alleen het stukje van de file waarin de d/t staat opnieuw verstuurd, de rest is een handvol labeltjes! 6
8 Optimaal gebruik van een verbinding Omdat de verstuurder van data (een PC of Server bijvoorbeeld) niet weet hoe het netwerk eruit ziet, begint deze data te versturen met een gemiddelde snelheid. Als dit goed gaat, dan wordt de snelheid telkens vergroot, totdat deze een seintje krijgt (van de Router) dat het te snel gaat. De snelheid wordt dan gehalveerd, en weer langzaam op gevoerd, totdat er weer een seintje van de router komt. Onderstaande grafiek geeft weer: De theoretische lijnbelasting (Groen) De praktijk (Rood) De praktijk mét WAN-accelerators (Blauw) 7
9 Accelereren van applicaties Vooral chatty applicaties (applicaties die veel vragen stellen aan bijvoorbeeld een Server) gebruiken veel Roundtrips FILE WHICH FILE? Bij internationale verbindingen is de latency 100-400mS, bij Satellietverbindingen is dit 500mS of meer. 9.1 CIFS (SMB) Een goed voorbeeld is het CIFS (of SMB) protocol, de standaard van Microsoft voor vrijwel alle netwerken. Bij CIFS gaan er zo 30 tot 70 vragen heen-en-weer voordat er überhaupt maar data wordt verstuurd. Bij SatCom betekent dit 30-70x 600ms, dus minimaal 20 tot 40 seconden wachten totdat er begonnen wordt met het oversturen van data (dat in het geval er geen data onderweg verloren gaat)! Mét WAN-accelerators neemt de decentrale WAN-accelerator de rol van de Server over en stelt alle vragen aan de PC, met LAN-snelheid en (vrijwel) géén latency. De zo verzamelde antwoorden worden naar de centrale WAN-accelerator verstuurd, die zich nu opstelt als PC en zo met LANsnelheid en latency met de Server communiceert. Na 1 Roundtrip wordt de 1 e data verstuurd! Dit betekent een winst van 20 tot 40 seconden! 8
9.2 E-mail (Outlook Exchange) Zeker bij Multinationals wordt er follow-the-sun gewerkt en dus ook e-mail verstuurd. Stel: Medewerkers werken van 09:00 17:00 uur. 17:00 uur wordt Outlook op de PC afgesloten, die dit doorgeeft aan de Mailserver (Exchange). Deze houdt binnenkomende e-mail vast tot de volgende morgen 09:00 uur. 09:00 uur De PC wordt aangezet en Outlook wordt opgestart. Deze vraagt vervolgens om de nieuwe email, die prompt door de Mailserver wordt verstuurd. Dit veroorzaakt een duidelijk merkbare piek op het WAN, waardoor andere applicaties trager worden. De nieuwe e-mail komt bovendien traag binnen. Nu mét WAN-accelerators: 17:00 uur wordt Outlook op de PC afgesloten, dit wordt door de WAN-accelerator niet doorgegeven aan de Mailserver (Exchange). Binnenkomende e-mail wordt dus gewoon verstuurd over het WAN. De WAN-accelerators zetten deze e-mail in de cache (labels). Omdat er geen PC is om de e-mail in ontvangst te nemen, wordt deze weggegooid. 09:00 uur De PC wordt aangezet en Outlook wordt opgestart. Deze vraagt vervolgens om de nieuwe e-mail, die prompt door de Mailserver wordt verstuurd. Omdat de centrale WAN-accelerator de e-mail herkend, worden alleen labels verstuurd. E-mail komt dus aanzienlijk sneller binnen en veroorzaken ook géén piek op het WAN! Bovenstaande voorbeelden (CIFS-SMB en Outlook-Exchange) zijn slechts 2 voorbeelden. Moderne WAN-accelerators kunnen zo > 400 applicaties herkennen en accelereren! 9
10 Quality of Service Veel Organisaties hebben Quality-of-Service (QoS) ingeregeld. Configuratie ervan is niet eenvoudig (programmeren van Routers) en veelvuldig overleg met de provider. Dit is in de praktijk vaak een continue proces door de wijzigende applicatie-mix. WAN-accelerators zijn ook in staat QoS toe te passen. Het instellen ervan is erg eenvoudig (GUI) en kan vanuit een Centrale Management Console in één keer worden verstuurd naar alle locaties. Tevens geeft de WAN-accelerator ook informatie over QoS. Het geheel maakt het beheer van Quality of Service diensten zeer eenvoudig en overzichtelijk zodat de beheerders meer tijd overhouden. 10
11 Praktijk resultaten Enkele realistische acceleratie waarden: 11
11.1 Accountancy organisatie Een Europese marktleider op het gebied van accountancy, sterk vertegenwoordigd in Frankrijk, Italië, Spanje, België en Groot-Brittannië. Het netwerk in Nederland was reeds geoptimaliseerd met Riverbed accelerators. De 10Mbps verbinding met het Hoofdkantoor in Parijs leverde problemen op. Een Proof-of-Concept (PoC) gaf 6-8x reductie! 12
11.2 Defensie Toen de Nederlandse troepen Uruzgan verlieten, werden de Compounds overgenomen door de US-Army, incl. de Welfare verbindingen. In de praktijk werd een 20Mbps SatCom verbinding 10 tot 15x geaccelereerd, met pieken tot 600Mbps! 13
11.3 Datacenter replicatie Deze organisatie creëert duurzame oplossingen voor de groeiende vraag naar schaarse hulpbronnen als energie en water door met zorg voor welzijn te streven naar optimaal rendement. Het hoofdkantoor is gevestigd in het Westland. In het Oosten van Nederland beschikte men ook over een locatie, die al snel uitwijklocatie werd. Voor de replicatie van de NetApp storage werd gekozen voor een 20Mbps KPN-lijn, in combinatie met WAN-accelerators. De WAN-accelerators gaven gemiddeld 20x reductie, met uitschieters >100! 14
11.4 Overheidsorganisatie Deze organisatie registreerde werkzoekenden, koppelt werkzoekenden aan vacatures en werkgevers aan cv's via de "beursvloer" in de vestigingen en werkcoaches. Ondertussen is deze organisatie opgegaan in een groter geheel. De Kantoorautomatisering van deze organisatie werd in 2006 uitbesteed aan Atos (toen nog Atos Origin). Omdat er langlopende contracten waren afgesloten voor het WAN heeft IPknowledge onderzocht of dit netwerk bruikbaar was in combinatie met WAN-accelerators. Een PoC heeft aangetoond dat dit kon! Enkele resultaten: WAN Data 849.6 MB LAN Data 11.5 GB Total Data Reduction % Over Last Week 92,00% Peak Data Reduction % Over Last Week 98,00% Peak Data Reduction Occurred At 01-06-06 07:00 Capacity Increase 13.8X Port Reduction LAN WAN Traffic % Total Traffic FTP (21) HTTP (80) CIFS:NetBIOS (139) CIFS:TCP (445) SQL:TDS (1433) MAPI (7830) Other (Optimized) Passed Through (Unoptimized) -- 4.3 GB 1.2 GB -- 0,00% 0 Bytes 0 Bytes 0,00% 98,90% 15 MB 166.4 KB 0,30% 91,20% 61.7 MB 5.4 MB 1,30% 93,30% 2.9 GB 198.1 MB 66,90% 0,00% 0 Bytes 0 Bytes 0,00% 92,50% 235.9 MB 17.5 MB 5,30% 91,80% 117.6 MB 9.6 MB 2,60% 0,00% 1 GB 1 GB 23,30% 15
12 Riverbed Het Amerikaanse bedrijf Riverbed is ruimschoots Marktleider op dit gebied. Dit blijkt vooral uit de laatste Gartner Magic Quadrant: 13 Meer informatie www.riverbed.com www.ipknowledge.net 16