台灣學術網路WWW 代理快取系統的頻寬配置策略與實現
The Bandwidth Allocation of TANet’s WWW Proxy Cache System
 
楊素秋              劉大川          許乃文
 中央大學電算中心       交通大學計算機中心     教育部電算中心
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中文摘要

隨著易學易用的多媒體資訊服務的風行、帶動的TANet網路傳輸量的急速成長, 使得 「頻寬不足」成為永遠甩不脫的包袱; TANet國內骨幹已於民國86年擴增為寬頻的ATM網路,然而甫獲舒解的骨幹頻寬吃緊壓力, 隨即因網路人口的急速成長與網路使用的多元化, 又立即面臨一連串的考驗。本文旨在陳述TANet國內骨幹頻寬擴增後、隨著網路訊務鉅量成長而來的網路窘境, 說明TANet技術人員所採取之因應對策: WWW 快取代理系統的建立與實現, 並提出結論。

關鍵詞:Traverse RouteTCP CollaptionPolicy routing、頻寬配置與管理、WWW 代理快取系統。 1. 前言

鑒於TANet國內骨幹網路的多元化運用與網路流量的快速成長,TANet於民國86, 採用ATM網路技術、調整國內骨幹頻寬到45Mbps T3高速數據線。初期的建置:逐一建立固接式PVC通道,串接成對的主幹Router,藉由LLC / SNAP資料封裝的 IP-over-ATM網路協定[1,2],在TANet區網Router間 轉送各區網段的IP網路資料。ATM PVC網段與舊有數據專線網段最大差異在於:它允許網管人員適時地增建所需的寬頻PVC通道、允許整合傳輸視訊/音訊/資料網路訊息,並為為網管人員預留相當大的彈性發展與管理空間。

 

1.1 初期的PVC固接式高速網路的建置

PVC固接式高速網路段的建立較為直接,將Router視為ATM end system,於Router-Switch間、沿途轉送的switch間,逐段建立PVC連接[3,4,5]. 採用IP-over-ATMTANet寬頻骨幹,繼承了IP-over-ATM協定本質上的Traverse Route問題 : Cell途經的每個區網節點,均需將cells還原為IP封包、檢視destination IP位址、找出正確的routing、切割/包裝成cells沿正確Switch Port傳送。每個Switch-Router節點重複Routingoverhead相當大,這是運用ATM網路傳輸IP資料面臨的Traverse Route問題[6]

1.2  SVC隨接式高速網路的建置

SVC連接需透過UNI signaling交換ATM連接建立訊息,因此需先於Router-Switch間設定UNI signalingILMI使用之PVC(如0:50:16[7]RouterSwitch方可依據連線訊息動態地建立Router間的Fully meshed SVC連接. 我們採static route 方式: Switch設定正確的Routing 記錄, RouterRouter 間均能透過直接的SVC連接傳送網路資料,排除Traverse Rout狀況,改善TANet骨幹傳輸效能。

本文第二節將陳述TANet在擴增國內骨幹網路頻寬為T3 SVC直接連接主幹Router, 面臨的一連串網路問題,TANet技術人員所採取的因應對策.第三節旨在說明管理人員配合Policy Routing建置的 WWW 代理快取系統. 並於最後作出結論與概述未來工作方向.

 

2. TANet寬頻網路存在問題

TANet骨幹改採動態建立的SVC連接後,各區網Router 間得以透過UNI signaling交換全面的ATM連接訊息,動態地成對建立SVC連接,排除了 Traverse routeoverhead 問題.

 

2.1主幹擁塞影響網路服務運作

國內高速骨幹頻寬提升為T3後,雖立即改善各區網間的IP訊務傳輸,隨著易學易用的各類型多媒體網路資訊服務的興起,所帶動成長的網路傳輸量, 迅速地耗盡南北兩主幹的網段頻寬(教育部--高速電腦中心 與 高速電腦中心成功大學).

隨著兩主要網段的滿載, SVC連接超載造成的TCP Collaption 問題逐漸顯現: 嚴重的packet loss 甚至於干擾Email DNSNews等基本網路服務的正常運作. WWW使用者無法忍受「無止境的等待」, 紛紛要求擴增網路頻寬.

WWW全球資訊共用網具有相當高程度的重疊特性[8]. TANet各區網中心合作、規劃與普及WWW Proxy Cache Server的使用, 使用者高效率地共用Server Cache的資料, 不僅大大地減少對骨幹網路頻寬的需求, 也能大幅改善WWW Browser的等待時間, Email DNSNews等網路服務也回復了正常.

2.2 擁擠的TANet國外專線網路

TANet於民國80年底,由教育部電算中心申請64Kbps數據專線,連上美國Internet,成為網際網路的子網路。為推動國內廣大民眾對Internet網路資源使用開啟了新頁. 而網路骨幹訊務也隨著日益增加的網路服務與使用人口的快速成長, 逐年加倍地擴增國外專線頻寬.

在國內高速骨幹頻寬提升為T3後,龐大的國外網站資訊存取, 對僅為兩條T1頻寬的TANet國外專線顯然成為連網通訊瓶頸, 不僅訊務擁擠不堪, 也累積了相當多的網路問題. 目前除了期待能成功爭取預算、擴增國外專線為T3頻寬外, 似應更積極地配置、管理已可運用的國外網路頻寬,改善擁塞的網路通訊狀況 : 暢通國外WWW網站資訊的存取, 維持基本的DNSEmail 網路服務的運作。

 

3. WWW 代理快取系統

除了TANet原有的2T1出國線路外, 教育部電算中心也暫時爭取到4T1出國頻寬, 本節主要敘述管理人員運用 TANet出國節點RouterPolicy Routing , 配置部分可供使用的國外網路頻寬, 緩和國外專線網段的相互干擾程度,維持正常的國外連網運作。

3.1 國外專線網路頻寬的配置與管理

Router的一般尋徑動作為:依據IP Header所攜帶的destination IP位址, 比對Routing table記錄、找出正確的網路介面或下一Router位址,逐一轉送IP封包到接收主機. 若要Router能區分來自某群主機或某類訊務, 優先依固定路徑轉送IP封包;便需藉助RouterPolicy Routing功能[9,10].

我們於出國節點Router上啟動Policy Routing, 並指定來自某主機群訊務的固定流向(圖一). Policy Router會先檢視IP HeaderSource IP位址,若來自TANet骨幹主要WWW Proxy Server (163.28.0.0) 的國外資訊的存取, 則依據管理者設定的路徑, SeedNet提供之出國線路轉送封包, 而其餘的TANet訊務則仍由原有的2T1出國線路轉送.
 

 
 

3.2 規劃WWW 代理快取系統

WWW Proxy Cache Server的基本運作是代替local user向目的網站存取資訊, Server Cache並轉送給local user. 由於廣大WWW共享資源具有相當高的重疊特性. 利用其縱(Parent)、橫(Sibling)的樹狀組織,規劃TANetWWW Proxy Cache 系統, 使更高效率地共用Cache資料、改善Browser的等待時間,

在國內高速骨幹頻寬提升後,龐大的國外網站資訊存取, 對僅有的兩條T1 TANet國外專線而言, 顯然成為國外連網通訊瓶頸,TANet技術人員除了積極爭取擴增國外專線頻寬外; 看準Proxy Cache Server的高重疊性與彈性規劃性,配合Policy routing的設定, 合作建置了整體的TANet WWW Proxy Cache 系統: 配置、管理可運用的國外網路頻寬,不只改善了擁塞的國外線路通訊狀況、暢通對國外網站資訊的存取,也維持基本的國外連網服務。

3.3 Policy Router負荷的調整

Policy Routing的啟動, 需額外執行特殊軟體以達成依管理者指定之某群Source IP地址送出的訊務或某類網路應用,依何種優先使用某特定網徑. 因此Policy Based Routing是相當耗費Router CPU time[9]. TANet 出國節點的ATM Router原本就有頗大的工作量. 啟動Policy Routing,CPU自是無法負荷.

超負載的Policy Router無法完全達成百分之百的指定尋徑工作. Router工作巔峰時, 處理不來的Policy Route 封包,會被依照一般Routing程序轉送. 如此便無法達到我們要求的頻寬配置、區分開特定網路訊務, 減少大部分的干擾訊務,以維持正常國外連網服務. 因此我們加入了另一部ATM Router(圖二), 動態建有SVC與各區網之168.28.0.0群組Router連結,並將原出國T1*2 訊務移給新Router, 分擔Policy Router工作負荷, 使能完全區分開特定網路訊務、減少干擾,維持正常國外連網服務.
 
  4.結論與未來工作
隨著易學易用的多媒體資訊服務的風行、帶動的TANet網路傳輸量的急速成長, 使得 「頻寬不足」成為管理者永遠甩不脫的包袱。然而妥善地配置管理可用的頻寬,提升網路傳輸效能,顯然更為實際且立即有效。

本文首先陳述TANet國內骨幹頻寬擴增後、隨著網路訊務鉅量成長而來的網路窘境, 說明TANet技術人員規劃與普及各區網中心WWW Proxy Cache Server的使用, 充分利用WWW網路共享資源相當高程度的重疊特性. 讓使用者高效率地共用Server Cache資料,大幅地減少對骨幹網路頻寬與改善 Browser的等待時間, Email DNSNews等服務也因獲得足夠的頻寬,得回復了正常運作。

面對早已擁擠不堪的TANet國外專線瓶頸, TANet技術人員選擇在出國節點的Router上啟動Policy Routing, Router依指定的流向, 轉送來自TANet骨幹主要WWW Proxy Server(163.28.0.0) 的國外資訊的存取; 其餘的TANet訊務則仍由原有的2T1出國線路轉送. 結果不僅疏通了對國外WWW網站資訊的存取, 也同時維持住基本的連外DNSEmail 網路服務的運作。

觀察Internet網際網路的成長軌跡與日愈多元化的進展傾向, 骨幹網路頻寬是永遠滿足不了的, 若能加強網路流量的管理工作,不管政策走向網路使用收費或不收費,善用ATM骨幹網路的頻寬配置管理特性[3,4]、有效管理配置有限的頻寬資源,提升網路傳輸效能,顯然更是立即進行的重要的工作。

 

參考文獻

  1. RFC 1483”Multiprotocol Encapsulation over ATM Adaptation Layer 5
  2. RFC 1577”Classical IP and ARP over ATM
  3. 楊素秋、曾黎明,高速校園網路互連實作,網路通訊,19971月份。
  4. 楊素秋 校園網路實現ATM寬頻實驗計劃,網路通訊雜誌,民國86年11月。
  5. 曾黎明,楊素秋 台灣學術網路高速頻寬之建立與頻寬分配探討,電腦學刊, 第九卷, 第二期,民國86年6月
  6. Anthony Alles “ATM Internetworking”, http://www.cisco.com/warp/public/614/12.html
  7. ATM User-Network Interface Specification Version 3.1The ATM Forum Technical CommitteeSep 1994
  8. 複製、預取過濾、Cache 群之規劃設計與建置”, 教育部電子計算機委託研究計劃, 民國87年6月
  9. Cisco - Policy-Based Routing”, http:// www.cisco.com/warp/public/732/Tech/plicy_wp.htm.
  10. Christian Huitema“Routing in the Internet”1995 Printice Hall