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网络优化
发布日期：2024 年 5 月 8 日
撰稿人：Gita Jackson、Michael Goodwin
网络优化是指用于监控、管理和提高网络性能和可靠性的一套策略、工具、技术和最佳实践。
网络优化不是一个单一的策略或计划，而是进行一系列的调整和修改，随着组织对网络和用户需求了解的加深，这些调整和修改也会不断更新和完善。这是一个迭代过程，必须与可用的最新技术保持同步，以确保组织跟上竞争的步伐。要正确优化网络，组织必须能够预测未来需求以及随着组织规模的扩大所需的网络内容。
网络优化的方法很多。有些方面比较简单，例如确保硬件和软件是最新的。其他方法更具技术性，例如优化组织的网络设置，或使用网络监控软件来获得可行的洞察。
网络优化具有众多优点，例如提高网络安全性、改善最终用户体验和提高员工工作效率，从而影响到企业的方方面面。
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了解整体网络性能意味着了解网络中哪些方面运行良好，哪些方面可以改进。有时会有一些迹象表明网络需要优化：应用程序或网络服务加载缓慢、电话会议丢失视频帧或音频或数据传输失败。其他时候，需要进行指标分析来识别不太明显但对客户体验同样有影响的问题。
确定网络问题的根本原因可以帮助组织弄清楚如何解决这些问题。有几种指标可以帮助确定网络的运行情况，并找出可以更高效运行的区域。
网络延迟是指数据包通过网络从一个点传输到另一个点所需的时间。例如，网络用户的增加会增加网络延迟，降低数据传输速度。
网络可用性是衡量用户可访问网络的时间百分比的指标。可用性通常以百分比来表示，用于衡量特定时期内（例如一年内）的正常运行时间。许多企业的目标是“五个九”，即正常运行时间达到 99.999%。
数据包丢失是指数据包未到达目的地。网络中总是会出现一些数据包丢失现象，但较高的数据包丢失率表明网络存在问题。
抖动是指网络中数据包流延迟的变化。一致的延迟优于高抖动，后者可能会导致数据包丢失。抖动还会对音频和视频电话会议以及其他需要实时通信的网络用途造成负面影响。
吞吐量是在指定时间内通过网络实际传输的平均数据量。它经常与带宽混淆。
带宽是指给定网络在任何时间的最大数据传输容量。带宽与吞吐量类似，但吞吐量衡量的是通过网络的平均数据量，而不是容量。
错误率衡量网络中错误比特或数据包的数量。所有网络都会出现错误，但错误率越高，表明网络运行状况越遭。
响应时间是指请求从发送者（例如客户端设备）发送到接收者（例如服务器），以及接收者处理请求并返回响应所需的时间。
响应时间和延迟相似，但有一个区别：响应时间不仅衡量发送消息所需的时间，还衡量处理和返回请求所需的时间。它反映总体往返时间。
网络的物理和逻辑拓扑会影响网络性能，网络基础架构和网络使用的硬件也会影响网络性能。
网络拓扑是指网络的物理和逻辑设计方式。物理拓扑是指现实世界中各组件之间的连接方式。逻辑拓扑是指数据在网络中的实际传输方式。
网络拓扑会以多种方式影响性能。例如，数据到达目的地必须通过的网络设备的数量会增加网络延迟。网络设备的不同配置可以加快或减慢数据传输并影响总体网络性能。
数据在网络内的传输距离越远，用户遇到的延迟就越大。虽然在全国范围内传输数据的延迟以毫秒为单位，但这些毫秒累积起来会降低网络速度和性能。
通信网络由物理电缆组成，而它们所用的材料会影响网络的速度和效率。一般来说，使用光纤电缆等材料的有线网络比无线网络的延迟更少。
此外，通过多个网络设备（例如路由器）的数据包会出现更大的延迟。每次数据必须通过网络设备从一个网段移动到下一个网段（网络跳跃）时，延迟就会增加。
较大的数据包在通信网络中传输所需的时间较长。随着时间的推移，数据包可能会备份并导致下一个数据包拥塞，进而降低性能。
陈旧或未更新的路由器、服务器或电缆等过时硬件可能会降低网络性能。
维护高性能网络至关重要，原因有很多，其中包括提高工作效率和积极的客户体验，并且有多种方法可以优化网络。有时，它就像升级硬件和使用网络优化工具一样简单。有时，组织可能需要彻底重新思考网络的设置方式、使用方式以及哪些应用程序和服务优先。
组织很可能必须结合使用网络优化技术才能达到所需的网络性能水平。下面介绍几种最常用的网络故障排除和网络性能改进策略。
通过使用实时监控软件，组织可以在网络出现瓶颈和其他问题时及时发现并解决。IT 团队经常使用网络性能监控工具来深入了解网络的运行情况。这些指标用于确定网络是否满足组织的需求。它还根据组织为网络性能设定的关键绩效指标 (KPI) 进行衡量，以确定组织是否遵守与客户签订的服务级别协议 (SLA)。
有了这些数据，组织可以了解和管理端到端网络性能、满足客户协议并预测未来的问题。数据驱动的优化是一个持续的过程，随着优化模型的成熟和组织或网络的发展，它也在不断完善和改进。
调整网络设置可以促进优化改进工作。这些设置有助于根据网络优先级分配数据和资源。
一种方法称为“服务质量”(QoS)。这意味着在网络中，组织会对流量进行优先级排序，以保证最需要的服务的性能。此想法是针对特定业务需求和运营进行优化，而不是任意标准。QoS 优化的一个示例是语音和视频通话优先于其他类型的数据。
高效的网络资源分配是提高性能的重要组成部分。如果网络没有适当的资源来处理其中传输的数据，网络性能就会受到影响。增加网络总体容量通常是解决资源分配问题的快速方法，但可能不是一个合适的长期解决方案，因为它可能导致过度配置和不必要的支出。
为网络配置正确的资源有时涉及基于数据对现有资源进行重新分配，例如为网络的一部分提供更多带宽，同时对另一部分进行限制。对于基于云计算环境中的服务器的应用程序来说，这尤其有用。
了解哪些应用程序需要最多带宽是网络监控的一部分，也是使网络高效运行的关键。然而，在复杂的现代网络中，尝试手动监控性能并获得洞察往往是徒劳无功。
应用资源管理和网络性能管理解决方案可以持续监控应用程序性能和资源利用率。这些解决方案可以深入了解任何问题相关的网络性能和背景，并能以最有效的方式自动提供资源。这使企业能够自动将网络资源提供给网络中需求最大或高优先级的部分，甚至将更多应用程序提供给不太拥挤的服务器，以促使获得最佳性能。
配置网络协议也会影响网络性能。可以调整网络 TCP/IP 设置，以确定可以减少延迟和提高网络可靠性的数据包大小和拥塞控制机制。TCP/IP 优化还包括调整窗口大小。TCP 协议旨在确保快速的数据发送者不会超过速度较慢的接收者。为此，发送者将一个或多个分段中的数据传输给接收者，接收者确认这些分段。当接收者发送该确认时，它会告诉发送者它应该传输多少数据 – 这就是窗口大小。将窗口调整到适当大小，防止网络设备超载，从而提高整体网络性能。
虽然传输控制协议 (TCP) 在互联网上应用最为广泛，但也有用户数据报协议 (UDP)。TCP 是基于连接的协议，而 UDP 是无连接协议。相比之下，UDP 比 TCP 更快，但 UDP 不允许重传丢失的数据包。TCP 通常是一种更可靠的协议。
组织还可以考虑将其 IP 从 IPv4 更改为 IPv6。IPv4 使用 32 位地址，而 IPv6 使用 128 位地址。这样就有更多的地址来满足当今互联网所需的不断增长的唯一 IP 地址。
与 IPv4 相比，IPv6 还进行了其他改进。例如，IPv6 本身允许多播（一次向多个设备发送数据包），并通过使用 IPsec 进行本机端到端加密，具有内置的网络安全层。
这种网络优化方法就是要提高网络传输数据的最大容量。带宽越大，允许传输的数据包越多。这有助于提高整体网络速度并改进性能。流量调整是带宽优化的一个组成部分，它对对组织不重要的应用程序实施带宽限制。
有效利用带宽的一个常见方法是压缩。在进行网络传输之前，压缩可以减小数据包大小。可以将它想象成 .zip文件。如果您需要通过电子邮件发送一系列大文件，有时将其压缩为 .zip 文件会更容易，这样可以减少正在发送的数据的总体大小。
另一种带宽优化的方法称为缓存。这是指将经常访问的数据存储在本地服务器或设备上，而不是网络上。如果您使用 Web 浏览器，那么您已经缓存浏览器在本地存储的文件，例如您经常访问的网站上的图像。缓存的一个缺点是，如果缓存文件过大，可能会降低某些程序的性能。
负载均衡是在多个服务器之间分配网络流量以优化应用程序可用性的过程。服务器每天可能会收到数百万个请求，从而造成一台服务器比其他服务器受到网络流量的影响更大的情况。负载均衡是一种将流量分配给多个不同服务器的技术，旨在分担影响，而不是使一个服务器过载。
分布式拒绝服务 (DDoS) 攻击等网络安全威胁可能会破坏企业网络。提升强大的网络安全有助于保护网络功能免受不必要的中断。有多种方法可以提升网络安全。与网络优化类似，组织可能会采用多种方法的组合。
网络防火墙是一种安全系统，用于限制进出网络的流量。这有助于防范不良行为者。入侵检测系统 (IDS) 监控网络流量中是否存在可疑活动，并提醒安全团队注意已知或潜在威胁。加密可用于保护敏感数据，尤其是最有可能成为攻击目标的网络区域。这些工具配合使用，有助于确保网络安全和优化可用性。
内容交付网络 (CDN) 和子网划分是用于缩短数据包必须传输的距离并降低延迟的方法。
CDN 使用位于多个不同位置的分布式服务器网络，更接近用户。用户不必访问远离他们的服务器，而是可以访问距离他们更近的分布式服务器上的数据。同样，子网划分可以创建较小的网络，其中包含相互通信的经常访问端点。通过将这些端点组合在一起，可以限制网络上大多数数据包的传输距离。
网络基础架构与用于构建网络的物理组件一样，对网络性能起着重要作用。确保路由器、交换机和电缆等网络装置和设备得到更新并处于良好的工作状态非常重要。同样重要的是，企业 IT 团队要定期进行维护检查，为网络设备安装补丁，并更新或升级过时的网络硬件和软件。
网络优化可能需要调整网络拓扑，以便数据包更高效地流动、减少中断。不同的网络拓扑影响数据在网络内的流动方式，并非每种拓扑都适合所有企业。例如，总线网络等具有单点故障的拓扑结构会给处理敏感数据的企业带来安全风险；网状网络等更复杂的网络拓扑的安装成本可能会很高。选择最合适的拓扑可以使网络更快、更高效。
软件定义网络 (SDN)是一种网络管理方法，旨在简化庞大的网络基础设施的管理。基本方法包括三个组成部分： 监控网络信息和资源分配的应用程序；控制器确定数据包的目的地以平衡网络负载；以及与控制器通信并路由数据包的网络设备。在 SDN 中，软件而非路由器和交换机等传统硬件用于控制网络流量。
SDN 是一种专门用于局域网的网络管理技术。软件定义广域网 (SD-WAN) 为广域网（地理位置较远的网络）提供软件定义网络的优势。SD-WAN 还将网络位置连接在一起，使企业能够在它们之间发送数据。
如果网络由于任何原因确实发生故障，冗余和故障转移保护可以使一切正常运转。网络冗余是指采用多种不同路径让数据包传输到目的地的策略。在设计网络时考虑到冗余问题，这意味着如果网络的一部分出现故障，在网络修复期间，流量仍能到达目的地。
“故障转移”是在检测到网络问题时打开的机制，用于激活网络冗余。作为已建立故障转移保护的一部分，SD-WAN 能够自动将流量从网络故障部分转移出去。域名系统 (DNS) 管理软件还可以帮助将流量从需要修复的服务器引导出去，并将其引导到正常运行的服务器。
网络拥塞和其他性能问题可能导致客户（内部或外部）无法在需要时访问所需的应用程序。如果网络无法处理流量负载或其他网络需求，客户就会转向其他地方，业务将受到影响。
不良行为者利用网络漏洞窃取信息、勒索赎金或彻底破坏网络。注重性能和安全的网络优化计划有助于阻止恶意攻击。
适当优化的网络是任何组织正常运转的重要组成部分。如果员工无法轻松访问所需的工具，工作效率就会下降。无论是确保快速访问基于云的应用程序，还是提供用于电话会议的 Voice over Internet Protocol (VoIP) 服务，组织都必须将网络性能与员工需求相匹配。
如果您曾经尝试在线购买音乐会门票等限量版产品，您就会知道优化网络是获得积极客户体验的关键。如果电子商务服务在用户购物时出现故障，很容易造成销售损失。
无论是尝试购买或访问产品或服务的外部客户，还是访问应用程序或平台进行工作的内部客户，网络性能都会直接影响用户体验。如果网络性能在任何方面很慢或不能令人满意，客户就会在其他地方寻找选择，员工的工作效率也会下降。
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DNS 是互联网标准协议的组成部分，负责将人类友好的域名转换为计算机用于在网络上识别彼此的 Internet Protocol (IP) 地址。
DNS 服务器将用户在 Web 浏览器中搜索的网站域名转换为相应的数字 IP 地址。此过程称为 DNS 解析。
托管 DNS 是一项第三方服务，使企业能够外包域名系统 (DNS) 的管理。