基于三层交换的网络缓存技术研究及仿真

摘要

网络缓存技术就是通过在现有的Internet中增加一层新的网络架构，利用网络对象访问的特性，把访问频率高的少数对象近端保存，以达到减少网络延迟，提高网络访问速度的目的。 网络缓存的关键技术在于网络缓存内容的表达、缓存替换策略的确定等。本文在对网络缓存的基本原理、研究动态等进行综合描述的基础上，实现了一种改进的RCD。该算法对数据结构进行了改动，并且对建立在三层交换机之上的缓存目录的数据结构进行了建立、更新和访问。改动后的数据结构为每个频繁访问组的对应位置设置了位计数器，为最近组、频繁组各自设立组计数器。虽然从内存的占用上大于以前的结构，但是却能够解决以前结构不能解决的“热点”消除问题，现在计算机系统的硬件设施性能不断提高，使得我们不必仅为硬件性能不足而忧虑，而应该更多的考虑软件的性能提高。 该仿真研究以RCD为基础，对比参照了其他算法的优缺点，将网络对象分组映射后进入BloomFilter存储。在缓存替换算法上利用LFU*-aging的思想，使得以前热门网络对象的访问次数随时间的增长而减少，从而解决了一般算法中难以处理的“热点”的遗留问题。同时，该仿真研究涉及到了网络缓存负载的平衡，通过判断当前各个RCD中的存储对象个数，利用门限值进行调节，使得各个缓存中当前存储对象个数相差不超过这个域值。仿真算法对于己存储对象默认采用TTL缓存一致性策略，所以该算法中不涉及对缓存进行一致性的检验。 性能评测系统我们采用了以局域网访问Intemet为背景的软件模拟模型，它由两台网络缓存服务器、两台交换设备和若干终端用户组成。交换设备间没有合作。终端用户的网络访问请求由日志文件中的纪录经过MD5加密后进行模拟。通过RCD大小的调整、填充率的不同调节，从而得出最终的结论。 实验表明，改进后的RCD具有以前结构不能比拟的三大优点。首先解决了“热点”的消除问题，访问次数为2n数量级的缓存对象，经过n次更新，以前的遗留“热点”就可以容易的从缓存中消失；其次，最近组和频繁组的不同步更新，使得改进的RCD从很大程度上提高了正确命中率，尤其是在摘要空间较小，刷新频率较高的情况下，这种优势更加明显；第三是本实验初步实现了缓存的负载平衡。实验按照两个缓存处理能力相仿的假设进行负载平衡，虽然这样的处理还远不够，但从一定程度解决了可预料的请求流量平衡。 本实验进行的网络缓存研究还存在许多有待改进之处，比如处理网络访问请求的并行性没有考虑，程序优化不够，还可以根据访问时间、访问对象大小以及缓存命中的情况进行更深入的响应时间的研究等等。从整体上看，实验起到了提高命中率、平衡网络负载、消除“热点”的作用，但是更深入的研究还有待进行。

目录

文摘

英文文摘

声明及关于学位论文使用权的说明

第一章引言

第二章网络缓存技术

第三章缓存技术关键问题

第四章RCD算法基础

第五章模拟仿真及性能评价

小结

参考文献

致谢

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