Имитация Отчет №7

Постановка задачи

Знакомство с технологией кэширования и сжатия данных, овладение навыками моделирования работы Web-приложений, а также анализ влияния кэширования и сжатия данных на производительность Web-сервера и время загрузки Web-страниц.

Ход работы

1. Создание модели

Была запущена программа Riverbed Modeler Academic Edition. В меню File выбран пункт

New..., после чего выбран тип Project. Проект озаглавлен как 2305472_CachingCompression, а сценарий — как NoCache_NoCompression. В окне Startup Wizard: Initial Topology выбран вариант Create empty scenario, в списке Network Scale выбран World.

В окне Object Palette выбран internet_toolbox. На рабочую область добавлены один Application Config, один Profile Config и два Logical Subnet. Объекты расположены и переименованы согласно рисунку (рис. 1).

Рисунок 1 - Модель

В Application установлены значения трех параметров согласно рисунку (рис. 2). Аналогично и у Profiles установлены значения четырех параметров (рис. 3).

Рисунок 2 - Установка параметров в Application

2

Рисунок 3 - Установка параметров в Profilies

В US_Servers, открыто окно Object Palette и выбран internet_toolbox. Добавлены ethernet_server и ethernet4_slip8_gtwy, соединены линией 100BaseT (рис. 4). Объекты расположены и переименованы согласно рисунку.

Рисунок 4 - Добавление объектов

В US_Web_Server значение параметра Server Address установлено как US_Web_Server. В Application: Supported Services выбран пункт Edit.... В окне Application: Supported Services Table в

выпадающем меню Rows выбран вариант 1, в выпадающем меню Name выбран HTTP_Img_App (рис. 5).

Рисунок 5 - Установка параметров в US_Web_Server

В Africa_Office, в пустую область перетащены 10BaseT_LAN и ethernet4_slip8_gtwy из окна Object Palette, соединены линией 100BaseT. Объекты расположены и переименованы согласно рисунку.

3

В Office_Clients значение параметра Number of Workstations установлено равным 50. Левой кнопкой мыши на значении параметра Application: Supported Profiles выбран пункт Edit.... В окне

Application: Supported Profiles Table в выпадающем меню Rows выбран вариант 1, в выпадающем меню Profile Name выбран HTTP_Img_Prof (рис. 6). В значении параметра Application: Destination Preferences выбран пункт Edit.... В окне Application: Destination Preferences Table в выпадающем меню Rows выбран вариант 1, в выпадающем меню Symbolic Name выбран HTTP Server. В Actual Name открыто соответствующее окно Table, в выпадающем меню Rows выбран вариант 1, в выпадающем меню Name выбран US_Web_Server, затем трижды нажата кнопка OK.

Рисунок 6 - Настройка параметров в Office Clients

Для соединения подсетей из окна Object Palette перетащена линия PPP_DS1.1 (рис. 7)

Рисунок 7 - Добавление кабеля

На основе сценария созданы два дополнительных.

1.Сценарий NoCache_NoCompression: это исходный сценарий. В нём клиенты из африканского офиса обращаются к веб-серверу в США по низкоскоростному каналу связи (DS1). В данном сценарии не используются ни механизмы кэширования данных, ни алгоритмы сжатия трафика.

2.Сценарий NoCache_Compression: копия базового, но с активацией сжатия данных. На веб-

сервере (US_Web_Server) включается алгоритм сжатия Per-Virtual Circuit Compression, который сжимает непосредственно данные (полезную нагрузку), а распаковка происходит только на конечном узле клиента. Это позволяет уменьшить объём передаваемого трафика.

3.Сценарий Cache_NoCompression: создан для добавления кэширования. В подсети африканского офиса между клиентами и маршрутизатором добавляются кэширующий сервер (Cache_Server) и коммутатор Layer4_Switch. Кэширующему серверу задаётся параметр Cache Hit Rate = 75%, что означает, что 75% запросов клиентов будут удовлетворяться локально, без обращения к основному серверу в США, что экономит трафик.

4

2. Моделирование

Было проведено моделирование по двум параметрам Page Response Time (seconds) и Load (requests/sec).

Load: в сценариях без кэширования нагрузка на основной сервер остается высокой и практически одинаковой (сжатие влияет только на объем данных, а не на число запросов), тогда как при кэшировании она резко падает — сервер обрабатывает лишь четверть запросов, что существенно разгружает его (рис. 8).

Рисунок 8 - Нагрузка для трех сценариев

Page Response Time: в базовом сценарии время загрузки страниц максимально из-за передачи полного объема данных по каналу. Сжатие заметно сокращает задержки за счет уменьшения трафика, а кэширование обеспечивает наименьшее время отклика, так как большинство запросов обслуживается локально.

Рисунок 9 - Время отклика страницы для трех сценариев

Сценарий Cache_Compression: это комбинированный сценарий, который объединяет в себе особенности второго и третьего. В сети африканского офиса одновременно работает и кэширующий сервер (как в Cache_NoCompression), и включено сжатие данных на основном сервере в США (как в NoCache_Compression).

Наилучший результат времени отклика демонстрирует сценарий Cache_Compression, где время отклика минимально (рис. 10 и рис. 11).

5

Рисунок 10 - Время отклика страницы для всех сценариев

Рисунок 11 - Время отклика страницы для всех сценариев (среднее)

В сценариях с кэшированием (Cache_NoCompression и Cache_Compression) пиковая нагрузка на сервер ниже, чем в сценариях без кэша (рис. 12 и рис. 13).

Рисунок 12 - Нагрузка для всех сценариев

6

Рисунок 13 - Нагрузка для всех сценариев (среднее)

Вывод

В ходе лабораторной работы проведено имитационное моделирование в Riverbed Modeler для оценки влияния кэширования и сжатия на производительность web-приложений. Исследованы три базовых сценария (без оптимизаций, только сжатие, только кэширование) и комбинированный, объединяющий оба механизма.

Результаты показали, что сжатие снижает объем передаваемых данных и время загрузки страниц, но не уменьшает количество запросов к серверу. Кэширование (с коэффициентом попадания 75%) существенно разгружает основной сервер и сокращает время отклика за счет локального обслуживания большинства запросов. Наилучшие показатели достигнуты в комбинированном сценарии Cache_Compression, где кэширование минимизирует обращения к удаленному серверу, а сжатие оптимизирует передачу данных при кэш-промахах. Таким образом, совместное применение кэширования и сжатия является наиболее эффективным способом повышения производительности web-серверов в условиях географически распределенной инфраструктуры и ограниченной пропускной способности каналов.

7