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1、Ftrans 企业级高速传输解决方案技术白皮书作者： 南京康瑞思信息技术有限公司版本： V1.0时间： 2014 年 9 月Ftrans 企业级高速传输解决方案技术白皮书南京康瑞思信息技术有限公司 I / I目录概述 .1高速数据传输的挑战 .1FTRANS 企业级高速传输解决方案 .3FTRANS 多种数据传输模式 .6FTRANS 和 FTP 性能比较 .10Ftrans 企业级高速传输解决方案技术白皮书南京康瑞思信息技术有限公司 1 / 12概述Ftrans 是一种全新的软件技术，它彻底克服了传统数据传输软件例如 FTP、HTTP 的固有瓶颈，实现了在各种共享和私有网络环境中传输速度的最
2、大化。这种技术可以获得完美的传输效率，不为网络延迟和丢包所限制。不管网络距离和动态性能如何，即便是在最困难的网络条件下（例如卫星、无线和洲际远程链接） ，文件传输时间仍然可以得到保障。高速数据传输的挑战和传统的基于磁带的邮件递送相比，通过数字化网络传输来实现海量数据的递送具有经济高效的特点。在理想情况下，数据文件可以 通过现有应用程序例如 FTP 文件传输，HTTP 下载实现在全世界范围内 IP 网络间快速、经济的传输。但是，在实际网络中，传统的手段无一不陷入传输速度的瓶颈中，以至于甚至无法利用已有网络带宽的一小部分。这是由于这些应用都基于同一种传输协议TCP。传输控制协议(TCP)有一个根本
3、的速度瓶颈，这个瓶颈随着传输延迟和网络丢包率的增加而变得愈发明显。速度瓶颈的形成和 TCP 控制数据流量速率的机制密切相关。TCP 发送端需要得到数据接收端收到每个数据包的确认消息才向网络中注入新的数据。但是由此产生的传输速率的增加却随传输延迟的增加而减小。当遇到丢包时，Ftrans 企业级高速传输解决方案技术白皮书南京康瑞思信息技术有限公司 2 / 12TCP 简单的认为所有丢包都是因为网络拥塞造成的，而无法区分拥塞造成的丢包和信道本身差错造成的丢包。在这种情况下，TCP 就会迅速的减低自身的传输速率。简而言之，TCP 的传输速率在丢包时下降过多，而在正常情况时增加又太过缓慢，以至在高速广域
4、网上无法充分利用已有带宽。图 1对于所有基于 TCP 之上的传输应用而言，它们无一不受以下几个方面的限制： 速率缓慢以及带宽利用率低下基于 TCP 的文件传输带宽利用率极低。在局域和校园网这些延迟和丢包率都较小的环境中（10 微秒/0.1% ） ，TCP 在千兆网上的最大吞吐率仅为 50Mbps。当在广域网上传输时，这个问题变得更加突出。在典型的洲际网络或卫星链接上，传输吞吐率可能仅为已有带宽的百分之 0.1 到 1。Ftrans 企业级高速传输解决方案技术白皮书南京康瑞思信息技术有限公司 3 / 12有时网络工程师试图通过调整 TCP 协议栈参数，部署 TCP 加速装置或采用并行 TCP 的
5、方法以求获得更高带宽利用率。但是这些方法仅仅在网路本身条件较好的情况下有效。当网络信道本身的丢包率较大时，由于 TCP 无法有效区分拥塞引起的和信道本身差错引起的丢包，其吞吐量仍然将会很低。例如在卫星和无线网中，传输速率往往极低以至于文件根本无法传完。 传输速率不稳定如前所述，TCP 采用一种基于丢包的速率控制机制。其依赖于丢包来实现减速而在其他时候线性加速。当信道本身没有丢包时，TCP 只有短暂超出网络已有带宽以至产生丢包的情况下才能减速。这样的设计决定了即使在最理想的情况下，TCP 也只能在最优速率上下震荡。当网络加载负荷变化时，TCP 的传输速率也随之剧烈震荡。某些 TCP 加速器可以使
6、其速率在无错的环境中更平滑，但是在有丢包的环境中仍然无法避免震荡。 缺少安全性和可监控性除了被 TCP 缓慢和不稳定的传输速率所限制以外，传统的文件传输应用往往不具备现代商业所必需的安全性和可管理性。例如 FTP 没有内置的安全机制，往往需要额外的机制来确保内容窃取和篡改。而且有关性能和传输的统计数据也常常无法得到。这对管理传输进程极为不利。Ftrans 企业级高速传输解决方案技术白皮书南京康瑞思信息技术有限公司 4 / 12Ftrans 企业级高速传输解决方案Ftrans 企业级高速传输解决方案是由南京康瑞思信息技术有限公司自主研发的，面向企业级用户的数据高速传输解决方案，它能够将数据在多个
7、节点之间进行快速的传输和分发，特别是针对大数据远距离传输有着显著的优势。Ftrans 企业级高速传输解决方案完全基于 CUTP 超高速传输协议。CUTP 是一种全新的应用层协议，特别为企业关键型文件传输所设计，可以满足其所需的高速度，可预测性和百分之百的安全可靠性。Ftrans 出众的性能对所有的网络传输媒体皆适用。 高速可靠和 TCP 吞吐率的特性相比，CUTP 的传输速率完全不受网络延迟的影响，并且也对网络丢包有很好的鲁棒性。如图 2 所示，CUTP实现了传输速率的最大化，在某些情况下可以比 TCP 快千倍。其速率具有可预测性。例如在 10%的丢包情况下，CUTP 的吞吐率可以达到网络链接
8、带宽的 90%。在极端情况下，CUTP 的吞吐率仅为终端系统的吞吐能力（通常是磁盘读写吞吐率）所限制。Ftrans 企业级高速传输解决方案技术白皮书南京康瑞思信息技术有限公司 5 / 12图 2CUTP 超高速传输协议是在用户数据报协议(UDP)之上开发的应用层协议。和那些基于并行 TCP 的应用不同，CUTP 在单个数据流上实现了速度最大化。借助于革新性的文件流线化技术，CUTP 的传输速率在分发大批小文件时同样可以得到保障。所以 CUTP 实现了在高速广域网上传输海量数据（和文件大小无关）的传输速率最大化。相反，并行 TCP 技术往往在有丢包的高速广域网上无法实现速率最大化，在传输大量小文
9、件时速率也不稳定，而且需要耗费大量系统资源。作为一种数据传输协议，CUTP 具有应用层传输的完全可靠性。CUTP 的可靠性设计是基于一种负反馈的机制：接收端检测到丢包并把需要重传的包信息反馈给发送端。通过理论优化，CUTP 的重传机制只针对真正的丢包，没有冗余传输和带宽浪费。其重传效率接近百分之一百。正因为可以提供极高的下载速度，而且其速率稳定不随动态网络Ftrans 企业级高速传输解决方案技术白皮书南京康瑞思信息技术有限公司 6 / 12条件变化，CUTP 可以很好的支持渐进式传输，例如在媒体播放器中播放一个远程媒体流。而对于其他基于 TCP 的应用例如 HTTP 下载来说，如用于远程播放则
10、通常起始缓慢，并且在播放过程中经常由于网络拥塞而造成图像抖动甚至是播放中断。 响应终端速度瓶颈在超高速网络环境例如千兆网中，速度瓶颈往往不在网络链路本身，而在终端系统，尤其是存储设备的吞吐能力。CUTP 自适应速率控制不仅可以自动发现现有的网络带宽，而且也能对存储设备动态吞吐率的作出理想的响应。当存储设备设备成为瓶颈时，CUTP 可以自动减速以避免其超速运转所造成的丢包以及其他负面影响。当检测到存储设备不再繁忙时，CUTP 自动提速以充分利用其数据吞吐能力。Ftrans 多种数据传输模式Ftrans 企业级高速传输解决方案可支持多种不同的数据传输模式，常见模式如下： 一对一传输模式在两个网络数
11、据节点之间进行一对一（端到端）的数据发送与接收，从而实现两点之间的数据交换与共享。Ftrans 企业级高速传输解决方案技术白皮书南京康瑞思信息技术有限公司 7 / 12 一对多分发模式在一对多分发模式下，全系统包括一个中心节点，即负责向其它节点发送数据资源的节点，且只有中心节点可以发起数据传输任务和指令。在中心节点部署一台传输服务器，其中包括用户应用终端、数据传输引擎和全局资源索引服务等系统组件。在中心节点可以采用独立的存储服务器或云存储平台作为数据资源的存储载体（在某些情况也可以直接使用传输服务器本身的存储空间，以降低系统的总体使用成本） 。同时，在广域网范围内存在多个边缘节点，即需要接收数
12、据资源的节点。在每个边缘节点部署一台传输服务器，其中包括用户应用终端、数据传输引擎和本地资源索引服务等系统组件。Ftrans 企业级高速传输解决方案技术白皮书南京康瑞思信息技术有限公司 8 / 12 多对多传输模式在多对多传输模式下，全网络内不存在特定的中心节点，所有节点都是对等的，在每个分布式节点中需要部署一台传输服务器，其中包括用户应用终端、数据传输引擎和全局资源索引服务等系统组件。在这种模式下，各节点之间采用纯 P2P 的模式进行数据传输，并且任意一个节点都可以发起数据传输任务。Ftrans 企业级高速传输解决方案技术白皮书南京康瑞思信息技术有限公司 9 / 12 上传与下载模式在用户终
13、端计算机上，向指定的服务器上传或下载数据，用户可将服务器上存储的资源以 URL 的形式进行发布，以便和其它用户或终端进行分享。 混合传输模式一个数据传输服务器可以向多个用户终端提供数据上传和下载的服务，以实现用户终端和服务器之间的数据传输和用户终端之间的数据共享。同时，不同数据传输服务器之间还可以传输或分发大容量数据，从而实现多个组织之间的数据共享。Ftrans 企业级高速传输解决方案技术白皮书南京康瑞思信息技术有限公司 10 / 12Ftrans 和 FTP 性能比较以下几幅图比较了 Ftrans 文件传输和 FTP 文件传输在典型网络条件下的吞吐率和所需时间。在每一个测试中，一个 1GB
14、的文件在两台预装有 Ftrans 和 FTP 的测试机之间互传。在测试机之间，一台工作站被用来模拟不同网络环境，提供应有的传输延迟和丢包率。Ftrans 企业级高速传输解决方案技术白皮书南京康瑞思信息技术有限公司 11 / 12 千兆城域网和广域网传统的基于 TCP 的文件传输技术譬如 FTP 在遇到丢包的时候迅速减速，所以无法在高速网路链接上长期保持平稳的传输速度。例如，在城域网条件下，基于 TCP 的文件传输的理论最大吞吐量大约是 50Mbps，无论链接带宽是多少。如图所示，实际的 FTP 吞吐量更少只有 22 Mbps。相比而言，单个 Ftrans 数据流在相同的条件下可以获得极高的带宽
15、利用率。在本图中，Ftrans 数据流的吞吐率为 509Mbps，接近了磁盘读写速度的极限。也许更加重要的是，Ftrans 在延迟和丢包率增加的情况下仍然可以保持几乎相同的速度（在 200 微秒 2%丢包率下达到 505 Mbps） 。与此同时 FTP 的吞吐率则减低到了 550Kbps。两者的传输速率差距达到了近千倍。图 3 高延迟卫星链路卫星链路特有的高延迟和高丢包率对 FTP 的传输性能有极大的Ftrans 企业级高速传输解决方案技术白皮书南京康瑞思信息技术有限公司 12 / 12影响，甚至使通过卫星传输大量数据变得不切实际。而 Ftrans 的传输速率则不为单个或一连串卫星链接所带来的延迟和丢包而受影响。如下图所示，单个 Ftrans 数据流可以在 45 Mbps 的卫星链路上实现百分之九十的带宽利用。即使在超常的丢包率（20%）的条件下，其吞吐率仍可以接近 40 Mbps.而 FTP 的传输吞吐率一直在 100 Kbps 以下。图 4
