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1 WAAS

1.1 WAAS简介

1.1.1 TFO工作机制

1.1.2 DRE工作机制

1.1.3 LZ工作机制

1.1.4 协议规范

1.2 WAAS配置任务简介

1.3 配置WAAS

1.3.1 配置WAAS类

1.3.2 配置WAAS策略

1.3.3 配置接口应用策略

1.3.4 配置WAAS工作在非对称组网模式

1.3.5 配置TFO优化参数

1.3.6 配置DRE优化参数

1.3.7 配置黑名单

1.3.8 删除WAAS所有配置

1.3.9 还原WAAS的预定义配置

1.4 WAAS显示和维护

1.5 WAAS典型配置举例

1.5.1 预定义WAAS策略配置举例

1.5.2 用户自定义WAAS策略配置举例

1 WAAS

1.1  WAAS简介

WAAS（Wide Area Application Services，广域网应用服务）是能够对广域网链路流量提供优化的一种广域网技术。WAAS设备可以通过配置优化动作，改善广域网链路高延迟、低带宽的缺点。相互通信的WAAS设备在TCP连接三次握手过程中，通过TCP选项协商两端优化动作。WAAS优化动作包括：TFO（Transport Flow Optimization，传输层流优化）、DRE（Data Redundancy Elimination，数据冗余消除）和LZ（Lempel-Ziv compression，LZ压缩）。

1.1.1  TFO工作机制

TFO是指传输层流优化技术。在不改变TCP流量的源、目的IP地址和端口号的情况下，在广域网链路两端对TCP连接进行透明代理，并对广域网链路两端的TCP流量进行优化。TFO优化方式包括：

1. 慢启动优化

传统TCP慢启动时，拥塞窗口初始值为1个TCP分段，每经过一个传输轮次，拥塞窗口就加倍，最后拥塞窗口达到一个合适的值。在广域网环境下，传输时延较大，导致拥塞窗口达到一个合适的值需要经过较长的时间。慢启动优化通过扩大初始拥塞窗口大小的方式来缩短慢启动过程。

2. 扩大接收缓冲区

传统TCP的接收缓冲区最大为64K，即TCP在发送完64K的报文后，需接收到对端的确认报文后才能继续发送数据，即使广域网链路带宽还有空闲，也无法再发送数据。TFO可以把TCP接收缓冲区最大增加到16384K，提高TCP的传输性能。

3. 拥塞算法优化

TCP的拥塞控制算法主要依赖于拥塞窗口，窗口的大小代表在未收到确认报文的情况下能够发送出去的最大数据报文段。拥塞窗口的大小取决于网络的拥塞程度，并且动态地在变化。窗口越大，数据发送的速度越快，则越有可能出现网络拥塞；相反窗口越小，数据发送的速度越慢，则导致数据发送效率低下。TFO拥塞控制算法优化就是要在发送速度与网络拥塞状况这两者之间权衡，选取最好的拥塞窗口大小，使得网络吞吐量最大化且不产生拥塞。

4. 选择性确认

传统TCP在数据的传输过程中采用累计确认机制，发送方需等待一个来回时间根据接收方的确认报文确认丢失的数据，并且可能重传一些已经被接收方正确接收的数据。在多个不连续分段丢失的情况下，这种机制降低了TCP传输的总吞吐量。

SACK（Selective Acknowledgment，选择性确认）允许接收方通知发送方所有正确接收的数据，因此发送方只需要重传丢失的数据。例如，在多个不连续分段丢失的情况下，接收方对未正确接收的不连续数据分别确认，使发送方只重传丢失的数据，实现数据包的选择性重传。

1.1.2  DRE工作机制

DRE是指消除冗余数据技术。在相互通信的WAAS设备上保存重复数据块与字典索引对应的数据字典。数据发送前首先查找字典，如果查找到该数据块的字典表项，则认为之前发送过该数据块，称为重复数据块。发送端将重复数据块替换为字典索引在广域网链路上传输。接收端通过识别字典索引，将其还原成重复数据块，以减少广域网链路传输的数据量，提高数据传输速度。用字典索引替换重复数据块的过程称为DRE压缩。用重复数据块替换字典索引的过程称为DRE解压缩。

1. DRE压缩过程

(1)     数据缓存：将TCP连接上接收的数据块发送给DRE模块前，需要TCP透明代理缓存输入的TCP数据流，以提供给DRE一个较大的数据块。

(2)     数据分块和替换：DRE压缩前将待发送数据划分为互不重叠的数据块，针对数据块来检测是否为重复数据块。

·     如果为重复数据块，用字典索引替换该数据块，并根据该数据块生成MD5摘要，把字典索引和MD5摘要信息发送至接收端；

·     如果不是重复数据块，为该数据块生成对应的字典索引，将该字典索引和数据块添加到本地数据字典中，并根据该数据块生成MD5摘要，把数据块、对应的字典索引和摘要信息发送至接收端。

WAAS采用滑动块检测技术对数据进行分块和检测，滑动块检测技术的优点包括：

·     计算速度快、效率高。

·     对原始数据进行基于固定长度窗口的逐字节滑动比较，可以有效地检测出重复数据块，从而获得良好的重复数据缩减率。

2. DRE解压缩过程

(1)     数据还原：WAAS设备检测接收到的数据，根据接收数据获得对应的原始数据。

·     如果接收到的数据为字典索引，则根据字典索引进行数据字典查询以获取相对应的重复数据块。

·     如果接收到的数据为字典索引和重复数据块，则根据收到的数据创建新的字典表项，并添加到本地数据字典中。

(2)     数据校验：所有数据都还原后，计算解压数据的MD5摘要，并且和报文中携带的摘要信息进行对比。如果相同，则代表解压缩成功；如果不同，则代表解压缩失败，等待对端重新发送数据。

1.1.3  LZ工作机制

LZ压缩是一种数据无损压缩技术。主要是通过自建字典方法来进行压缩替换，其压缩字典存在于压缩结果中。与DRE压缩相比，LZ压缩的压缩率比较低，但其不需要在压缩和解压双方同步保存数据字典，因此内存开销比较小。

1.1.4  协议规范

与WAAS相关的协议规范有：

·     RFC 1323：TCP Extensions for High Performance

·     RFC 3390：Increasing TCP's Initial Window

·     RFC 2581：TCP Congestion Control

·     RFC 2018：TCP Selective Acknowledgment Options

·     RFC 3042：Enhancing TCP's Loss Recovery Using Limited Transmit

·     RFC 2582：The NewReno Modification to TCP's Fast Recovery Algorithm

1.2  WAAS配置任务简介

表1-1 WAAS配置任务简介

1.3  配置WAAS

1.3.1  配置WAAS类

首先要创建一个WAAS类，然后在此WAAS类视图下配置其匹配规则。

表1-2 配置WAAS类

1.3.2  配置WAAS策略

首先创建WAAS策略，然后在此WAAS策略视图下引用指定的类，为不同的类配置不同的动作，并开启对应的优化控制功能。WAAS类可以配置的动作包括：

·     优化动作：对匹配指定WAAS类的TCP流量进行优化处理，包括TFO、DRE、LZ三种方式。其中TFO为必选方式，DRE和LZ为可选方式。

·     直接旁路动作：对匹配指定WAAS类的TCP流量不进行优化处理。

表1-3 配置WAAS策略

1.3.3  配置接口应用策略

在同一台设备上连接广域网的接口上应用WAAS策略，连接局域网的接口上不应用WAAS策略。对从广域网侧发送或接收的报文流量会与广域网接口所引用的策略进行匹配。但如果指定流量经过同一台设备的入接口和出接口都连接广域网，则不对报文进行优化。

一个WAAS策略可以应用于一台设备的多个接口，但一个接口只能应用一个策略。

表1-4 配置接口应用策略

1.3.4  配置WAAS工作在非对称组网模式

若报文的收发均通过设备的同一个接口，则称为对称组网，否则为非对称组网。在非对称组网环境中需要配置WAAS工作在非对称组网模式。

表1-5 配置WAAS工作在非对称组网模式

1.3.5  配置TFO优化参数

拥塞窗口的大小取决于网络的拥塞程度和发送速度，并且动态的在变化。设置合理的慢启动初始拥塞窗口，当拥塞发生后，能够较快的恢复到网络最大传输能力。

配置TFO的保活功能后，系统启动保活定时器。当定时器超时后，如果通信双方仍没有数据传输，则向对端设备发送保活报文，使连接不断开。

接收缓冲区的大小决定了可以接收到的报文大小，用户可以通过设置缓冲区的大小来影响线路的吞吐量。

不同的网络性能需要使用不同的拥塞算法，设置合理的拥塞算法，能够较快的恢复到网络最大传输能力。

配置TFO的最大并发连接数，当超过最大连接数后，后续新建连接的流量不再进行WAAS优化处理。

表1-6 配置TFO优化参数

1.3.6  配置DRE优化参数

DRE优化参数包括以下内容：

·     WAAS匹配偏移步进级别：配置的WAAS匹配偏移步进级别越高，步进的步长就越大，匹配精度也就越低。请根据链路的传输速率配置WAAS匹配偏移步进级别，建议在高速链路上配置高级别偏移步进，提高WAAS匹配的效率；在低速链路上配置低级别偏移步进，确保WAAS匹配的精度。

·     WAAS数据字典表项的老化时间：配置WAAS数据字典表项的老化时间后，设备会循环遍历所有的WAAS数据字典表项，超过老化时间的表项将会被删除。WAAS数据字典表项数量到达最大后，不再新建表项。设备遍历一次WAAS数据字典表项的时间与当前设备上表项数量有关，请以设备的实际情况为准。

表1-7 配置DRE优化参数

1.3.7  配置黑名单

当本端设备配置了WAAS策略并应用于接口时，如果本端设备不能通过此接口与对端设备建立TCP连接，那么系统自动将请求的服务器接口的IP地址和端口号加入黑名单，对匹配黑名单的流量不做任何优化。

在建立TCP连接的三次握手过程中，本端发送携带特定TCP选项的请求报文后，如果发生下列情况，则认为连接建立失败：

·     在指定时间内未作出有效应答。

·     对端设备关闭了TCP连接。

WAAS黑名单是系统实时自动生成的，黑名单表项有一定的生存时间，当黑名单超时后将被系统自动删除。

表1-8 配置黑名单

1.3.8  删除WAAS所有配置

删除WAAS所有配置是指删除WAAS特性的所有配置数据和运行数据，并使WAAS进程退出。

表1-9 删除WAAS所有配置

1.3.9  还原WAAS的预定义配置

还原WAAS预定义配置是把WAAS预定义策略和预定义类的配置还原到WAAS进程第一次启动时的配置，不修改用户自定义的配置。

表1-10 还原WAAS的预定义配置

1.4  WAAS显示和维护

在完成上述配置后，在任意视图下执行display命令可以显示配置后WAAS的运行情况，通过查看显示信息验证配置的效果。

在用户视图下执行reset命令可以清除WAAS的信息。

表1-11 WAAS显示和维护

1.5  WAAS典型配置举例

1.5.1  预定义WAAS策略配置举例

1. 组网需求

·     在Router A和Router B两台设备上应用预定义策略waas_default，默认引用所有的预定义类。

·     Host请求从Server下载数据，通过显示统计信息来检测优化效果。第一次请求下载数据，两端WAAS设备需要创建数据字典表项，发送字典索引和原始数据，压缩效率较低。第二次请求下载同样的数据，由于数据字典已经建立，用字典索引代替重复数据，压缩效率较高。

图1-1 预定义WAAS策略配置组网图

2. 配置步骤

(1)     配置各接口的IP地址

按照图1-1配置各接口IP地址和掩码，具体配置过程略。

(2)     在广域网和各局域网内配置合适的路由协议，保证全网路由可达（具体配置过程略）

(3)     在设备上关闭快速转发负载分担功能。

# 在Router A上关闭快速转发负载分担功能。

<RouterA> system-view

[RouterA] undo ip fast-forwarding load-sharing

# 在Router B上关闭快速转发负载分担功能。

<RouterB> system-view

[RouterB] undo ip fast-forwarding load-sharing

(4)     在接口上应用预定义WAAS策略

# 在Router A的GigabitEthernet0/1接口上应用预定义策略。

[RouterA] interface gigabitethernet 0/1

[RouterA-GigabitEthernet0/1] waas apply policy

[RouterA-GigabitEthernet0/1] quit

[RouterA] quit

# 在Router B的GigabitEthernet0/1接口上应用预定义策略。

[RouterB] interface gigabitethernet 0/1

[RouterB-GigabitEthernet0/1] waas apply policy

(5)     客户端Host通过HTTP协议从Server下载一个约14MB的测试文件。

(6)     清除Router A 的DRE统计信息

<RouterA> reset waas statistic dre

(7)     客户端重新请求下载同一测试文件。

3. 验证配置

# 第一次下载后，显示Router A的DRE统计信息。

<RouterA> display waas statistic dre

Peer-ID: cc3e-5fd8-5158

Peer version: 1.0

Cache in storage: 12710912 bytes

Index number: 49652

Age: 00 weeks, 00 days, 00 hours, 00 minutes, 35 seconds

Total connections: 1

Active connections: 0

Encode Statistics

  Dre msgs: 2

  Bytes in: 286 bytes

  Bytes out: 318 bytes

  Bypass bytes: 0 bytes

  Bytes Matched: 0 bytes

  Space saving: -11%

  Average latency: 0 usec

Decode Statistics

  Dre msgs: 57050

  Bytes in: 14038391 bytes

  Bytes out: 14079375 bytes

  Bypass bytes: 0 bytes

  Space saved: 0%

  Average latency: 0 usec

# 清除统计信息后，重新下载，显示Router A的DRE统计信息。

<RouterA> display waas statistic dre

Peer-ID: cc3e-5fd8-5158

Peer version: 1.0

Cache in storage: 12851200 bytes

Index number: 50200

Age: 00 weeks, 00 days, 00 hours, 2 minutes, 56 seconds

Total connections: 1

Active connections: 0

Encode Statistics

  Dre msgs: 2

  Bytes in: 286 bytes

  Bytes out: 60 bytes

  Bypass bytes: 0 bytes

  Bytes Matched: 256 bytes

  Space saved: 79%

  Average latency: 0 usec

Decode Statistics

  Dre msgs: 62791

  Bytes in: 2618457 bytes

  Bytes out: 13972208 bytes

  Bypass bytes: 0 bytes

  Space saved: 81%

  Average latency: 0 usec

通过比较可以看出：数据字典建立后，第二次下载解压缩接收字节数明显降低，节省空间81%，第二次下载速度明显加快。

1.5.2  用户自定义WAAS策略配置举例

1. 组网需求

·     在Router A和Router B两台设备上应用用户自定义策略。

·     Host请求从Server下载数据，通过显示统计信息来检测优化效果。第一次请求下载数据，两端WAAS设备需要创建数据字典表项，发送字典索引和原始数据，压缩效率较低。第二次请求下载同样的数据，由于数据字典已经建立，用字典索引代替重复数据，压缩效率较高。

图1-2 用户自定义WAAS策略配置组网图

2. 配置步骤

(1)     配置各接口的IP地址

按照图1-2配置各接口IP地址和掩码，具体配置过程略。

(2)     在广域网和各局域网内配置合适的路由协议，保证全网路由可达（具体配置过程略）

(3)     在设备上关闭快速转发负载分担功能。

# 在Router A上关闭快速转发负载分担功能。

<RouterA> system-view

[RouterA] undo ip fast-forwarding load-sharing

# 在Router B上关闭快速转发负载分担功能。

<RouterB> system-view

[RouterB] undo ip fast-forwarding load-sharing

(4)     创建WAAS类

# 在Router A上创建WAAS类c1，在该WAAS类视图下创建匹配流分类的规则为匹配所有TCP流量。

[RouterA] waas class c1

[RouterA-waasclass-c1] match 1 tcp any

[RouterA-waasclass-c1] quit

# 在Router B上创建WAAS类c1，在该WAAS类视图下创建匹配流分类的规则为匹配所有TCP流量。

[RouterB] waas class c1

[RouterB-waasclass-c1] match tcp any

[RouterB-waasclass-c1] quit

(5)     创建WAAS策略

# 在Router A上创建策略p1，配置其引用WAAS类c1，匹配c1报文的优化方式为TFO、DRE和LZ。

[RouterA] waas policy p1

[RouterA-waaspolicy-p1] class c1

[RouterA-waaspolicy-p1-c1] optimize tfo dre lz

[RouterA-waaspolicy-p1-c1] quit

[RouterA-waaspolicy-p1] quit

# 在Router B上创建策略p1，配置其引用WAAS类c1，匹配c1报文的优化方式为TFO、DRE和LZ。

[RouterB] waas policy p1

[RouterB-waaspolicy-p1] class c1

[RouterB-waaspolicy-p1-c1] optimize tfo dre lz

[RouterB-waaspolicy-p1-c1] quit

[RouterB-waaspolicy-p1] quit

(6)     在接口上应用策略。

# 在Router A的GigabitEthernet0/1接口上应用WAAS策略p1。

[RouterA] interface gigabitethernet 0/1

[RouterA-GigabitEthernet0/1] waas apply policy p1

[RouterA-GigabitEthernet0/1] quit

[RouterA] quit

# 在Router B的GigabitEthernet0/1接口上应用WAAS策略p1。

[RouterB] interface gigabitethernet 0/1

[RouterB-GigabitEthernet0/1] waas apply policy p1

[RouterB-GigabitEthernet0/1] quit

[RouterB] quit

(7)     客户端Host通过HTTP协议从Server下载一个约14MB的测试文件。

(8)     清除DRE统计信息

<RouterA> reset waas statistic dre

(9)     客户端重新请求下载同一测试文件

3. 验证配置

# 第一次下载后，显示Router A的DRE统计信息。

<RouterA> display waas statistic dre

Peer-ID: cc3e-5fd8-5158

Peer version: 1.0

Cache in storage: 12718592 bytes

Index number: 49682

Age: 00 weeks, 00 days, 00 hours, 00 minutes, 35 seconds

Total connections: 1

Active connections: 0

Encode Statistics

  Dre msgs: 2

  Bytes in: 286 bytes

  Bytes out: 318 bytes

  Bypass bytes: 0 bytes

  Bytes Matched: 0 bytes

  Space saved: -11%

  Average latency: 0 usec

Decode Statistics

  Dre msgs: 56959

  Bytes in: 13999244 bytes

  Bytes out: 14055291 bytes

  Bypass bytes: 0 bytes

  Space saved: 0%

  Average latency: 0 usec

# 清除统计信息后，重新下载，显示Router A的DRE统计信息。

<RouterA> display waas statistic dre

Peer-ID: cc3e-5fd8-5158

Peer version: 1.0

Cache in storage: 12857856 bytes

Index number: 50226

Age: 00 weeks, 00 days, 00 hours, 2 minutes, 02 seconds

Total connections: 1

Active connections: 0

Encode Statistics

  Dre msgs: 2

  Bytes in: 286 bytes

  Bytes out: 60 bytes

  Bypass bytes: 0 bytes

  Bytes Matched: 256 bytes

  Space saved: 79%

  Average latency: 0 usec

Decode Statistics

  Dre msgs: 62687

  Bytes in: 2592183 bytes

  Bytes out: 13972208 bytes

  Bypass bytes: 0 bytes

  Space saved: 81%

  Average latency: 0 usec

通过比较可以看出：数据字典建立后，第二次下载解压缩接收字节数明显降低，节省空间81%，第二次下载速度明显加快。