高速缓存在宽带网中的应用

英特尔（中国）有线公司系统工程师 尤晋

建设宽带网络的初衷是提供Internet的高速接入服务，同时通过各种附加服务来吸引用户。所以，用户在访问Internet时，是否真正体验到了在网络上“冲浪”的感觉，是宽带接入服务商必须面对的问题。

缓存技术在宽带中的应用
内容缓存技术在解决宽带技术应用问题中得到了广泛采用。内容缓存技术通过缓存用户经常访问的站点的内容，将用户最关心的内容放到离用户最近的地方，将网络传输中各种不确定的因素排除出去，并通过自己经过充分优化的响应系统响应用户的请求，充分利用到用户“最后一公里”的高带宽，达到提高最终用户响应速度的目的。
缓存技术对最终用户、宽带接入服务提供商以及网站自身都能带来好处：
1. 加快了最终用户访问Internet的时间，节省了与宽带接入服务提供商联接的费用；
2.利用缓存技术，大部分用户的Internet访问请求都在本地得到响应，从而节省了宽带接入服务提供商的Internet带宽的占用率，这也就意味在同样的带宽条件下，服务提供商可以发展、支持更多的用户；
3.宽带接入服务提供商可以像数据中心一样开展多种业务，将缓存加速服务作为向它们的主机托管用户、主机租用用户提供的一项增值服务；
4.缓存技术的采用，不仅满足了网站最终用户对访问速度的要求，加强了客户的满意度，同时也减轻了网站原始Web服务器的负载，这对网站带来的好处是显而易见的；
5.利用分布式缓存技术，为原始网站提供增值服务，降低了网站自身建设、维护远程镜像站点的成本，拓展了自己的商机。

缓存技术类型
1. Forward-Proxy正向代理：
需要客户的Web浏览器配置Proxy代理服务器的IP地址及TCP端口号，这样客户的所有Web请求都经过Cache缓存服务器的代理访问Internet。在Cache缓存服务器代理用户请求访问Internet之前，它先检查自身是否已经缓存了用户请求访问的Web对象(每一个页面都是由单独的WebObject构成的，每一个URL都唯一对应一个Web对象)，如果已经缓存并且没有过期，那么就用本地缓存的Web对象响应客户的请求，从而加快了用户的访问时间，并且节省了宝贵的广域网链路带宽资源。但此种类型因为需要更改客户Web浏览器的配置，所以只适合于中小企业。
2. Transparent-Cache透明缓存：
与Forward-Proxy正向代理类型的唯一区别在于，无需在客户的Web浏览器中配置任何信息，可以利用以下几种设备来与Cache缓存服务器配合实现：
1）Intel公司的具备第四层重定向功能的ES550路由交换机；
2）可以设置第四层过滤规则的L4交换机；
3）支持WCCP协议的Cisco路由器、交换机系列。
3. Reverse-Proxy反向代理：
与客户端无关，提供对Web服务器端的加速访问。它的应用方式是缓存服务器放置在Web服务器前端，代理Web服务器接受所有客户的 HTTP请求(通过DNS服务器配置实现)，此时Cache缓存服务器类似于一台Web服务器，也在TCP80端口接受HTTP请求访问。根据 Internet上的统计表明，超过80％的客户经常访问的是20％的网站内容，在这个规律下，缓存服务器可以处理大部分的客户静态请求，而原始的Web 服务器只需处理约20％左右的非缓存请求和动态请求，于是大大加快了客户请求的响应时间，并降低了原始Web服务器的负载。
采用反向代理方式(或服务器缓存加速方式)与传统的Web服务器直接响应方式比较起来，具有以下优点(以Intel公司的1500缓存服务器为例) ：
1）缓存服务器对客户Web请求的响应实际上是基于二级缓存技术：第一级是基于RAM随机访问内存来响应的，第二级是基于硬盘来响应的。这与Web服务器基于硬盘的响应速度显然不一样；
2）1500缓存服务器的Cache缓存软件InktomiTrafficServerEngine是基于数据库索引(Index)方式来组织Web对象，查询Web对象的速度比传统的Web服务器更快；
3）1500缓存服务器的Cache缓存软件InktomiTrafficServerEngine采用了最新的数据流技术 (DataFlow)，基于原始磁盘(RawDisk)进行I/O读写访问操作，这比传统的Web服务器基于文件系统(FileSystem)的I/O读写效率更高；
4）多台1500缓存服务器可以很方便地配置成群集(Cluster)或负载平衡，不仅保证了Cache缓存服务器的冗余，并且线性地提高了Cache缓存服务器组整体处理Web请求的能力 ;
5）节省存储硬盘空间，缓存服务器不用100％复制原始Web服务器的内容，它只是缓存用户经常访问的静态页面对象，相比采用多台同等Web服务器扩展站点处理能力更为经济有效；
6）单台1500缓存服务器在理论上可以反向代理多达245台不同内容的Web服务器。
正因为Cache缓存服务器的反向代理类型具有以上特点，并且采用了这种技术以后，Web站点的响应速度通常会加快30%~50%以上，所以得到诸如Yahoo.com，CNN.com，Hotmail.com等大量E-Mail站点的广泛响应。

应用缓存技术应注意的问题
缓存设备应支持所有三种缓存类型，以灵活地运用到宽带接入网络中，并提供多种服务。例如，利用正向代理模式（Forward- Proxy），帮助宽带服务商控制Internet接入服务的用户；利用透明缓存模式(Transparent-Cache)，为最终用户提供最方便简洁的服务；利用反向代理模式，吸引更多的内容服务商，在提高自身用户满意度的同时，拓展自己的商机。
缓存设备应基于开放的平台和技术，以确保与现有技术和设备的兼容性，发挥最大的效益。由于宽带技术是近一两年才出现的新兴技术，缓存技术在宽带接入网络中的应用远远落后于在其他网络环境中的应用，而且网络技术的发展突飞猛进，日新月异，所以确保缓存设备在宽带接入网络中的运用可以与现有及将来的技术兼容，相互配合，最大限度地发挥缓存的作用是每一个宽带接入服务商在选择缓存设备时必须慎重考虑的问题。只有基于开放平台和开放技术之上的产品，才能保证与已有技术和其他厂商的产品之间的兼容，并为将来出现的新技术做好准备，最大限度地保护服务商的投资。
缓存设备应该支持性能上的无级扩展，可以满足宽带接入服务商根据具体情况定制自己设备的需求，并根据服务规模的发展，快速、简单地实现性能上的升级。
缓存设备应该具有安装快速、维护简易方便的特性，具有异地远程管理、开关机的功能，以降低宽带接入服务商的运营维护成本。
缓存设备自身系统应该具有高度的稳定性，可靠性和安全性。缓存设备处于网络中的关键位置，易受到攻击，且由于通信量的巨大，系统自身的稳定性，可靠性和安全性非常重要。而这与系统本身的设计有密切的关系。
缓存设备应该具有几十Gbit的巨大容量，以支持大量用户的离散请求，提高用户的满意度，最大限度地保护服务商的投资。
缓存设备应该支持多种协议，包括HTTP、FTP、NNTP等，以适应各种网络应用。