在經(jīng)過二十多年的發(fā)展后，TCP/IP協(xié)議早已不適應(yīng)現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和復(fù)雜應(yīng)用。針對(duì)協(xié)議優(yōu)化，各路廠商各出奇招，在自己擅長的領(lǐng)域里力求補(bǔ)牢TCP/IP。

年關(guān)將至，返鄉(xiāng)大軍又開始了艱難的回家之旅，不僅買票的過程異常波折，連回家也顯得格外擁擠，一些短途的黑車甚至趁機(jī)抬價(jià)，這些都增添了身處異地的親人團(tuán)聚的難度。而他們平時(shí)就工作和生活在自己的城市里，不大會(huì)遇到這樣的問題。

這樣的情形很像今天局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)上的狀態(tài)，雖然廣域網(wǎng)的帶寬已經(jīng)增加了不少，但客戶端響應(yīng)時(shí)間長和數(shù)據(jù)傳輸速度慢的問題仍然十分緊迫，這在很大程度上跟網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)牡讓訁f(xié)議相關(guān)，也就是TCP/IP。

長肥網(wǎng)絡(luò)——環(huán)境的演進(jìn)

TCP/IP在網(wǎng)絡(luò)行業(yè)擁有至高無上的地位，在OSI七層模型中居于網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層最核心的位置，類似于《TCP/IP協(xié)議詳解》這樣的經(jīng)典書籍也是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)工作者最基礎(chǔ)的入門課程。然而，經(jīng)過二十多年（TCP/IP協(xié)議誕生于1983年）的發(fā)展，TCP/IP也面臨很多問題，原有的協(xié)議棧和傳輸機(jī)制同現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境越來越格格不入，其中最具代表性也是TCP/IP最難適應(yīng)的就是所謂的長肥網(wǎng)絡(luò)（LFN，意指長距離廣域網(wǎng)、高帶寬的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境）。

作為傳輸控制協(xié)議，在實(shí)驗(yàn)室低速網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下誕生的TCP/IP協(xié)議，在設(shè)計(jì)初期只是為了保證數(shù)據(jù)在鏈路上的可靠傳輸，其余的問題基本都沒有考慮。如今長肥網(wǎng)絡(luò)廣泛存在于實(shí)際環(huán)境中，TCP協(xié)議的滑動(dòng)窗口，重傳和恢復(fù)等機(jī)制（在此不做詳細(xì)探討）使得廣域網(wǎng)的傳輸效率急劇下降；而隨著廣域網(wǎng)的鏈路速率日益提高，原本TCP的窗口尺寸、慢啟動(dòng)等機(jī)制也無法充分利用網(wǎng)絡(luò)帶寬?！耙恍┢髽I(yè)因?yàn)檫h(yuǎn)程訪問數(shù)據(jù)中心速度慢而擴(kuò)容廣域網(wǎng)帶寬，但是TCP協(xié)議本身的限制，擴(kuò)容后用戶沒有感受到與帶寬提升相應(yīng)的速度提高?！盉lue Coat中國區(qū)產(chǎn)品市場經(jīng)理申強(qiáng)表示。

Riverbed大中華區(qū)產(chǎn)品市場總監(jiān)丁偉談到廣域網(wǎng)傳輸瓶頸時(shí)說，由于物理距離的局限，廣域網(wǎng)上的時(shí)延是不可避免的，一個(gè)T3鏈路（45Mbps）的時(shí)延超過40ms（且TCP窗口較?。r(shí)，數(shù)據(jù)傳輸能力很快下降到與T1鏈路（1.544Mbps）相差無幾的水平上。

F5中國區(qū)技術(shù)總監(jiān)吳靜濤特別指出TCP/IP的容錯(cuò)傳輸機(jī)制問題：“在延遲很小的網(wǎng)絡(luò)上TCP校驗(yàn)包可以忽略不計(jì)，但幾千公里出去，很可能就是幾百毫秒的延遲（中國的網(wǎng)絡(luò)壓力比較大，這種情況很常見），可能光等校驗(yàn)包的累計(jì)時(shí)間就要用分鐘來計(jì)算，這種延遲在廣域網(wǎng)上無疑是致命的。”

在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境變化的同時(shí)，應(yīng)用復(fù)雜度也疾速提升。在早期客戶端多為C/S架構(gòu)時(shí)，一個(gè)TCP連接就對(duì)應(yīng)一個(gè)應(yīng)用，類似于慢啟動(dòng)、窗口遞增和丟包減半等機(jī)制的效率還是很高的。但如今用戶更關(guān)注的往往是應(yīng)用層的交易（而不是連接），且大部分應(yīng)用已經(jīng)B/S化，一次交易對(duì)應(yīng)很多Web對(duì)象的訪問和多次的TCP連接，給服務(wù)器端帶來極大的性能壓力。

北京郵電大學(xué)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究院教授，信息網(wǎng)絡(luò)中心主任馬嚴(yán)則指出，TCP在無線領(lǐng)域也不是太適應(yīng)，原有協(xié)議對(duì)丟包和抖動(dòng)并不是非常關(guān)心，在抗干擾能力、多徑效應(yīng)、丟包參數(shù)控制等方面，TCP有很大的改進(jìn)余地。

廣域網(wǎng)優(yōu)化——TCP的修補(bǔ)

實(shí)際上，業(yè)界對(duì)于TCP/IP協(xié)議的各種修補(bǔ)和優(yōu)化時(shí)間也不算短了，還誕生了不少專門做這件事情的公司，而對(duì)于傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)廠商來說，也通過一些QoS的辦法盡量彌補(bǔ)TCP不足。

神州數(shù)碼網(wǎng)絡(luò)有限公司產(chǎn)品經(jīng)理陳智勇告訴我們，目前在底層（相對(duì)于應(yīng)用層）上通常采用的辦法是在遵循原有協(xié)議的基礎(chǔ)上，通過對(duì)硬件和代碼層面上的改動(dòng)（如提高查表速度，ARP刷新速度、防護(hù)ARP攻擊等）提高網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的性能。

以狀態(tài)監(jiān)測防火墻為例，設(shè)備必須記錄每條信息的狀態(tài)，其并發(fā)的TCP連接可能達(dá)到上百萬個(gè)，復(fù)雜應(yīng)用甚至達(dá)到上千萬個(gè)，對(duì)CPU的計(jì)算能力影響非常大。于是人們想出了不同的解決方案：如AISC將查表的過程放在硬件的芯片或電路上來做，或者采用NP的方式針對(duì)三層路由提升性能，但這些手段或者不夠靈活，或者無法實(shí)現(xiàn)高層TCP會(huì)話重組等功能。目前在一些高端應(yīng)用上更多采用的辦法是“多核+FPGA”的路子，既可以解決計(jì)算能力，又能夠?qū)崟r(shí)編程。

另外，在以硬件產(chǎn)品提升性能的基礎(chǔ)上，針對(duì)城域網(wǎng)/教育網(wǎng)/園區(qū)網(wǎng)等環(huán)境，神州數(shù)碼還在帶寬最小的出口鏈路上實(shí)施QoS，通過協(xié)議/應(yīng)用的識(shí)別進(jìn)而實(shí)現(xiàn)優(yōu)化，保障重要應(yīng)用（時(shí)延敏感的應(yīng)用）的帶寬和優(yōu)先級(jí)。“這種方式?jīng)]有對(duì)協(xié)議棧進(jìn)行任何干擾，更為實(shí)際一些?！?陳智勇表示，“如果通過協(xié)議干擾的方式，一旦識(shí)別出錯(cuò)，就會(huì)影響正常用戶應(yīng)用，這個(gè)風(fēng)險(xiǎn)是很大的。”

實(shí)際上，有很多網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化廠商也都實(shí)現(xiàn)了針對(duì)TCP流量分類和速率控制上的QoS優(yōu)化。申強(qiáng)表示，“用戶需要在網(wǎng)絡(luò)上界定每一個(gè)數(shù)據(jù)是什么，使用效果怎么樣，但TCP自身缺乏服務(wù)質(zhì)量和信令控制，其提供的端口信息在很多情況下已經(jīng)沒有任何作用了?！?/P>

對(duì)此，Blue Coat通過在去年收購Packeteer進(jìn)一步完善了其應(yīng)用交付解決方案，通過綜合分析應(yīng)用層和網(wǎng)絡(luò)層信息，從相同的TCP端口中真正區(qū)分出每個(gè)應(yīng)用。另外，在做控制時(shí)改變了傳統(tǒng)隊(duì)列機(jī)制加TCP丟包去做擁塞控制的低效率方式，利用TCP本身流控能力，去把每個(gè)應(yīng)用平穩(wěn)地約束在所在帶寬上，不會(huì)有擁塞也不會(huì)有丟包。

從應(yīng)用層角度出發(fā)，包括Blue Coat、F5、Riverbed等公司在內(nèi)的優(yōu)化廠商經(jīng)常采用一種類似于“協(xié)議欺騙”的方法實(shí)現(xiàn)優(yōu)化。具體來說，通過在服務(wù)器和客戶端分別放置代理設(shè)備，構(gòu)建代理設(shè)備與服務(wù)器的局域網(wǎng)連接環(huán)境，由代理設(shè)備代替客戶端進(jìn)行TCP校驗(yàn)的交互，極大地節(jié)省了廣域網(wǎng)鏈路上的延遲累計(jì)時(shí)間；同時(shí)，在面向廣域網(wǎng)的一側(cè)，代理設(shè)備往往通過改進(jìn)的TCP/IP協(xié)議進(jìn)一步優(yōu)化傳輸效果，不僅降低了服務(wù)器負(fù)載，還優(yōu)化了應(yīng)用，提高了用戶體驗(yàn)。

而針對(duì)大量TCP連接對(duì)服務(wù)器資源的占用問題，吳靜濤表示，通過One Connect和TCP Express等連接優(yōu)化手段可以釋放服務(wù)器壓力。F5的廣域網(wǎng)優(yōu)化設(shè)備可以直接實(shí)現(xiàn)TCP連接的優(yōu)化，例如外部用戶發(fā)起的1萬個(gè)連接，經(jīng)過設(shè)備以后可合并成100個(gè)甚至更少的長連接到服務(wù)器，幫用戶免費(fèi)節(jié)省30%左右的服務(wù)器壓力。此外，當(dāng)客戶端很慢的時(shí)候，還可以先將服務(wù)器的回應(yīng)包緩存在設(shè)備內(nèi)，盡快結(jié)束和服務(wù)器的連接，再由優(yōu)化設(shè)備慢慢將服務(wù)器回應(yīng)傳輸給客戶端，這樣也可以降低服務(wù)器的在線連接，更好的發(fā)揮服務(wù)器能力（一般在服務(wù)器端實(shí)現(xiàn)，與客戶端無關(guān)，大型應(yīng)用上比較多）。

此外，吳靜濤還特別提到對(duì)復(fù)雜應(yīng)用的TCP優(yōu)化：復(fù)雜應(yīng)用的用戶會(huì)話一般由多個(gè)TCP（甚至是UDP）連接組成，在多個(gè)連接間存在相互關(guān)聯(lián)關(guān)系，在大的服務(wù)集群中，如果不能通過輔助處理將這些關(guān)聯(lián)的連接標(biāo)識(shí)，并交由一個(gè)集群節(jié)點(diǎn)服務(wù)，就會(huì)出現(xiàn)訪問故障。例如用戶的注冊(cè)和訪問必須在同一集群節(jié)點(diǎn)，如果將注冊(cè)和訪問的兩個(gè)不同的TCP連接分配到不同的集群節(jié)點(diǎn)，訪問失敗是必然的。如何判斷這些不同的TCP聯(lián)機(jī)是否關(guān)聯(lián)，或是否由一個(gè)用戶發(fā)起是和應(yīng)用相關(guān)的，比如HTTP協(xié)議可以用Cookie或會(huì)話ID，而移動(dòng)用戶可以用Calling ID或手機(jī)號(hào)碼，而這些處理方法都是TCP協(xié)議沒有涵蓋的，需要高層協(xié)議或其他設(shè)備的支持。

丁偉則重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)了在協(xié)議加速和應(yīng)用層代理基礎(chǔ)上針對(duì)用戶原始數(shù)據(jù)的優(yōu)化，這也是Riverbed在廣域網(wǎng)優(yōu)化方面比較有特色的地方?！肮庠赥CP上做文章還不夠，尤其是在有限帶寬的廣域網(wǎng)上，如何在傳輸之前先把本身的數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化同樣重要?！倍ケ硎?，“如果將文件進(jìn)行解析會(huì)發(fā)現(xiàn)，任何兩點(diǎn)間的傳輸都有很多重復(fù)的數(shù)據(jù)，如果把這個(gè)字和表達(dá)先存在當(dāng)?shù)?，只傳過去一個(gè)索引，再把原來暫時(shí)儲(chǔ)存的內(nèi)容字典還原，可以從數(shù)據(jù)的檢索方面節(jié)省大約80%的流量。不過，加密文件和VoIP、實(shí)時(shí)視頻等特殊數(shù)據(jù)除外。”在加上Riverbed在協(xié)議優(yōu)化方面的High Speed TCP技術(shù)（可實(shí)現(xiàn)TCP窗口動(dòng)態(tài)分配和隧道捆綁），以及通過WDS Steelhead加速設(shè)備實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用層代理，真正實(shí)現(xiàn)了Riverbed針對(duì)廣域網(wǎng)優(yōu)化的“三管齊下”。

最后，針對(duì)TCP的優(yōu)化設(shè)備甚至還能解決網(wǎng)絡(luò)安全問題。“在互聯(lián)網(wǎng)上最常見的DoS/DDoS攻擊，主要是利用TCP的Syn來進(jìn)行攻擊?！眳庆o濤表示，“通過Syn cookie和Delay Binding（延遲綁定）技術(shù)可以用來解決這個(gè)問題。F5的TMOS架構(gòu)采用雙TCP堆棧技術(shù)，客戶端和F5設(shè)備先建立TCP連接，在F5設(shè)備收到真正的請(qǐng)求包后，才會(huì)代理客戶端發(fā)起訪問，這樣的處理方法保證攻擊根本無法到達(dá)服務(wù)器，來保證應(yīng)用的正常服務(wù)，很多的銀行網(wǎng)銀系統(tǒng)和互聯(lián)網(wǎng)站都是采用這種處理方法?！?/P>

IPv6——IP的修補(bǔ)

與TCP協(xié)議本身優(yōu)化手段較少不同，IPv6的出現(xiàn)極大地解決了IP協(xié)議優(yōu)化的問題。對(duì)此馬嚴(yán)表示，“在緩解IP地址空間的同時(shí)，IPv6還簡化了包頭，使得從前除源地址和目的地址外的十字段IPv4包頭改為IPv6的六字段，同時(shí)IPv6的包頭是定長的，這些都使得網(wǎng)絡(luò)上負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)的路由器開銷減小，進(jìn)而硬件性能得以提高。另外，協(xié)議層要求在IP層上增強(qiáng)安全防護(hù)措施，其中IPSec是強(qiáng)制實(shí)施的，使得IPv6的安全特征有所增強(qiáng)，并且即插即用的特征也增強(qiáng)了?！?/P>

馬嚴(yán)表示，目前北京郵電大學(xué)全校的有線/無線接入網(wǎng)絡(luò)都采用IPv4/IPv6雙棧，并且服務(wù)也有1/3放了上去，雖然在地址空間和安全方面的特性不很明顯，但即插即用的功能還是不錯(cuò)，幾乎感覺不到要做什么配置。

據(jù)悉，“中國下一代互聯(lián)網(wǎng)示范工程”歷時(shí)五年的發(fā)展，已建成世界上最大的IPv6示范網(wǎng)絡(luò)，在真實(shí)IPv6源地址認(rèn)證和下一代互聯(lián)網(wǎng)過渡等核心技術(shù)方面已經(jīng)走在世界的前列，初步形成了僅次于美國的下一代互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)群，并有望在國際上率先實(shí)現(xiàn)IPv6商用。此外，我國國產(chǎn)IPv6網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的全球市場占有率已經(jīng)躍居世界第二，僅次于美國。中國下一代互聯(lián)網(wǎng)示范工程已經(jīng)向互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)組織IETF申請(qǐng)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)草案9項(xiàng)，獲批2項(xiàng)，這也是中國第一次進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)核心標(biāo)準(zhǔn)領(lǐng)域。

不過，一些專家也指出，我國下一代互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)整體還較弱，尚未形成包括設(shè)備制造、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營、軟件和信息資源開發(fā)、信息服務(wù)、終端研制的產(chǎn)業(yè)鏈。同樣值得警惕的是，與我國在下一代互聯(lián)網(wǎng)上取得的成就相比，我國現(xiàn)在擁有的IPv6地址數(shù)量不容樂觀。

“IPv6還是繼承了IPv4的一些設(shè)想，雖然附帶了QoS、安全、VPN等方面的特性，但必須源到目的之間每個(gè)節(jié)點(diǎn)都要真正支持才行?！标愔怯卤硎玖肆硗庖环N擔(dān)憂，“由于各個(gè)廠商支持TCP/IP的程度不一樣，附加特性會(huì)被有意無意地忽略掉，使得建成的IP網(wǎng)絡(luò)變成一個(gè)盡力投送的網(wǎng)絡(luò)。因此從改變協(xié)議方面去努力只是一個(gè)方面，不如提高現(xiàn)實(shí)的部署和應(yīng)用?！?/P>

陳智勇談到，如果根據(jù)IPv6設(shè)計(jì)框架，各種特性還是需要每個(gè)節(jié)點(diǎn)支持，走IPv4原有路線的話，成功的可能性還是不夠大。神州數(shù)碼在支持IPv6協(xié)議方面比較全面一些，但還是不夠，需要大家一起都來做。目前IPv6全球論壇正在對(duì)支持IPv6的產(chǎn)品進(jìn)行認(rèn)證，一步一步地認(rèn)證各個(gè)階段，最后通過認(rèn)證的設(shè)備就支持了完整的協(xié)議棧。

針對(duì)用戶向IPv6網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)，申強(qiáng)表示：“我們和很多企業(yè)網(wǎng)用戶探討，可否將你的網(wǎng)絡(luò)直接演進(jìn)到IPv6了？一些用戶認(rèn)為客戶端、服務(wù)器、路由器都可以支持了。實(shí)際上，IPv6的連接性不是最大的制約問題，現(xiàn)有的QoS設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備、應(yīng)用層安全設(shè)備、管理系統(tǒng)、審計(jì)系統(tǒng)等全部要向IPv6演進(jìn)，不是一個(gè)真正可運(yùn)營可管理的IPv6網(wǎng)絡(luò)?！彼硎綛lue Coat在這方面做了很多工作，憑借其IPv6 Ready的Proxy SG設(shè)備，這家公司正在幫助日本和北美的一些企業(yè)客戶將他們系統(tǒng)上的管理和安全機(jī)制向IPv6演進(jìn)。

TCP/IP協(xié)議優(yōu)化方式一覽表

編看編想：全面調(diào)理 無特效藥

這篇文章談了不少TCP/IP協(xié)議優(yōu)化方面的技術(shù)（詳見本文表格），本來打算在這里做一個(gè)效果對(duì)比的，最終放棄這個(gè)想法的原因，是發(fā)現(xiàn)這些技術(shù)實(shí)際上并非互斥，而是互相呼應(yīng)，互為補(bǔ)充的。從嚴(yán)格意義上來說，類似于壓縮和緩存技術(shù)這樣的技術(shù)甚至不應(yīng)當(dāng)算作是TCP/IP協(xié)議優(yōu)化的一部分（有些人將之看成是節(jié)省帶寬的一種途徑），而實(shí)際上它們都是在解決由于協(xié)議弊端而帶來的問題。

馬嚴(yán)在采訪中表示，對(duì)于廣域網(wǎng)來說，目前有若干和TCP并行的SCTP、XTP等算法，但都沒有得到普及，想要替代TCP的結(jié)果都是不成功的。的確如此，在現(xiàn)實(shí)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，TCP/IP協(xié)議的應(yīng)用太廣泛了，如果網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的協(xié)議棧不一樣，難免出現(xiàn)互聯(lián)互通問題，比網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化還要麻煩?？梢哉f，除非徹底推翻協(xié)議棧（短期內(nèi)當(dāng)然是不可能的），并沒有根除TCP/IP弊病的特效藥，而應(yīng)當(dāng)是一個(gè)全面調(diào)理，綜合治愈的整體解決方案。

畢竟，對(duì)于用戶來說，希望獲得的是一個(gè)端到端的性能提升，必須要求從各個(gè)層面的各種技術(shù)綜合運(yùn)用。從原始數(shù)據(jù)的優(yōu)化開始，到網(wǎng)絡(luò)硬件的性能提升，再到TCP層面的QoS流控，以及應(yīng)用層的協(xié)議優(yōu)化等，這些技術(shù)手段就像是一個(gè)個(gè)中藥匣子。同時(shí)，針對(duì)用戶不同類型的應(yīng)用，還要各種手段密切搭配，配好藥方，最后才能達(dá)到更好的協(xié)議優(yōu)化效果，實(shí)現(xiàn)用戶體驗(yàn)的完美提升。

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