Изменения в сетевом стеке Windows Vista и Windows Server

Изменения в сетевом стеке Longhorn Server и Windows Vista, такие как автонастройка окна принимающей стороной (receive-side window autotuning) и новый механизм передачи TCP (Compound TCP speed data transfer), обещают сделать использование сетевых ресурсов более эффективным. И перед тем, как перейти на эти новые ОС, вы должны четко осознавать влияние этих изменений.

Windows Vista, дебютировавшая в январе этого года, и грядущая версия Windows Server под кодовым именем Longhorn, третья бета-версия к которому вышла на прошлой неделе, принесет огромное количество TCP-ориентированных новшеств в платформу Windows.

Однако, обновление операционной системы никогда не проходит без проблем. Перед тем, как проводить развертывание Longhorn или даже Vista, вы должны осознать влияние изменений в новых операционных системах на сетевую производительность.

Кроме усовершенствований в сетевом стеке, возможности Longhorn по управлению стали гораздо более эффективными. Например, параметр QoS (quality of service), управляемый групповыми политиками, позволит распределять потребление пропускной способности Windows. А IPv6, уже доступный и для предыдущих версий Windows, также установлен и включен по умолчанию. Именно эти и некоторые другие изменения в TCP-стеке так существенно влияют на сетевую производительность.

Вперед, Longhorn! Вперед!
Усовершенствования TCP-стека в Vista и Longhorn обещают увеличить сетевую производительность, но это приведет к неминуемому росту использования сети, что в итоге может снизить производительность, так как каждый компьютер в сети будет потреблять всю большую часть полосы пропускания. VoIP (Voice over IP) и другие технологии, весьма чувствительные к времени обработки сетевых запросов, могут приобрести новый смысл с ростом компьютеров с установленной Vista и Longhorn. Эффект горлышка бутылки потеряет актуальность и будет иметь место рост трафика, так как рост пропускной способности означает сокращение времени передачи. И все это заслуги автонастройки окна принимающей стороной.

ОС семейства Windows, предшествующие Vista и Longhorn, имели встроенные ограничители полосы в TCP-стеке в форме фиксированного окна у принимающей стороны. TCP-соединения должны были подтверждать каждый отосланный с одного хоста на другой байт. Приемное окно использоваллось для одновременного подтверждения множества TCP-пакетов вместо того, чтобы подтверждать каждый пакет в отдельности; но текущая реализация подразумевает рост/сокращение размера окна в зависимости от того, насколько быстро принимающая сторона может обрабатывать TCP-пакеты. Максимальная пропускная способность, которая может быть достигнута хостом, управляется именно размером окна и временем отклика. Хост-отправитель будет отправлять столько пакетов, сколько потребуется для заполнения окна, после чего будет ждать подтверждения. Размер окна, по умолчанию используемый в Windows XP и Windows Server 2003, - 65535 байт, что соответствует максималььной пропускной способности соединения с пропускной способностью в 5.2Мбит/сек и временем отклика в 100 миллисекунд.

Если емкость WAN на пределе, никакия оптимизация TCP не поможет - вы либо должны увеличить емкость сети, либо снизить потребление ее ресурсов. Оптимизирующие контроллеры WAN частично основаны на оптимизации TCP, схожих с теми, что используются в Vista и Longhorn; все, что сокращает время отклика, визуально увеличивает производительность, а изменения в Vista и Longhorn действительно увеличивают производительность сети. Тем не менее, преимущества WAN-оптимизации становятся действительно ощутимыми вместе со сжатием данных, благодаря которому количество данных, переданных через WAN, сокращается. Тестирования, проведенные различными производителями сетевого оборудования, показывают, что сжатие данных может увеличить эффективную пропускную способность WAN до 6 раз. Используемая в Longhorn функция кэширования может заметно снизить сетевой трафик при организации общего доступа в Windows, хотя с другими TCP-приложениями она бесполезна.

Данный параметр в Windows XP и Server 2003 можно изменить через реестр, что позволит включить масштабирование окна, как описано в RFC 1323. В итоге получаем больший размер окна, большую пропускную способность. Однако, присутствует неудобство внесения изменений через реестр, возможны ошибки и размер окна изменяется для всех имеющихся TCP-соединений. В Vista и Longhorn размер окна подстраивается автоматически с целью достичь максимальной пропускной способности для конкретного соединения.

В проведенных нами тестах компьютер на базе Windows Vista имел в два раза большую пропускную способность при загрузке файла с сервера на базе Windows 2003 по сравнению с аналогичным компьютером с установленной Windows XP.


Возвращение CTCP

Еще одним новшеством Longhorn является Microsoft Compound TCP (CTCP), который призван увеличить количество передаваемых за TCP-сессию данных. CTCP увеличивает темп передачи с одновременным контролем размера окна и пропускной способности. Сервер быстрее достигает максимального темпа передачи и также быстрее восстанавливается при потере пакетов. Из-за лицензионного соглашения Longhorn Beta License terms, мы не можем привести цифры, отражающие сетевую производительность Longhorn, но мы можем сказать, что пропускная способность между клиентской Vista и сервером Longhorn значительно выше таковой между сервером на базе Longhorn и клиентким компьютером с любой другой версией Windows.

Для расставления приоритетов в использовании сетевого трафика Microsoft настоятельно рекомендует использовать политики QoS. Настройка QoS не так сложна, как можно подумать; если в вашей организации не используется QoS, то пора начинать. Сложные политики регулирования трафика, как правило, не требуются. Но, как минимум, стоит определить временные и скоростные ограничения по использованию трафика и, согласно им, установить политики. Приложения, крайне чувствительные ко времени отклика, среди которых VoIP, потоковое видео, базы данных и иные корпоративные приложения должны иметь максимальный приоритет. Под передачу файлов и электронную почту можно выделить остатки пропускной способности. Политики QoS могут ограничивать скорость передачи информации хостом и применяются в Vista и Longhorn через QoS Group Policy Object (GPO). Данная функция применяет политики в зависимости от приложений, адресов источника/получателя и портов. GPO применяется к пользователям по мере их подключения к домену.


Перераспределение нагрузок

Еще одним преимуществом нового IP-стека является поддержка Chimney-based разгрузки TCP/IP и поддержка netDMA. Chimney (с англ. дымоход), являющийся нововведением для Longhorn, позволяет операционной системе переключать IP-стек на карты TOE (TCP Off-load Engine) и iSCSI-адаптеры, которые аппаратным путем обрабатывают TCP/IP. Подобный подход позволяет значительно снизить нагрузку на процессор при выполнении высокоприоритетных сетевых и iSCSI-приложений. Тоже самое касается случая масштабирования принимающей стороны, что позволит входящим пакетам распределяться по различным процессорам. В итоге процессор более не является узким местом сети, которым он был, не успевая обрабатывать запросы.

NetDMA позволяет механизму DMA (Direct Memory Access), используемого в адаптере, выполнять операции копирования, снова освобождая от этой рутины центральный процессор.

Microsoft глубоко интегрировала протокол IPv6 в Vista и Longhorn. Однако, если вы не прибегаете к преимуществам оного, отключайте его. Любые неиспользуемые службы являются причиной проблем и поддержка данного протокола не является исключением. В октябре 2006 года в Microsoft Security Bulletin MS06-064 появилась информация о трех низкоуровневых атаках типа denial-of-service, целью которых был IPv6-стек Windows XP и Windows Server 2003. Причина заключалась во включенном IPv6.

Так что готовясь перейти на Windows Vista и Windows Server Longhorn, знайте, что за сетевыми возможностями новых ОС будущее: преимущества демонстрируемых ими технологий очевидны. Оставайтесь в курсе.


Источник: http://www.networkcomputing.com
Перевод: deeper2k