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“并發(fā)連接數(shù)”指導(dǎo)防火墻選型
資源天下 2019/8/18 9:47:28
并發(fā)連接數(shù)是防火墻最常見的參數(shù)，是防火墻、代理服務(wù)器等設(shè)備的主要性能指標(biāo)之一。在目前市面上常見防火墻設(shè)備的說(shuō)明書中大家可以看到，從低端設(shè)備的500、1000個(gè)并發(fā)連接，一直到高端設(shè)備的數(shù)萬(wàn)、數(shù)十萬(wàn)并發(fā)連接，存在著好幾個(gè)數(shù)量級(jí)的差異。那么，并發(fā)連接數(shù)究竟是一個(gè)什么概念呢？它的大小會(huì)對(duì)用戶的日常使用產(chǎn)生什么影響呢？現(xiàn)在，筆者將就這幾個(gè)問(wèn)題做一些比較深入的分析與探討。
1. 什么是并發(fā)連接數(shù)
并發(fā)連接數(shù)是指防火墻或代理服務(wù)器對(duì)其業(yè)務(wù)信息流的處理能力，是防火墻能夠同時(shí)處理的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接的最大數(shù)目，它反映出防火墻設(shè)備對(duì)多個(gè)連接的訪問(wèn)控制能力和連接狀態(tài)跟蹤能力，這個(gè)參數(shù)的大小直接影響到防火墻所能支持的最大信息點(diǎn)數(shù)。
需要闡明的一點(diǎn)是，“連接”和“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接”并沒有局限于狹義的TCP連接（Connection-Oriented）或信息點(diǎn)—信息點(diǎn)通信（Point-Point Communication），而是泛指IP層或IP層以上各種傳輸層、會(huì)話層和應(yīng)用層的信息流，所以它同樣也包括了UDP會(huì)話; 另外，多址廣播組的通信同樣也被按照多播源（多播組地址）的形態(tài)歸納成一個(gè)連接進(jìn)行處理。
2. 并發(fā)連接表中的內(nèi)容
并發(fā)連接表是防火墻用以存放并發(fā)連接信息的地方，它可在防火墻系統(tǒng)啟動(dòng)后動(dòng)態(tài)分配進(jìn)程的內(nèi)存空間，其大小也就是防火墻所能支持的最大并發(fā)連接數(shù)。不同的廠家在各自的防火墻設(shè)備中對(duì)該數(shù)據(jù)表有不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，但從普遍意義上來(lái)看，基于狀態(tài)檢測(cè)的防火墻并發(fā)連接表中每一個(gè)表項(xiàng)至少包含以下內(nèi)容：源IP地址、源端口號(hào)、目的IP地址、目的端口號(hào)、協(xié)議類型、連接狀態(tài)、流量統(tǒng)計(jì)和時(shí)間戳信息、NAT轉(zhuǎn)換信息、連接許可信息、身份認(rèn)證信息和VPN通道相關(guān)信息（如果支持VPN的話）。由于表項(xiàng)中容納了大量的連接信息，因此每個(gè)表項(xiàng)可能占用200～400字節(jié)的內(nèi)存空間，這對(duì)防火墻系統(tǒng)的整個(gè)內(nèi)存資源來(lái)說(shuō)是一個(gè)不容忽視的消耗。
3. 對(duì)系統(tǒng)性能的影響
大的并發(fā)連接表可以增大防火墻最大并發(fā)連接數(shù)，允許防火墻支持更多的客戶終端; 但是與此同時(shí)，過(guò)大的并發(fā)連接表也會(huì)帶來(lái)一定的負(fù)面影響：
（1） 大的并發(fā)連接表會(huì)造成大量?jī)?nèi)存空間的消耗和浪費(fèi)；
（2） 在相同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和檢索情況下，大的并發(fā)連接表會(huì)增大防火墻系統(tǒng)對(duì)表項(xiàng)的搜索時(shí)間，增大防火墻對(duì)報(bào)文處理的轉(zhuǎn)發(fā)延遲；
（3） 不考慮客戶網(wǎng)絡(luò)客觀情況而盲目增大系統(tǒng)并發(fā)連接表，會(huì)造成表空間繼而內(nèi)存資源的大量閑置浪費(fèi)；
（4） 由于并發(fā)連接表對(duì)內(nèi)存的占用，會(huì)造成防火墻系統(tǒng)得不到足夠的內(nèi)存資源。盡管虛擬內(nèi)存可以解決內(nèi)存的緊張問(wèn)題，但它依賴于硬盤與內(nèi)存之間的數(shù)據(jù)映射切換，在讀寫速度上難以與物理真實(shí)內(nèi)存相提并論。
4. 所受的限制
盡管看上去，防火墻等類似產(chǎn)品的并發(fā)連接數(shù)似乎是越大越好。
（1） 并發(fā)連接數(shù)的增大意味著對(duì)系統(tǒng)內(nèi)存資源的消耗
以每個(gè)并發(fā)連接表項(xiàng)占用300B計(jì)算，1000個(gè)并發(fā)連接將占用300B×1000×8bit/B≈2.3Mb內(nèi)存空間，10000個(gè)并發(fā)連接將占用23Mb內(nèi)存空間，100000個(gè)并發(fā)連接將占用230Mb內(nèi)存空間，而如果真的試圖實(shí)現(xiàn)1000000個(gè)并發(fā)連接的話（有的廠家在其宣傳資料中聲稱其產(chǎn)品可以支持1000000個(gè)并發(fā)連接），那么，這個(gè)產(chǎn)品就需要提供2.24Gb內(nèi)存空間！真是難以置信。
（2） 并發(fā)連接數(shù)的增大應(yīng)當(dāng)充分考慮CPU的處理能力
CPU的主要任務(wù)是把網(wǎng)絡(luò)上的流量從一個(gè)網(wǎng)段盡可能快速地轉(zhuǎn)發(fā)到另外一個(gè)網(wǎng)段上，并且在轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程中對(duì)此流量按照一定的訪問(wèn)控制策略進(jìn)行許可檢查、流量統(tǒng)計(jì)和訪問(wèn)審計(jì)等操作，這都要求防火墻對(duì)并發(fā)連接表中的相應(yīng)表項(xiàng)進(jìn)行不斷的更新讀寫操作。如果不顧C(jī)PU的實(shí)際處理能力而貿(mào)然增大系統(tǒng)的并發(fā)連接表，勢(shì)必影響防火墻對(duì)連接請(qǐng)求的處理延遲，造成某些連接超時(shí)，讓更多的連接報(bào)文被重發(fā)，進(jìn)而導(dǎo)致更多的連接超時(shí)，最后形成雪崩效應(yīng)，致使整個(gè)防火墻系統(tǒng)崩潰。
（3） 物理鏈路的實(shí)際承載能力將嚴(yán)重影響防火墻發(fā)揮出其對(duì)海量并發(fā)連接的處理能力
雖然目前很多防火墻都提供了10/100/1000Mbps的網(wǎng)絡(luò)接口，但是，由于防火墻通常都部署在Internet出口處，在客戶端PC與目的資源中間的路徑上，總是存在著瓶頸鏈路——該瓶頸鏈路可能是2Mbps專線，也可能是512Kbps乃至64Kbps的低速鏈路。這些擁擠的低速鏈路根本無(wú)法承載太多的并發(fā)連接，所以即便是防火墻能夠支持大規(guī)模的并發(fā)訪問(wèn)連接，也無(wú)法發(fā)揮出其原有的性能。
5. 應(yīng)用中的并發(fā)連接峰值
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