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太原理工大学硕士研究生学位论文 自适应w e b q o s 模型研究 摘要 随着计算机网络和多媒体技术的迅猛发展，i n t e m e t 上的w e b 应用 直呈爆炸式的增长，其中绝大部分是h t t p 请求服务。由于h t t p 请 求的增长的过快，导致许多的网站的w 曲服务器面临超载的问题，主 要表现是响应时间过长甚至拒绝服务。w 曲服务请求的响应时间主要 由两个因素决定，网络传输的质量和w 曲服务器的处理性能。近年来， 网络传输的服务质量( q o s ) 技术研究已经比较成熟，然而，如果应用层 的w e b 服务器服务质量不能保证。那么，在服务器过载的情况下，即 使网络传输质量能够得到很好保证，仍然有可能被拒绝服务，或者响 应时间大大延长而导致“拒绝服务”的效果。由此可见，由于服务器的 超载问题，w 曲服务器已经在某种程度上成为实现端到端服务质量控 制的瓶颈。因此，如何实现w 曲服务器系统的服务质量控制，为用户 提供满意的服务性能，已经成为一个迫切需要解决的闯题。 本课题对w e bq o s 控制技术进行了深入研究，旨在解决w 曲服务应 用中为不同级别的客户提供分类服务的问题，使w 曲服务器资源更合 理的分配，使有限的资源产生最大的经济效益。一方面，从数据队列 调度的优先级服务出发，提出了基于同时考虑s e s s i o n 和w e b 内容的性 能函数，并兼顾公平性的数据综合调度算法，为w e b 网站提供w e bq o s 保证；另一方面，描述了一种自适应w e bq o s 控制器模型，该模型通 过动态监控和调整w 曲服务器配置参数的方法来达到要求q o s 级别，使 用启发式的禁忌搜索算法来求得q o s 最优化配置。 奎堕堡三查兰堡主堑壅生兰垡笙奎 关键词：w e bq o s ，请求分类，自适应q o s 控制，禁忌搜索算法 太原理工大学硕士研究生学位论文 r e s e a r c hi nm o d e lo fw e bq o sc o n t r o l t h r o u g hs e l f t u n i n g a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h ec o m p u t e rn e t w o r ka n dm u l t i m e d i a t e c h n o l o g i e s ，t h ew e ba p p l i c a t i o no nt h ei n t e r n e ti si n c r e a s i n ge x p l o s i v e l y m o s to ft h ew e ba p p l i c a t i o n sa r et h eh t t pr e q u e s t s m a n yw e bs i t e sh a d t of a c et h ep r o b l e mo ft h es e r v e ro v e r l o a d i n g t h em a i ns y m p t o mi st h a t u s e r sh a v et ow a i tav e r yl o n gt i m ef o rt h eh t t p r e s p o n s ea n de v e nt h e h m r e q u e s t s w i l lb e r e j e c t e d t h er e s p o n d i n g t i m ei s g e n e r a l l y i n f l u e n c e db yt w oe l e m e n t s ：t h eq u a n t i t yo ft h es e r v i c eo fn e t w o r k s t r a n s f e rl a y e ra n dt h ep e r f o r m a n c eo ft h ew e bs e r v e r r e c e n t l yy e a r s ，t h e r e s e a r c hh a sb e e nc a r r i e do u ta c t i v e l yi nt h i sf i e l d i nc o n d i t i o no ft h e s e r v e ro v e r l o a d i n g ，i fa n ym e a s u r ew a sn o tt a k e na b o u tt h eq o sc o n t r o li n t h ea p p l i c a t i o n sl a y e r , a l t h o u g ht h eq o so ft h en e t w o r kt r a n s f e r r i n gi s e n s u r e dv e r yw e l l ，t h er e q u e s tm a ya l s ob er e j e c t e do rt h er e s p o n d i n gt i m e b e d e l a y e ds ol o n gt h a t l e a d s t o ”r e j e c tr e q u e s t ”r e s u l t s ow ec o u l d c o n c l u d et h a tt h eo v e r l o a do ft h ew e bs e r v e ri sb e c o m i n gt h eb o f l e n e c ko f t h eq o sc o n t r 0 1 t h e r e f o r e ，h o wt oa p p l yt h ew e bs e r v e rq o sc o n t r o la n d p r o v i d et h ec u s t o m e r st h es a t i s f i e ds e r v i c e s ，h a sb e c o m et h ei m m i n e n c e p r o b l e m st h a tm u s t b es e t l e d i nt h i sp a p e r , w ed os o m er e s e a r c ho fw e bq o sc o n t r o ld e e p l y , t h e s t r a t e g y o fc l a s s i f i e ds e r v i c e p r o v i d e t h ed i f f e n i a t e d c u s t o m e r st h e d i f f e n i a t e ds e r v i c e s o nt h eo n e h a n d ，w ep r o p o s ep r o t o t y p e s o f i i i 太原理工大学硕士研究生学位论文 c o m p r e h e n s i v es c h e d u l i n ga l g o r i t h m sb a s e do nc o m b i n a t i o no fs e s s i o n a n dc o n t e n t i tp r o v i d ew e bs i t ew e bq o ss e r v i c e o nt h eo t h e rh a n d ，w e d e s c r i b eaq o sc o n t r o l l e rm o d e l t h em o d e le n a b l e sw e bs i t eo p e r a t o r st o o p t i m i z et h eu s a g eo ft h e i rw e bs i t e sb yp r i o r i t i z i n ga m o n gr e q u e s t sf r o m d i f f e r e n tc l a s s e so fu s e r sa n dd y n a m i c a l l ym o n i t o r i n ga n dt u n i n gw e bs i t e s s ot h a td e s i r e dq o sl e v e l sa r ea t t a i n e d o u ra p p r o a c hu s e sh e u r i s t i ct a b u s e a r c h a l g o r i t h mt og u i d e t h es e a r c hf o rt h eb e s tc o m b i n a t i o no f c o n f i g u r a t i o np a r a m e t e r s k e y w o r d s ：w e bq o s ，r e q u e s t sc l a s s i f i c a t i o n ，q o sc o n t r o lt h r o u g h s e l f - t u n i n g ，t a b us e a r c ha l g o r i t h m 声明 y9 7 9 3 8 3 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文 不包含其他个人或集体己经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究 做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的 法律责任由本人承担。 论文作者签名：! 垒猛日期：趁! 么z 关于学位论文使用权的说明 本人完全了解太原理工大学有关保管、使用学位论文的规定，其 中包括：学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印 件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文； 学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为目的， 复制赠送和交换学位论文；学校可以公布学位论文的全部或部分内 容【保密学位论文在解密后遵守此规定) 。 签名： 导师签名： 生邈 日期：趁! ：z i 日期： 太原理工大学硕士研究生学位论文 1 1 应用背景 第一章绪论 由于计算机网络和多媒体技术的迅猛发展，i n t e r n e t 上的w e b 应用一直呈现爆炸 性增长趋势。目前，w e b 流量在i n t e r n e t 总流量中所占的比例已经超过了6 0 ，成 为i n t e r n e t 上信息传输的主流。由于h t t p 请求的指数性增长，i n t e r n e t 上的许多热 门站点都经常面临着服务器超载问题。通常，人们期望的w e b 站点的理想响应时 间为1 秒，这与人类的响应时间大体相当。研究表明，普通的w e b 用户通常不会忍 受超过8 1 0 秒的等待时间。而根据z o 越研究中心的统计，一个电子商务网站必须 保证其w e b 用户在7 秒内得到响应，否则将损失3 0 或者更多的客户。具体而言， w 曲服务请求的响应时间主要由两个因素决定：网络传输的质量和w 曲服务器的处 理性能。近年来，网络传输的q o s 技术研究已经十分活跃，包括通过建立i n t s e r v 和d i f t s e r v 体系结构来提供性能保证和服务区分。然而，如果w 曲服务器不支持任 何q o s 控制，那么，在服务器过载的情况下，具备端到端网络q o s 保证的高级数据 流仍可能遭受服务拒绝，或者w e b 艮务的平均响应时间比用户的期望值高出多个 数量级，从而导致事实上的“拒绝服务”效果。据估计，仅在美国的电子商务市场， 慢的通信速度、延迟的响应时间、频繁的连接中断等问题已经导致了每年大约4 0 0 亿美元的销售损失。由此可见，由于服务器的超载问题，w 曲服务器已经在某种 程度上成为实现端到端q o s 的瓶颈。因此，如何实现w e b 系统的q o s 控制，为用户 提供满意的服务性能保证，已经成为一个迫切需要解决的问题。 更重要的是，伴随着电子商务应用的发展，i n t e m e t 的服务模式正由传统的数据 通信与信息浏览向电子交易与服务转变，这种变化使w 百b 服务器以及w g b 服务器系 统成为支持电子商务的核心设施。现在，企业和服务提供商都越来越崇尚将重要 的服务转移至e w e b 上去，例如，在线银行、股票交易、网上预订、网上购物等， 都是目前流行的通过w e b 前端提供的电子交易与服务的形式。与传统的t c p i p y ( i 太原理工大学硕士研究生学位论文 h t t p f 臣务的平均主义哲学不同，电子商务应用通常要求对用户或服务进行区分优 先级别的处理，这是因为所有的w e b 事务对客户或服务器而言不可能都同等重要。 例如，对客户而言，进行在线股票投资交易的h 1 v r p 请求显然要比简单的浏览或下 载请求更加紧要，因此，需要更加严格的实时性能保证；对w 曲服务器而言，它 需要为付费的用户提供比免费用户更好的服务级别。随着w e b 应用资源需求的不 断增加，电子商务类增值服务迫切要求为其提供基于利润收益的有竞争力的区分 服务，而不应该再遵循传统的“尽力而为( b e s t e f f o r t ) ”的服务规范。因此，如何 在w 曲服务器和w e b 服务器系统中为不同类型的用户或请求提供区分的、而非“一 视同仁”的w e bq o s ，已经成为支持电子商务的一个至关重要的问题。 总之，如何在w e b 服务器及其系统中实现q o s 控制的机制与策略，为不同类型的 用户或请求提供性能保证和服务区分，这是目前w e b 发展所迫切需要解决的问题， 也是实现下一代网络q o s 控制不可或缺的关键环节。 1 2 国内外研究现状 w e bq o s 属于应用层的q o s ，它量度的是用户在与w e b 站点进行交互时所感 受到的服务性能。例如，下载时间、交易时间( 如银行结算、股票交易、网上购物) 、 服务器的可用性、遇到的错误( 如失败的连接、丢失的页面或组件、中断的链路、 交易失败) 等。由于w e b 基础设施的复杂性，影响w e bq o s 的因素很多。实际 上，w e bq o s 控制涉及到构成w e b 的每一个元素，从网络技术和协议，到w e b 服务 器( 以及代理服务器) 的硬件、软件( 包括服务器应用软件、操作系统以及中间件) 体系结构。由于大多数w e b 基础设施的组件通常都无法轻易进行控制所以实现 w e bq o s 并非易事。相对而言，网络通信公司对其主干网具有完全的控制能力， 因而能够向其客户提供基于网络可用性和保证网络响应时间的服务水平协议：而 w e b 服务供应商则无法提供类似的服务保证契约，因为他们只能对w e b 基础设施 的一小部分进行处理和操作。概括地讲，w 曲服务供应商可以实施的w e b 系统解 决方案可以分为以下两类： ( 1 ) 有区分的w e b 服务机制与策略。它是通过定义用户或请求的类别，确定优 2 太原理工大学硕士研究生学位论文 先级，利用基于优先级的请求分配策略和资源监控与调度机制来保证不同的服务 水平协议。 ( 2 ) w e b 服务器系统的体系结构设计。它的目的是确定能够向所有w 曲用户或 请求提供服务水平协议保证的正确体系结构。可分为三个方面：通过增加内存和 c p u 来扩大单个服务器的处理能力；在局域范围内通过复制服务器内容建立w e b 集群来增强本地处理能力；在地理上的广域范围内通过复制服务器集群来扩大全 局处理能力。 实际上，上述两个方面也是当前w e bq o s 控制技术研究的两个主要切入点。具 体地讲，当前w e bq o s 技术的研究方向主要有： w e b 服务器应用软件的q o s 支持技术； 操作系统的w e bq o s 支持技术； 中间件的w e b q o s 支持技术； w e b 服务器集群系统中的q o s 支持技术； w e bq o s 控制策略和算法的性能分析与评价技术。 目前，国际上w e bq o s 控制技术的研究已经越来越多地受到网络研究者和著名 公司的重视。许多著名的国际会议，女l i n t e m a t i o n a l w o r k s h o p0 1 1 q u a l i t yo f s e r v i c e ( i w q o s ) 、i n t e r n a t i o n a lw o r l dw i d ew e bc o n f e r e n c e 等，都已经开始将w e bq o s 列 为一个重要的会议议题。m ，公司已经推出了在w 曲服务器中支持q o s 控制机制的 名为“w e bq o s ”的服务质量软件，同时还与c i s c o 公司结成战略同盟，联手推出面 向w e b 服务器集群系统的w e bq o s 总体解决方案。i b m 公司也推出了支持w e bq o s 控制机制的名为“w e b s p h e r e ”的软件平台。此外，许多生产第七层交换机的公司也 不断推出能够在服务器集群环境中支持基于q o s 的负载均衡的硬件产品。但是， 目前国内还很少见到关于w e bq o s 的研究论文，这方面的产品和专利技术也基本 上属于空白。因此，紧密跟踪国际2 z q o s 领域的技术前沿，积极开展w e bq o s 技术 方面的研究与开发，是我们进行的主要工作。 太原理工大学硕士研究生学位论文 1 3 论文主要工作及章节安排 本课题对w e bq o s 控制技术进行了深入研究，旨在解决w 曲服务应用中为不同 级别的客户提供分类服务的问题，使w c b 服务器资源更合理的分配，使有限的资 源产生最大的经济效益。一方面，从请求队列调度的优先级服务出发，提出了基 于同时考虑s e s s i o n 和w e b 内容的性能函数，并兼顾公平性的数据综合调度算法， 为w 曲服务提供w e bq o s ；另一方面，描述了一种自适应w e bq o s 控制器模型，该 模型通过动态监控和调整w 曲服务器配置参数的方法来达到要求q o s 级别。具体内 容如下： 第二章对w e bq o s 研究中的一些基本概念、关键技术和实现机制进行了讨论， 这是进一步研究工作的基础。 第三章提出了一种同时兼顾s e s s i o n 和w e b 内容的优先级调度思想，给出了兼顾 s e s s i o n 和内容同时考虑公平性的性能函数，并根据该性能函数所的设计算法原型， 对算法进行了数据模拟，通过对仿真结果进行分析，证实该算法可以在兼顾公平 性的基础上为用户提供有区分的w e bq o s 优先级服务。 第四章提出了一种自适应w e bq o s 控制器模型，该模型通过动态监控和调整 w e b 服务器配置参数的方法来达到要求q o s 级别，使用启发式的禁忌搜索算法来求 得q o s 最优化配置，并对该模型进行数学描述，对算法进行设计，通过仿真实验， 证实该模型达到了要求q o s 级别。 第五章对全文研究工作进行总结，同时对下一步的研究工作进行展望。 1 4 小结 本章介绍并分析了w 曲q o s 的主要研究内容及发展现状和趋势。并介绍了论文 的选题背景和主要的研究内容。 太原理工大学硕士研究生学位论文 第二章w e bq o s 及相关技术研究 w e bq o s 主要是为用户提供基于w 曲的分类服务，它与网络传输的q o s 技术、 w e b 技术、s e s s i o n 技术和h t t p 协议等是密切相关的，这些技术是进行w e bq o s 研 究的基础。本章通过对这些相关技术的讨论，分析它们的实现思想和技术，特别 是对实现w e bq o s 的影响，并进一步开展w e bq o s 技术的研究。 2 1o o s 在引入w 曲q o s 技术之前，先了解一下q o s 的概念和相关技术。q o s ( q u a l i t yo f s e r v i c e ) 是一个综合指标，用于衡量使用一个服务的满意程度。它强调端到端或网 络边界到边界的整体性，具体可以量化为吞吐量、差错率、端到端延迟、延迟抖 动等网络性能参数。随着i n t e m e t 规模的不断增长，i p 网上出现了大量的实时业务。 传统i p 没有服务质量q o s 保证，这与计算机网络产生之初只是为传输简单的数据业 务，因而采用面向无连接的服务有关。i p 网络不能保证业务特定的q o s 要求己经成 为i p 网络向宽带综合服务网络发展的巨大障碍。因此如何解决i p 网络的q o s 要求， 以使网络能够灵活地根据业务的具体特点提供给客户满意的服务，是i p 业界亟待 解决的问题。在这种情况下，各个研究团体纷纷开始组织大规模的q o s 研究。q o s 主要分为两种：网络传输中的q o s 保证和端节点的q o s 保证。 2 2 网络传输的o o s 网络传输的q o s 技术可分为保证型和尽力型两种。保证型的q o s 在终端双方 通信之前先要建立连接，确保通信过程中的网络带宽，如a t m 业务类型、e p 网 络中的r s v p 。一旦连接建立，通信中所需的带宽就能保证，与连接相关的应答 时间、时延要求也能保证；如果网络不能提供所需的带宽，它就会拒绝建立连接。 尽力型的q o s 技术不能确保带宽，通常用在非连接型通信中，例如在i e e e 8 0 2 1 p q 太原理工大学硕士研究生学位论文 的标记帧或i p 分组头中的t o s 域有3 位的优先级，供l a n 交换机或路由器进行 优先级控制，由于采用这种方法不能在通信中确保带宽只是按优先级顺序进行交 换或转发，因此也称为c o s ( c l a s so fs e r v i c e ) 以区别能保证带宽的狭义的q o s 技 术。 i e t f 建议的q o s 技术方案主要有：综合服务( i n t e g r a t e ds e r v i c e s ，i n t s e r v ) ，区分 服务( d i f f e r e n t i a t e ds e r v i c e s ，d i f f s e r v ) 、多协议标记交换和基于约束的路由，另外 还有a t m 网络。 2 2 1 综合服务 i n t s e r v 由i e t f 的i m s e r v i 作组1 9 9 4 年在r f c l 6 3 中提出。i n t s e r v 定义了三种服 务类型：保证服务( g u a r a n t e e ds e r v i c e s ，r f c 2 2 1 2 ) ，对带宽、时延分组丢失率提供定 量的质量保证；可控服务( c o n t r o l l e d 1 0 a ds e r v i c e s ，r f c 2 2 1 i ) ，给用户提供一种类似 在网络欠载情况下的服务，它是一种定性的指标；尽力服务( b e s t - e f f o r t ) ，类似于目 前i i n t e m e t 网上提供的服务，是一种尽力而为的工作方式，基本上无任何质量保证 【l 】o 为了实现上面的服务，i n t s e r v 定义了4 个功能部件，网络中的每个路由器都需 要实现这4 个部件。 ( 1 ) r s v p ( r f c 2 2 0 5 ) ：r s v p i i p 资源预留协议，它是i n t e m e t _ k ：的信令协议。通过 r s v p ，用户可以给每个业务流( 或连接) 申请资源预留，要预留的资源可能包括缓 冲区及带宽的大小。这种预留需要在路径上的每一跳都要进行，这样才能提供端 到端的q o s 保证。r s v p 是单向的预留，适用于点到点以及点到多点的通信环境。 ( 2 ) 访问控$ 1 j ( a d m i s s i o nc o n t r 0 1 ) ：它基于用户和网络达成的服务协议，对用户的 访问进行一定的监视和控制，有利于保证双方的共同利益。 ( 3 ) 分类器( c l a s s i f i e r ) ：根据预置的一些规则，它对进入路由器的每一个分组进行 分类。这可能需要查看i p 分组里的某些域：i p 源地址、i p 目的地址、上层协议类型、 源端口号、目的端口号；分组经过分类以后被放到不同的队列中等待接收服务。这 方面的技术还不很成熟，是一个有待研究的领域。 太原理： 大学硕士研究生学位论文 ( 4 ) 队列调度器r ( s c h e d u l e r ) ：它主要是基于一定的调度算法对分类后的分组队列 进行调度服务。这方面的技术目前已比较成熟，常见的调度算法有w f q ，w f 2 q ， s c f q ，v c ，m d s c f q ，w r r 等。 i n t s e r v 尽管能提供q o s 保证，但扩展性较差。因为其工作方式是基于每个流的， 这就需要保存大量的与分组队列数成正比的状态信息；此外，r s v p 的有效实施必 须依赖于分组所经过的路径上的每个路由器。在骨干网上，业务流的数目可能会 很大，同时它还要求路由器的转发速率很高，这使得i n t s e r v 难于在骨干网上得到 实旌。目前，比较一致的看法是在企业网的边缘实施i n t s e r v , 或者对流( f l o w ) 的定义 更加粗糙以使业务流的数目降低到可以承受的地步。 2 2 2 区分服务 为了解决i n t s e r v 的一些缺点，i e t f 在r f c 2 4 7 5 中提出d i f l s e r v ( d i f f e r e n t i a t e d s e r v i c e s a r c h i t e c t u r e ) 体系结构，旨在定义一种实施i p o o s j l 更容易扩展的方式， 以解决i n t s e r v 扩展性差的缺点。d i f f s e r v 简化了信令，对业务流的分类颗粒度更粗。 它通过汇聚( a g g r e g a t e ) 和逐跳行为( p e rh o pb e h a v i o r , p h b ) 的方式来提供一定程度 上的q o s 保证。汇聚的含义在于路由器可以把q o s 需求相近的各业务流看成一个 大类，以减少调度算法所处理的队列数：p h b 的含义在于逐跳的转发方式，每个p h b 对应一种转发方式或q o s 要求。 在d i t t s e r v 里，引入了d i 饪s e r v 域( d o m a i n ) 的概念，一个d i f f s e r v 域可以认为是 一个能提供d i f f s e r v 业务的子网。d i f f s e r v 域主要由一些路由器组成，并对这些路 由器进行了区分，把位于d i f f s e r v 域边界的称为边界路由器( e d g er o u t e r ) ，而把 d i f f s e r v 域内部的称为内部路由器( c o r e r o u t e r ) 。边界路由器需要具有的功能有： 对业务流的分类( 基于i p 分组中一些字段的与i n t s e r v 类似的较细分类或者为基于汇 聚的较粗分类) 、整形( s h a p i n g ) 、标记( m a r k i n 曲和调度( s c h e d u l i n g ) ；部路由器需要 具有的功能有：分类( 为基于汇聚的较租的分类) 、调度。d i f f s e r v 力图通过对业务流 的分类、整形、标记、调度来实现对业务q 0 s 一定程度上的保证。 d i f f s e r v 利用t i p v 4 分组头的t o s 字段( 或i m 的t o s 字段) ，作为 太原理工大学硕十研究生学位论文 d s c p ( d i f f s e r v 编码点) 使用。每- - 种d s c p 对应一种p h b 方式。路由器在转发分组 时只需查看每个分组的d s c p 值，从而对此分组提供相应的p h b 转发方式。目前， 己定义的d s c p 值有：0 0 0 0 0 0 为缺省( b e s t e f f o r t ) ，1 0 1 1 0 0 为e f 及1 2 个a f d s c e 实际上，d i r t s e r v 仅提供了一种在子网络域内实施q o s 的框架结构，而具体的 一些策略和相应的实现机制则由不同的厂商来决定。尽管d i f f s e r v l l 较灵活，但同 时提出的一个问题是它能否真正提供q o s 保证。 2 2 3 多协议标记交换 m p l s 源于i p 交换和标记交换技术，通过定义标记来封装i p 数据包，实现流量 控制和快速转发。i p 网络是无连接的，每个路由器根据每个i p 数据包的地址查找 转发路径，并做相应的转发。由于路由器采用最长前缀匹配搜索方法，因此无法 实现高速转发。m p l s 在网络的入口边缘路由器为每个e p 数据报加上一个3 2 位的 标记，核心路由器将根据标记值进行转发，在出口边缘路由器再恢复成原来的i p 数据报。由于采用固定长度的标记来搜索目的地址，因此m p l s 能够实现高速转发。 由标记确定的转发路径成为标记交换路径( l s v ) 。m p l s 能够根据流量的q o s 要求选择一个优化的边界到边界的路径。m p l s 还提供了对流量工程的支持，能够 在m p l s 网络范围内进行负载均衡。 2 2 4 基于约束的路由 基于约束的路i 扫( c o n s t r a i n e d - b a s e d r o u t i n g ) 源自q o s r o u t i n g ，只是对q o s 的限 制参数进行了一定的扩充。c b r 的有效实现需要各个路由器之间的相互配合，比 如相互通知各自所知道的网络的一些状态信息( 如链路的剩余带宽) c b r 的难点在 于：如何在状态信息的精确发布和发布频率之间取得一个折衷。因为链路的剩余带 宽在不断的变化，c b r 既要避免状态信息发布的滞后性，又要避免不停地频繁发 布状态信息。c b r 的有效实现还有待进一步的研究。 太原理工大学硕士研究生学位论文 2 2 5 a t m 网络 上面介绍的几种技术都是在传统的i p 网络附加相关的协议来保j , j e q o s ，而a t m 网络是从网络的体系结构上支持q o s 。 a t m 网络按照端点问的定时关系、比特率可变性及可连接性为主要特征把传输 服务分为5 类：a 、b 、c 、d 和x 类。a 、b 类用于支持面向语音和视频的应用以及 d s 电路模拟；c 、d 类用于支持面向数据的应用；x 类由用户和厂家自定义。互相 通信的a t m 节点在建立连接的过程中需要q o s 参数的协商，一旦连接建立了，虚 电路上的a t m 路由器必须为此次连接保证其承诺的服务质量。 2 3h t t p 协议 h t t p ( h y p e rt e x tt r a n s f e rp r o t o c 0 1 ) 是w e b 应用的基础协议，它是一个基于请 求响应范式的协议。一个客户机与服务器建立连接后，发送一个请求给服务器， 请求方式的格式为，统一资源标识符、协议版本号，后边是m i m e 信息包括请求 修饰符、客户机信息和可能的内容。服务器接到请求后，给予相应的响应信息， 其格式为一个状态行包括信息的协议版本号、一个成功或错误的代码，后边是 m i m e 信息包括服务器信息、实体信息和可能的内容。w e b 通过该协议识别传输 的信息的类别，声音、图片、文字等等各种多媒体文件。 h t t p 规定协议双方采用客户朋艮务器模式工作，每个w e b 网站运行服务器， 它通常监听t c p 的8 0 号端口，接受来自客户端( 通常是浏览器) 的连接请求。一旦 监听到连接建立请求并建立t c p 连接之后，浏览器就向服务器发出浏览某个页面 的请求，服务器接着返回所请求的页面作为响应。最后，释放此次t c p 连接。 h r r p 是一个面向事务( t r a n s a c t i o no r i e n t e d ) 的客户明艮务器协议。虽然h 1 1 p 使用了t c p ，但h t l p 是无状态的( s t a t e l e s s ) 。每个事务独立进行处理，事务开始 前建立t c p 连接，事务完成后立即断开t c p 连接。虽然t c p 是面向连接的的服 务，但是h t t p 本身是无连接的。 h t t p 定义了三种不同的操作模式，其中最简单的情况，就是在用户代理( u s e r a g e n t ) 和原始服务器( o r i g i ns e r v e r ) 之间直接建立一个t c p 连接。用户代理就是一 太原理1 大学硕士研究生学位论文 个浏览器，原始服务器是一个用户想获得的资源的驻存的服务器，通常是w e b 服 务器。用户代理首先发起t c p 连接，然后发送h t t p 请求，原始服务器接收到请 求后，以结果页面响应。h t t p 将请求和响应在t c p 连接上的传输分别定义为请 求链( r e q u e s tc h a i n ) 和响应链( r e s p o n s ec h a i n ) 。另外两种是多段t c p 连接模式和 高速缓存模式，它们对本文研究的w e bq o s 来说和第一种模式没本质的区别，所 以不作介绍了。 h t t p 协议定义了请求报文和响应报文两类报文，请求报文中的信息和响应 报文的首部信息是用a s c i i 码传递的，响应的实体信息则是采用m i m e 格式传递。 报文的头部有以下四种： 请求头部( r e q u e s th e a d e r ) ：是客户向服务器传递的请求和客户的其他信息。 响应头部( r e s p o n s eh e a d e r ) ：提供关于服务器的信息以及关于对“请求资源 1 瓜】? 标识的资源进一步访问信息。 通用头部( g e n e r a lh e a d e r ) ：缓存控制、连接选择，编码类型。 实体头部( e n t i t yh e a d e r ) ：定义了可选的关于实体正文或由请求资源的内部标 识。 在w e bq o s 技术研究中需要将h t t p 首部信息进行解析获取请求的内容，并 根据其中的内容进行q o s 控制。为了获得一个h t m l 的页面，通常需要向w e b 服务器发送若干个h r r p 请求，以便分别得到文档中的文字和文档中嵌入的声音 和图片等等。 目前，h t t p 协议有1 0 和1 1 两个版本。在h t t p l 0 中每个h t t p 请求都要 在浏览器和服务器之间建立一个t c p 连接，这增加了服务器对每个请求处理的资 源消耗和每个请求的网络分组的开销，直接影响客户端的响应速度。 m 1 甲1 1 增加了一种持续连接( p e r s i s t e n tc o n n e c t i o n ) 机制，允许浏览器通过个 t c p 连接发送多个h t t p 请求。w e b 服务器在接收到一个请求之后的一个时间段 内( 通常是可配置的，例如巧秒) 保持连接开放。这种办法降低了因建立多个t c p 连接而引入的开销，包括c p u 、内存和网络带宽等开销，同时由于多个请求可以 在一个t c p 连接中以流水线方式工作，因此缩短了h t m l 文档的响应时间。此外， 在t c p 传输内部还可以避免多次因拥塞控制而引入的t c p 慢启动( s l o ws t a r t ) ，提 o 太原理工大学硕士研究生学位论文 高了网络带宽的利用率。 2 4s e s s i o n 技术 由于i n t e m e t 技术的成熟，企业纷纷把传统的业务转向网上进行。客户越来越 需要网上能提供方便、快捷和安全的服务，这其中包括一些比较复杂和重要的业 务，例如：银行要提供网上支付和股票交易等等。这些业务依靠动态内容、后台数 据库和提供安全保证的交易等等来支撑，而通常这种业务是需要若干步骤才能完 成整个流程的，也就是需要一组相互独立的h t t p 请求来完成，这些完成一个业 务流程所需的一组h t t p 请求的集合，就被称为会话( s e s s i o n ) 会话是一组相互独立的h t t p 请求。h r r p 协议是无状态性应用层的协议， 服务器不能识别某个h r r p 请求在整个s e s s i o n 中所在的状态和位置。会话( s e s s i o n ) 包含一组h t t p 请求，它们具有先后的顺序，共同组成一个商务流程。在业务流 程的组成上来看，一个会话具有不可分割的原子性，即：组成业务流程的所有h m 请求全部都响应的情况下，才能完成整个s e s s i o n 。如果在会话处理的中途有某个 请求被服务器拒绝，那么将导致整个s e s s i o n 的中断，也就使得整个业务流程中途 退出，无法完成。 2 4 1c o o k i e 技术 c o o k i e 是在w e b 上用于存储客户系统信息的对象。所有的信息都以每行一个 c o o k i e 的形式存放在客户端的一个名为c o o k i e s t x t 的文件里。c o o k i e 在h t t p 头 标( 客户和服务器用来标识自身的分组) 中在客户机与服务器之间传输c o o k i e 由某 个w w w 网页在某客户机上进行设置。比如，某个w w w 网页已在一个用户的计 算机上设置了一个c o o k i e , 其中存储的信息是该用户的身份号( 随机赋予该用户的 唯一标识) ，当该用户的浏览器连接该w w w 站点时，站点要求浏览器将c o o k i e 送回，他的身份号就通过c o o k i e 传递给该网页所在的w w w 服务器。服务器上 的一个c g l 程序查找一个服务器端的文件以确定关于他的预设内容。 当某个服务器在客户的计算机上设置c o o k i e 后，如果要让c o o k i e 信息确实 太原理工大学硕士研究生学位论文 写入文件，必须关闭浏览器。在浏览器未关闭之前，任何新的或变化的c o o k i e 都 存放在内存中，以提高性能。 每个c o o k i e 包含有6 个元素，常用的有：n a m e ，v a l u e ，e x p i r e s ，d o m a i n 和s e c u r e s 这些元素存放了这个c o o k i e 的作用范围及实际的数据。 ( 1 ) n a m e 这是每个c o o k i e 必须有的元素，它是该c o o k i e 的名字。n a m e 元 素是一个不含分号、逗号和空格的字符串。其命名方式与变量命名相同。 ( 2 ) v a l u e 它是该c o o k i e 的值。v a l u e 元素是实际存放于c o o k i e 中的信息。它 是由任何字符构成的字符串。 ( 3 ) e x p i r e s 它是一个c o o k i e 的过期时间。没有设置e x p i r e s 元素的c o o k i e 在用 户断开连接后过期，但在用户关闭浏览器之前c o o k i e 依然存在。c o o k i e 有一个过 期时间并等于会从c o o k i e t x t 文件中被删除的时间。在它的位置被用来存放另一个 c o o k i e 前，它依然存在着。过期的c o o k i e 只是不被送往要求使用它的服务器。e x p i r e 是一个串，e x p i r e s 元素是可选的。它的形式如下： w d y , d d - m o n y yh h ：m m ：s sg m t ( 4 ) d o m a i n 它是设置某个c o o k i e 。的w e b 网页所在的计算机的域名。这样， 由一个站点创建的c o o k i e 不会影响到另个站点上的程序。对于较高层的域名 如c o m ，e d u 或m i l ，域名中至少有两个分隔符( ) 。而对于较低层的域名如e n ，u k 或c a ，域名中至少有3 个分隔符。d o m a i n 元素自动地被设为网页所在站点的基本 域名。 ( 5 ) p a t h 一个c o o k i e 可以被指定为只针对一个站点的某一层次。如果一个w e b 站点要区分已注册的和未注册的客户，就可以为已经注册的客户设置c o o k i e ，当 注册过的客户访问该站点时，他就可以访问到只对注册客户有效的页面。p a t h 是 可选项，如果没有指定p a t h ，将被缺省地设置为设置c o o k i e 的页面的路径。 ( 6 ) s e c u r e 标志它是一个布尔值( 真或假) 。它的缺省值为假。如果它被设为真 值，这个c o o k i e 只被浏览器认为是安全的服务器所记住。 2 4 2s e a s j o n 实现原理 s e s s i o n 是利用h r r p 协议的c o o k i e 来实现的，客户端在进行第一次请求时，服 太原理工大学硕士研究生学位论文 务器会生成c o o k i e 值，这个值也就是服务器在服务器端为该客户端建的一个文件 索引，该文件中存着一些该客户端的信息，在文件中保存用户在s e s s i o n 所定义的 全局变量的变量名和值。然后再将s e s s i o ni d 作为一个c o o k i e 保存在用户端的文件 系统中。在服务器响应客户端的第一次的请求时，会把这个c o o k i e 发给客户端， 客户端会存在临时文件( c o o k i e ) 中，以后每次这个浏览器发请求时，都会在h t t p 头中带上这个c o o k i e 。值，服务器就会根据这个c o o k i e 值取得保存在服务器上的内 容。一般c o o k i e 都有时间的限制通常为2 0 分钟，过了该时间就会自动清除。 s e s s i o n 利用c o o k i e 身份