WAN Optimierung

Grundlagen

Unter der Bezeichnung „WAN Optimierung“ werden technische Mechanismen zusammengefasst, welche einzeln sowie kombiniert zur bestmöglichen Auslastung der Übertragungsbandbreite in einem Weitverkehrsnetz beitragen und die Performance genutzter Applikationen steigern.

Übersicht optimierbarer Applikationen
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WAN Optimierungsmechanismen für eine "LAN"-like Performance

WAN Optimierung: Daten komprimieren & Daten zwischenspeichern (Compression & Caching/De-Duplication)

Schematische Komprimierungsdarstellung
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Diese Techniken minimieren das Datenvolumen einer Übertragung, indem wiederkehrende Datenmuster identifiziert und anschließend in ein Format mit geringerer Bit-Größe umgewandelt werden. Wurde ein Datenmuster bereits einmal versandt, bleibt dies an den Endpunkten einer Verbindung im Cache gespeichert. Bei einer erneuten Anfrage wird anstatt der wiederholten Übermittlung ein Platzhalter (Token) in den Datenstrom eingesetzt. Die Deduplikation erfolgt auf Layer 3 (Network Layer, IP Layer) in Echtzeit. Erst bei einer Veränderung des Datenmusters wird dieses neu übertragen.

WAN Optimierung: Daten regeln (QoS shaping)

Bandbreitennutzung mit und ohne QoS
Bandbreitennutzung mit und ohne QoSKlicken um Bild zu vergrößern

Mit Hilfe von festgelegten Regeln werden explizierte Datenmuster identifiziert und entsprechend Ihrer Relevanz bei einer Übertragung bevorzugt oder geblockt. Es lassen sich somit für Anwendungen individuell Bandbreiten konfigurieren.

WAN Optimierung: TCP optimieren (TCP Acceleration)

Beseitigung von Window-Effekten
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Der Datendurchsatz im TCP Protokoll basiert auf einer Fenstergröße (Windows-Size) von ca. 64 kByte. Die Fenstergröße zeigt an, wie viele Daten der Sender übertragen kann, bevor er vom Empfänger eine Empfangsbestätigung (Acknowledge) erhält. Die Wartezeit auf die Empfangsbestätigung bestimmt dabei die maximale Transportgeschwindigkeit der Übertragung. Über große Distanzen können somit Latenzzeiten im Millisekundenbereich entstehen und zu langsamen Übertragungen führen. Mit TCP Optimierung wird die Fenstergröße auf ca. 1 GByte erhöht, um die sogenannten „Window-Effekte“ bestmöglich zu beseitigen.

Eine weitere Methode zur TCP Optimierung bildet das Round-Trip Measurement. TCP gewährleistet eine gesicherte Datenübertragung durch das wiederholte senden eines Segments nach nicht erhaltener Sendebestätigung innerhalb eines bestimmten Zeitintervalls (Retransmission Timeout (RTO)).  Dieses Zeitintervall wird durch die Errechnung des Mittelwerts der gemessen Paketumlaufzeit (Round-Trip Time (RTT)) bestimmt. Round-Trip Measurement ermöglicht eine effizientere Messung der Round-Trip Time, indem nicht die Zeit je Fenster bestimmt sondern ein Zeitstempel auf allen Paketen gemessen wird. 

Multimedia Optimierung durch Splitstreaming und Multimedia-Caching

Für die Optimierung von bandbreitenintensiven Multimedia-Anwendungen wie IP-TV, Videokonferenzen etc. besteht die Methode Splitstreaming. Hierbei wird ein gleicher Videostream nicht an jeden einzelnen Nutzer sondern an eine Zwischenstelle übertragen, welche den Stream anschließend verteilt. Eine weitere Methode, speziell für das Abrufen von Videodaten, ist das Multimedia-Caching. Wurde ein Video bereits einmal an einem Standort heruntergeladen, bleibt dieses im Cache gespeichert und wird bei einer erneuten Anfrage des gleichen Videos nicht nochmals neu übertragen.

WAN Optimierung: Forward Error Correction (FEC) und Packet Order Correction (POC)

Forward Error Correction (FEC) wird auf der Netzwerk-Ebene angewandt, um bei verloren gegangenen IP-Paketen erneute Paketübertragungen zu verhindern. Das Verfahren ergänzt hierfür bei einer Datenübertragung die IP-Pakete um ein zusätzliches FEC-Paket. Wird beim Empfänger ein Verlust eines IP-Paketes festgestellt, kann dieses durch das FEC-Paket rekonstruiert werden, ohne eine erneute Datenübertragung zu benötigen.

Packet Order Correction (POC) minimiert Datenverluste, indem jedes zu übertragende Datenpaket eine Markierung erhält (Tagging). Nehmen Datenpakete bei einer Übertragung unterschiedliche Wege, können sie durch die eindeutige Kennzeichnung auf der Empfängerseite korrekt zugeordnet werden.

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