تحسين شبكة WAN

تحسين الشبكات واسعة النطاق (WAN) هو مجموعة من التقنيات لتحسين نقل البيانات عبر هذه الشبكات . في عام 2008، قُدِّر حجم سوق تحسين الشبكات واسعة النطاق بمليار دولار أمريكي، ^{[ 1 ]} وكان من المتوقع أن ينمو إلى 4.4 مليار دولار أمريكي بحلول عام 2014 وفقًا لشركة غارتنر ، ^{[ 2 ]} وهي شركة أبحاث تقنية. وفي عام 2015، قدّرت غارتنر حجم سوق تحسين الشبكات واسعة النطاق بـ 1.1 مليار دولار أمريكي. ^{[ 3 ]}   

تُعدّ الإنتاجية، ومتطلبات النطاق الترددي، وزمن الاستجابة، وتحسين البروتوكول، والازدحام، كما يتضح من فقدان الحزم، من أكثر مقاييس كفاءة نقل البيانات عبر بروتوكول TCP (أي تحسينها). ^{[ 4 ]} بالإضافة إلى ذلك، يمكن تصنيف شبكة WAN نفسها وفقًا للمسافة بين نقاط النهاية وكمية البيانات المنقولة. ومن بين بنيات شبكات WAN التجارية الشائعة، بنية الربط بين الفروع والمقر الرئيسي، وبنية الربط بين مراكز البيانات (DC2DC). وبشكل عام، تتميز روابط WAN "الفروع" بقربها، واستهلاكها الأقل للنطاق الترددي، ودعمها لعدد أكبر من الاتصالات المتزامنة، بالإضافة إلى دعمها للاتصالات الأصغر حجمًا والأقصر مدة، وقدرتها على التعامل مع مجموعة أوسع من البروتوكولات. وتُستخدم هذه الروابط في تطبيقات الأعمال مثل البريد الإلكتروني، وأنظمة إدارة المحتوى، وتطبيقات قواعد البيانات، وخدمات الويب. في المقابل، تتطلب روابط WAN من نوع DC2DC نطاقًا تردديًا أكبر، وتكون أبعد، وتتضمن عددًا أقل من الاتصالات، إلا أن هذه الاتصالات تكون أكبر حجمًا (من 100 ميجابت/ثانية إلى 1 جيجابت/ثانية ) وأطول مدة. قد تشمل حركة البيانات على شبكة WAN من نوع DC2DC عمليات النسخ المتماثل، والنسخ الاحتياطي، وترحيل البيانات ، والمحاكاة الافتراضية، وغيرها من تدفقات استمرارية الأعمال / التعافي من الكوارث (BC/DR).

لطالما كان تحسين شبكات WAN موضوعًا لبحوث أكاديمية مكثفة منذ ظهورها تقريبًا. ^{[ 5 ]} في أوائل العقد الأول من الألفية الثانية، اتجهت البحوث في القطاعين الخاص والعام نحو تحسين معدل نقل البيانات من طرف إلى طرف لبروتوكول TCP، ^{[ 6 ]} وكان الهدف من أولى حلول تحسين شبكات WAN الاحتكارية هو شبكة WAN الفرعية. مع ذلك، في السنوات الأخيرة، أدى النمو السريع للبيانات الرقمية وما يصاحبه من حاجة لتخزينها وحمايتها إلى ظهور الحاجة لتحسين شبكات WAN من مركز بيانات إلى مركز بيانات. على سبيل المثال، يمكن إجراء هذه التحسينات لزيادة الاستخدام الإجمالي لسعة الشبكة، ^{[ 7 ] [ 8 ]} أو للوفاء بالمواعيد النهائية لنقل البيانات بين مراكز البيانات، ^{[ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]} أو لتقليل متوسط ​​أوقات إتمام عمليات نقل البيانات. ^{[ 11 ] [ 12 ]} كمثال آخر، يمكن لشبكات WAN الخاصة بين مراكز البيانات أن تُحسّن عمليات النسخ الجغرافي السريع والفعال للبيانات والمحتوى، مثل نماذج التعلم الآلي المحسوبة حديثًا أو محتوى الوسائط المتعددة. ^{[ 13 ] [ 14 ]}

تشمل تقنيات تحسين شبكة WAN الفرعية إزالة البيانات المكررة، وخدمات الملفات واسعة النطاق (WAFS)، وخادم وكيل SMB ، وخادم وكيل HTTPS ، والبث المتعدد للوسائط ، والتخزين المؤقت للويب ، وإدارة النطاق الترددي . كما تتمحور متطلبات تحسين شبكة WAN من مركز بيانات إلى مركز بيانات حول إزالة البيانات المكررة وتسريع بروتوكول TCP؛ ومع ذلك، يجب أن يتم ذلك في سياق معدلات نقل بيانات متعددة الجيجابت.

إزالة التكرارات

يُلغي هذا الأسلوب نقل البيانات الزائدة عبر الشبكة الواسعة (WAN) عن طريق إرسال مراجع بدلاً من البيانات الفعلية. ومن خلال العمل على مستوى البايت، تتحقق فوائد في جميع تطبيقات بروتوكول الإنترنت (IP).

ضغط البيانات

يعتمد هذا الأسلوب على أنماط البيانات التي يمكن تمثيلها بكفاءة أكبر. وبشكل أساسي، تُطبَّق تقنيات ضغط مشابهة لتقنيات ZIP وRAR وARJ وغيرها بشكل فوري على البيانات التي تمر عبر أجهزة تسريع الشبكات الواسعة (WAN) القائمة على الأجهزة المادية (أو الآلات الافتراضية ).

تحسين زمن الاستجابة

يمكن أن تشمل هذه التحسينات تحسينات بروتوكول TCP مثل تغيير حجم النافذة، والإشعارات الانتقائية، وخوارزميات التحكم في ازدحام الطبقة الثالثة، وحتى استراتيجيات التواجد المشترك حيث يتم وضع التطبيق بالقرب من نقطة النهاية لتقليل زمن الاستجابة. ^{[ 15 ]} في بعض التطبيقات، يقوم مُحسِّن الشبكة الواسعة المحلي بالرد على طلبات العميل محليًا بدلاً من إعادة توجيه الطلب إلى الخادم البعيد، وذلك للاستفادة من آليات الكتابة المؤجلة والقراءة المسبقة لتقليل زمن استجابة الشبكة الواسعة.

التخزين المؤقت/الوكيل

تخزين البيانات مؤقتًا في ذاكرة التخزين المؤقت المحلية ؛ يعتمد على السلوك البشري، حيث يتم الوصول إلى نفس البيانات مرارًا وتكرارًا.

تصحيح الأخطاء الأمامية

يقلل من فقدان الحزم عن طريق إضافة حزمة استعادة فقدان أخرى لكل N حزمة يتم إرسالها، وهذا من شأنه أن يقلل من الحاجة إلى إعادة الإرسال في روابط WAN المعرضة للأخطاء والمزدحمة.

انتحال البروتوكول

يجمع هذا النظام طلبات متعددة من التطبيقات كثيرة المحادثات في طلب واحد. وقد يشمل أيضًا تبسيط البروتوكولات مثل CIFS .

تنظيم حركة المرور

يتحكم في تدفق البيانات لتطبيقات محددة، مما يمنح مشغلي/مسؤولي الشبكة مرونة في تحديد التطبيقات التي لها الأولوية على شبكة WAN. ومن الاستخدامات الشائعة لتشكيل حركة البيانات منع بروتوكول أو تطبيق معين من الاستحواذ على جزء كبير من البيانات أو إغراق الشبكة على حساب بروتوكولات أخرى تعتبرها الشركة/المسؤول أكثر أهمية. تتميز بعض أجهزة تسريع شبكة WAN بقدرتها على تشكيل حركة البيانات بدقة تفوق بكثير دقة أجهزة الشبكة التقليدية، مثل تشكيل حركة البيانات على أساس كل مستخدم وكل تطبيق في آن واحد.

معادلة

يُحدد النظام أولويات البيانات التي تحتاج إلى معالجة فورية بناءً على استخدامها. ومن أمثلة الاستخدام التي قد تُحقق التوازن: اتصالات الإنترنت المفتوحة وغير الخاضعة للرقابة، وأنفاق VPN المزدحمة.

حدود الاتصال

يمنع هذا النظام حدوث ازدحام في الوصول إلى الإنترنت، ويحول دون حدوث هجمات حجب الخدمة أو الاتصال بالند. وهو الأنسب لروابط الإنترنت المفتوحة، ويمكن استخدامه أيضًا مع روابط أخرى.

حدود معدل بسيطة

يمنع هذا الخيار مستخدمًا واحدًا من الحصول على أكثر من مقدار محدد من عرض النطاق الترددي. وهو الأنسب كحل مؤقت أولي لمعالجة مشكلة ازدحام اتصال الإنترنت أو وصلة الشبكة الواسعة (WAN).