微型机与应用
MICROCOMPUTER & ITS APPLICATIONS
2000 Vol.19 No.2 P.34,47




基于网络共享CACHE技术的研究
龚涛
摘 要： 基于网络的Cache技术，并在此基础上讨论了该技术的广泛应用。
关键词： Cache技术 网络带宽 重复访问
　　当前，近一半的企事业单位实现了Intranet，并将大量的图形数据提供给WAN。而WWW用户近年来正以指数增长，Web访问需求的无法控制使得网络带宽严重不足。在IT中产业网络和计算机硬件产品以Moore定律保持每18～24各月的速度翻一番的速度增长。然而，Moore定律并不适合网络带宽，其网络通信基础设施的改进依然昂贵。为解决网络带宽不足及重复访问同一资源的问题，提出了Cache技术。
　　Cache技术是一种对于频繁访问Web信息的请求在本地实现的技术。它将Web页内容存储在本地存储装置上，使得Web查找变得更快。其工作方式：（1）某用户访问1个Web页，当这1页信息发送给用户时，Cache系统将这一页的全部信息保存在本地存储装置上，这页信息被称为是已缓存的信息；（2）以后的另一用户或是原用户访问这页已缓存的信息，Web Cache系统将从本地存储器发送这页信息给用户，这样就减少了与WAN 连接的带宽需求；（3）重要的是数据更新问题，这可根据系统的设计来采用不同的方法实现。
　　 在客户端采用了基于浏览器的客户Cache技术，这种技术通过设置硬盘空间给Cache和设置更新时间使得再次访问1个站点时，可从用户本地硬盘上取出。这种方法对于用户本身很好，但不适合在同一网络上的其它用户访问同一站点的情况。 
1 网络Cache解决方案
　　目前，有2种类型的网络级Cache解决方案：一种是代理服务器方案另一种是网络Cache方案。代理服务器是运行在通用硬件和操作系统上的软件应用，它可接收来自Web服务器的包信息，并且检查和过滤用户的请求，决定是否满足或阻止访问特定的站点。因此，代理服务器不能优化Cache，在网络负载过重情况下会失败。这是由于代理服务器是所有用户的通道，而且，代理服务器需要配置每1个用户的浏览器，这对于企业级服务商是不可接受的。 
　　为了克服代理服务器在Web Cache应用上的缺点，人们提出了网络Cache的技术。这种Cache定位在软件应用上，通过增强Cache软件和祛除代理服务器慢速应用方面来改进Cache。然而，这种网络Cache是运行在通用操作系统下的应用软件，由此增加了操作系统的开销。一般情况下，这种技术不适合上千个并发用户进行Web访问。
　　随着进一步的发展，人们设计出专用网络Cache，它是由专用硬件和软件组成，进一步提高了速度、可靠性、安全性。这种专用网络Cache 降低了WAN访问带宽和加速了用户访问Web的速度。长期考虑，降低了网络分摊费用。为此，著名网络公司CISCO提出了WCCP（Web Cache Control Protocol）。其网络Cache采用的松散耦合，可多点网络系统优化。 网络Cache连接在路由器上，其工作方式：当用户发出Web请求时，运行WCCP的路由器中断TCP 80口，将Web请求转到网络Cache设备。这样，对于其它请求，路由器接着履行自己的功能，网络Cache将进行下面的操作。此时，若网络Cache并没有所请求的内容，那么它就将用户的请求发往Internet或Intranet，接着将收到的内容存到网络Cache上，并将此内容传送到用户端。若用户的Web请求已在网络Cache上，网络Cache就将所请求的内容传送到用户端。由于路由器是将包请求由Web服务器重定向到网络Cache的，所以网络Cache的操作对于用户是透明的。网络Cache并不需要配置用户浏览器。用户可以各种层次将网络Cache放置在一些网络地区。例如：可在主节点处放置较大容量的网络Cache，而次节点可放置较小容量的网络Cache。网络Cache实际上是一专用磁盘控制子系统，其使用面向线程、实时的文件管理和网络堆栈软件设计，用于缓存文件系统，并具有清理文件碎片和目录查询文件系统管理功能。这种网络Cache的安全、实时嵌入式操作系统并不增加通用操作系统的处理开销，而通用操作系统并不能使用本身的网络共享Cache系统来实现数千节点规模的同时网上事务处理。因此，为减小网络流量、降低费用，需采用网络Cache技术。据统计，1000个站点的中规模Intranet，并发进行TCP请求，其25GB的Cache容量即可满足要求。若支持数千上万站点的ISP，可根据上述原则配置大容量网络Cache，或配置多个较小容量的网络Cache。总之，网络Cache在目前是解决网络带宽和防止重复访问浪费资源的有效手段。另外，为使用户能及时访问到最新或较新的内容，可对网络Cache进行按期刷新。关于刷新周期的设置，应根据用户访问的频度和网站信息更新周期来决定。
2 应用分析
　　用户访问WWW资源的不定期、不确定性，决定了需对以下几个方面进行定性分析。用户访问WWW的频度，是符合高斯分布的。据统计目前我国上网用户每周访问网上资源平均4小时。其下载信息量实际不超过5MB，千人则是5GB的信息量。目前，大多数用户在网上查询信息是通过搜索引擎，常用的搜索引擎不过几个，这就说明了存在大量的重复访问相同的站点。用户对其站点多层树结构的根主页越靠近，其访问频度就越高，跟随节点往下按对数规律下降，每Web页文档平均10～20个链接，按平均访问4页和每页16个链接，每人查找第4页的1个链接来分析，1000人查找为4000次，若使用网络Cache则最大只需1＋16＋256＋1000＝1273次，这样就可节省约68％的带宽，而实际上网络Cache并不需要遍历所有的点。另外，网络Cache若在企事业、校园网内使用，由于其工作性质的同一性，访问信息的重复性就更大，利用率会更高。对于多数搜索引擎，从1天1次到2个月更新1次，平均是一星期更新1次。因此，将网络Cache设置为每周更新1次，可保持新的信息内容，并且减小了带宽，降低了费用。按我国目前Internet的使用情况，在1000台用户的园区网，若使用网络Cache，半年至1年就可收回成本。
　　将网络Cache引入园区网，会较明显降低网络费用，减小网络带宽，同时也就加快了访问速度。目前，网络Cache产品日趋成熟，设备价格会逐渐降低，今后将会成为园区网及ISP的必选设备。
龚涛（天津农行金融管理干部学院计算中心300381）
参考文献
1，Charles E． Spurgeon：Practical Networking with Ethernet
2，Sporttack M．A．Pappas F．C．Rensing E．High－Perfor－ mance Networking
3，Tere Parnell．高速网络建设指南．
收稿日期：1999－09－17
