WAAS技术白皮书

1概述

• 产生背景：随着IT基础架构整合和数据集中化趋势，企业应用系统交付越来越多通过广域网进行，但广域网分支与总部之间存在通信环境不佳、用户体验差、带宽利用率不足、关键业务带宽质量无法保证等问题，因此需要广域网优化技术。
• WAAS技术体系：WAAS（广域网应用服务）技术可优化广域网链路流量，改善高延迟、低带宽问题，包括TCP优化和UDP优化。
  • TCP优化：加速文件传输，降低网络延迟和丢包率，提升基于TCP的应用传输性能，支持TFO、DRE、LZ压缩、包复制等技术。
  • UDP优化：降低丢包率，减少网络带宽使用，支持FEC、LZ压缩、包复制（仅RTP协议支持）等技术。
• WAAS优化流程：涉及LAN到WAN和WAN到LAN两个方向的流量，以TCP优化为例，包括协商优化能力、LAN-to-WAN流量压缩（DRE或LZ）、WAN-to-LAN流量解压缩。 2WAAS技术实现
• TFO技术实现：
  • 简介：在不改变TCP流量源、目的IP地址和端口号的情况下，通过广域网链路两端透明代理进行优化，支持慢启动优化、扩大接收缓冲区、拥塞控制算法优化、选择性确认等方式。
  • 慢启动优化：通过扩大初始拥塞窗口大小缩短慢启动过程。
  • 扩大接收缓冲区：将TCP接收缓冲区最大增加到16384K，提高传输性能。
  • 拥塞控制算法优化：在发送速度和网络拥塞状况之间权衡，选取合适的拥塞窗口大小，如Reno、BIC、BBRv1、BBRv2等，各算法关键技术和推荐使用场景见表2。
  • 选择性确认：SACK机制允许接收方通知发送方所有正确接收的数据，实现数据包的选择性重传，提高传输效率。
• DRE技术实现：
  • 简介：消除冗余数据技术，通过双向数据库保存先前检测到的TCP流量，以索引替代重复数据块，减少传输数据量，提高传输速度。
  • 基本原理：发送端查找DRE字典，将重复数据块替换为字典索引传输（DRE压缩），接收端识别字典索引还原成重复数据块（DRE解压缩）。
  • 处理流程：发送端将数据划分为互不重叠的数据块，检测重复数据块，使用字典索引替换并生成MD5摘要发送；接收端根据字典索引获取原始数据。
• LZ技术实现：
  • 简介：数据无损压缩技术，通过自建字典方法进行压缩替换，压缩字典存在于压缩结果中，兼顾压缩率和处理速度。
  • 基本原理：将历史数据中出现过的字符串序列用特殊格式或小序列表示，达到压缩效果。
  • 处理流程：将原始数据划分为子序列，对重复子序列使用序列偏移和匹配长度代替，生成压缩报文发送；接收端根据压缩报文进行解压缩。
• FEC技术实现：
  • 概念介绍：前向冗余纠错技术，通过生成冗余包帮助接收端恢复丢失的数据包，包括冗余包、平均抗丢包率、编码块包数等概念。
  • 基本原理：发送端根据配置生成冗余包，接收端根据冗余包信息解码还原丢失的数据包。
  • 处理流程：发送端缓存原始数据包，达到编码块包数或超时时间时进行FEC编码生成冗余包并发送；接收端缓存原始数据包和冗余包，进行FEC解码恢复丢失数据包。
  • 类型：A-FEC（自适应FEC）根据实时丢包率调节平均抗丢包率，D-FEC使用配置的固定平均抗丢包率。
• 包复制技术实现：
  • 简介：利用多链路优势，将同一份报文从两条链路发送，接收端通过互补整合成完整报文流，降低单链路丢包导致的业务中断。
  • 基本原理：发送端查询WAN出接口是否存在等价链路，存在则复制报文并从两条链路转发；接收端对接收到的报文进行去冗余和保序处理。
  • 处理流程：报文识别、报文复制、报文去冗余、报文保序。
  • 应用场景：仅支持VXLAN组网环境，适用于可靠性要求高且流量较小的业务（如付款、紧急呼叫等）。 3典型组网应用
• TFO+DRE优化场景：适用于数据中心提供视频和游戏服务，用户通过广域网访问，通过在广域网接入设备上部署TFO+DRE技术，降低丢包率，改善高延迟、低带宽问题。
• TCP/UDP单向LZ压缩：适用于企业总部与远程分支之间的数据传输，通过在发送端开启TCP/UDP单向LZ压缩功能，节约带宽。
• FEC优化场景：适用于语音、视频等对带宽和时延要求高的数据流，通过开启FEC优化功能，对抗网络丢包问题，减少视频卡顿和花屏现象，保证音视频会议通话质量。
• 包复制优化场景：适用于双WAN链路跨VXLAN网络和总部连接的场景，通过部署WAAS的包复制功能，降低甚至解决单链路丢包、乱序问题，保证业务高可靠性。 4参考文献
• RFC 1323：TCP Extensions for High Performance
• RFC 2582：The NewReno Modification to TCP's Fast Recovery Algorithm
• RFC 2733：An RTP Payload Format for Generic Forward Error Correction