Как выбрать кэш-сервер

Как ожидается, кэш-серверы IP в 1999 г. будут пользоваться повышенным спросом на корпоративном рынке. Ниже мы рассмотрим последние предложения производителей.

В отличие от пропускной способности глобальных сетей, память стала намного дешевле. По данным исследования IDC, общий уровень цен на глобальные сети останется прежним или, в лучшем случае, несколько снизится. Тем временем стоимость памяти снижается в год на 31,4-39,8%.

С учетом этих фактов IP-кэширование становится привлекательным для оптимизации использования пропускной способности и повышения эффективности сети. Хранение часто запрашиваемых файлов ближе к конечным пользователям сокращает потребности в пропускной способности корпоративной глобальной сети или соединения Internet и, как следствие, исключает или откладывает необходимость в дорогостоящей модернизации. Оно позволяет также повысить производительность работы конечных пользователей, потому что объекты доставляются со скоростью локальной сети.

Сообщество Internet знало о преимуществах кэширования задолго до того, как Internet стал представлять собой коммерческий феномен, каковым он является сегодня. Обычно архивы файлов для таких служб Internet, как ftp, gopher и конференции, зеркальным образом копировались по всему миру, чтобы популярные файлы находились как можно ближе к пользователям. С появлением HTTP зеркальное копирование стало неэффективным ввиду огромного объема, чувствительности ко времени и случайной природы запрашиваемого информационного наполнения.

Кэш-серверы IP являются для HTTP тем же, чем было зеркальное копирование для архивных протоколов. Все кэш-серверы базируются, по сути, на одних и тех же принципах: они перехватывают запросы на объекты от браузера к серверу Web и сохраняют полученные от сервера объекты на жестком диске перед передачей их браузеру. Таким образом, при последующих запросах на тот же самый объект от других браузеров кэш-сервер возвращает копию объекта из своей памяти вместо того, чтобы передавать запрос на сервер Web для получения оригинала объекта. В идеале выполнение кэш-сервером запросов на объекты должно экономить и время, и пропускную способность. (Более детальное описание технологии кэширования можно найти в статье "Мал кэш - да дорог" в LAN №3 за этот год.)

Испытывая давление со стороны как потребителей, так и провайдеров информационного наполнения, провайдеры Internet стали основными пользователями IP-кэширования. Более быстрые средства соединения, такие, как цифровая абонентская линия (Digital Subscriber Line, DSL), IDSN и кабельные модемы, дают надежду на то, что когда-то слабейшее звено в цепи передачи данных - стандартный телефонный модем с максимальной скоростью передачи данных 56 Кбит/с - будет устранено. С ускорением соединений c Internet объем копируемых объектов увеличится пропорциональным образом, а это приведет к увеличению трафика по магистрали Internet. Одновременно провайдеры информационного наполнения переходят на более сложные и объемные форматы данных, такие, как потоковое аудио/видео и апплеты Java.

В результате этой атаки с двух сторон провайдеры Internet вынуждены искать более эффективные способы использования своей инфраструктуры, чтобы удовлетворить требования пользователей. IP-кэширование было и остается важной частью их решения.

Несмотря на то что многие провайдеры Internet признают преимущество IP-кэширования, предприятиям еще предстоит внедрить технологию в широком масштабе. По данным отчета Collaborative Research за февраль 1998 года, около 80% провайдеров Internet в США объявили о планах реализации кэширования в ближайшие полгода. С другой стороны, только 56% компаний собирались начать использовать кэширование в течение того же срока. Однако, как предсказывают эксперты, в 1999 году кэширование будет пользоваться повышенным спросом на корпоративном рынке. Согласно Collaborative Research, объем вложений в технологии кэширования в компаниях должен быстро обогнать соответствующий показатель для провайдеров Internet и вырасти с 85 млн долларов в 1998 году до свыше 1 млрд долларов в 2000 году (см. Таблицу).

Эта тенденция не осталась незамеченной производителями, и они активно переориентируют свои продукты на корпоративных клиентов. Первоначально выпускавшие продукты старшего класса для провайдеров Internet производители стали включать в свои линии продуктов предложения по относительно невысокой цене и с достаточным для компаний уровнем производительности. Кроме того, десяток новых производителей объявили или выпустили кэш-серверы на базе стандартного для отрасли аппаратного и программного обеспечения - например серверы на платформе Intel с бесплатным программным обеспечением кэширования Squid - с целью предложения как можно более дешевых продуктов.

ПОСРЕДНИК КАК КЭШ?

Первые кэш-серверы реализовывались обычно на базе proxy-серверов. Как таковые они выступали в роли брокеров объектов для группы пользователей, принимая все запросы и передавая их дальше адресату в Internet. Как общая точка доступа для всех пользователей, proxy-серверы оказались чрезвычайно привлекательны для реализации разнообразных дополнительных сервисов: фильтрации информационного наполнения, идентификации пользователей, протоколирования событий и кэширования объектов. Вкупе с брандмауэром proxy-сервер позволял создать защищенное соединение с Internet.

Одним из первых посредников с поддержкой кэширования был программный сервер Harvest Cache, появившийся в результате совместного проекта, финансируемого в 1994-1996 годах Агентством по исследовательским проектам в области передовых технологий (Advanced Research Projects Agency, ARPA), Национальным научным фондом (National Science Foundation, NSF) и NASA. С тех пор по крайней мере десяток продуктов был выпущен на рынок под маркой "кэширующих посредников". Примечательно, что и Netscape Communications, и Microsoft, и Novell имеют proxy-серверы с поддержкой кэширования, тесно интегрированные с их другими корпоративными инструментами. Помимо кэширования их продукты предлагают широкий выбор посреднических функций, таких, как идентификация пользователей, фильтрация информационного наполнения, сканирование на наличие вирусов, обеспечение защиты и протоколирование событий. Proxy от Microsoft выполняется на базе Windows NT 4.0; Proxy Server от Netscape - на базе большинства разновидностей UNIX, а также Windows NT; BorderManager FastCache от Novell - на IntranetWare, NetWare 4.11 и NetWare 5.

Другим широко используемым коммерческим посредником с кэшированием является Squid, продолжение Harvest Cache, развитием которого занимается Национальная лаборатория передовых сетевых исследований (National Laboratory for Advanced Network Research, NLANR). Возможно, благодаря тому, что он появился как продукт коллективных усилий в среде, где приветствуется и широко применяется стандартизованное и общепризнанное программное обеспечение, Squid занял твердое место на рынке провайдеров Internet и продолжает иметь относительно прочную инсталлированную базу.

Конфигурации с кэширующими посредниками имеют два основных недостатка. Во-первых, из-за того, что каждый пользовательский браузер должен быть сконфигурирован на обращение через посредника, выход сервера из строя приводит к тому, что все пользователи теряют свое соединение с Internet. Во-вторых, внесение в конфигурацию каждого пользовательского браузера информации о посреднике может оказаться трудоемкой в крупных предприятиях и, по существу, невыполнимой для оператора Internet задачей.

Чтобы избежать упомянутых затруднений в конфигурациях с посредником, вы можете реализовать в своей сети прозрачное кэширование посредством установки маршрутизатора с поддержкой заданных правил или коммутатора четвертого уровня для перенаправления трафика на кэш-сервер или группу серверов. Эти устройства перехватывают весь трафик HTTP через порт 80 и перенаправляют его в кэш. Кэш выполняет запросы HTTP и возвращает объекты назад браузеру. Действительно прозрачное решение в области кэширования должно поддерживать масштабирование посредством распределения нагрузки между несколькими кэш-серверами, а также переключение на резервные серверы в случае недоступности одного или всех кэш-серверов. Примерами коммутирующих устройств четвертого уровня могут служить ACEdirector от Alteon Networks и ServerIron от Foundry Networks.

Кэш-сервер Infolibria от DynaCache опирается на иной подход, обеспечивая прозрачность без использования отдельного коммутатора или маршрутизатора. Это достигается с помощью DynaLink Redirector (DLR), выделенного коммутатора четвертого уровня, взаимодействующего с DynaCache. DLR, интегральная составляющая стратегии компании в области кэширования, располагается в сети и переадресует в Internet только "промахи" кэша. По утверждению компании, подобная стратегия позволяет сократить нагрузку на маршрутизатор на две трети.

ПРОГРАММНЫЙ ПРОТИВ АППАРАТНОГО

В 1997 году в отчете под названием "Почему кэширование так важно" Forrester Research опубликовала прогноз, что провайдеры Internet и компании будут переходить с программных кэш-серверов на выделенные устройства кэширования. Аналогично, Dataquest заявила в июльском отчете 1998 года, что выделенные устройства будут доминировать на рынке продуктов для кэширования.

Нет, следовательно, ничего удивительного в том, что свыше полудюжины производителей в 1998 году выпустили устройства кэширования. Они заявляют, что их продукты предлагают лучшую производительность, чем программные аналоги, потому что операционная система и сервер кэширования тесно интегрированы друг с другом и оптимизированы для кэширования. Кроме того, они утверждают, что их продукты проще в настройке и конфигурации и представляют собой более надежные платформы ввиду меньшей вероятности образования брешей в защите из-за ошибок при администрировании или конфигурации. Обычно программные кэши, например рассматривавшиеся выше кэширующие посредники, разрабатываются с уклоном в сторону посреднических функций, в то время как аппаратные кэши создаются исключительно для поддержки кэширования при напряженных режимах эксплуатации. Несмотря на это, многие кэширующие устройства могут использоваться в конфигурациях с посредниками.

Network Appliance одной из первых предложила выделенное устройство кэширования. Для этого она адаптировала программное обеспечение NetCache для аппаратного продукта. Network Appliance приобрела программное обеспечение NetCache (и заполучила в придачу Питера Данцига, одного из главных архитекторов Harvest Project) вместе с небольшой молодой компанией Internet Middleware.

Среди других появившихся в 1998 году устройств кэширования - Cache Engine от Cisco Systems, CacheFlow от CacheFlow и DynaCache от InfoLibria. Не будучи выделенным устройством в строгом смысле слова, Netra Proxy от Sun Microsystems поставляется преконфигурированным на компьютере UltraSPARC II. Он содержит программное обеспечение кэширования от Sun и оптимизирован для осуществления этих функций.

Совсем недавно на рынке появились относительно недорогие устройства кэширования. Они базируются на стандартизованном аппаратном и программном обеспечении и представляют собой преконфигурированные серверные устройства, разработанные для того, чтобы сделать кэширование более простым и приемлемым по цене. Данный подход может оказаться привлекательным для небольших компаний или даже для крупных корпораций, если последние хотят воспользоваться преимуществами кэширования на уровне рабочих групп, но сомневаются в его целесообразности из-за высокой стоимости и сложности имеющихся решений. Цена на эти продукты колеблется в районе 2000 долларов, тогда как вышеупомянутые решения стоят не меньше 7000 долларов.

Тремя примерами недорогих устройств кэширования могут служить WebSpeed от Packetstorm Technologies, CacheQube и CacheRaQ от Cobalt Networks. WebSpeed продается по цене от 2100 до 7100 долларов в зависимости от размера кэша. WebSpeed использует процессоры Intel и бесплатную операционную систему Linux, а также программное обеспечение кэширования Squid. Компания делает ставку на то, что заказчики оценят недорогое преконфигурированное устройство, которое они могут установить в свои сети с минимальными усилиями. CacheQube и монтируемый в стойку CacheRaQ от Cobalt Network могут наращиваться как за счет увеличения емкости DRAM и дискового пространства, так и посредством создания кластера из нескольких устройств. CacheQube стоит 1899 долларов, а CacheRaQ - 2299 или 2799 долларов в зависимости от конфигурации.

Пытаясь опровергнуть прогнозы экспертов о том, что выделенные устройства кэширования будут доминировать на рынке, Inktomi выпустила Traffic Server, который компания позиционирует как высокопроизводительное решение в области кэширования, предназначенное главным образом для провайдеров Internet и крупных предприятий. В отличие от нее, другие программные кэши ориентированы на функции посредника и защиты в той же мере, что и на функции кэширования. При цене 30 000 долларов в расчете на ЦПУ Traffic Server имеет к тому же цену продукта уровня оператора связи.

СОВМЕСТИМОСТЬ И СТАНДАРТЫ

Ведущий свое начало от первых исследований в области кэширования в рамках проекта Harvest Project, протокол кэширования Internet (Internet Caching Protocol, ICP) определяет, как несколько кэш-серверов IP могут совместно использовать информацию о новизне объектов Web и как они получают объекты из других кэшей (в противовес извлечению объектов с исходного сервера Web). С помощью ICP администраторы серверов могут сконфигурировать кэш на подачу запроса к другим кэш-серверам, также поддерживающим ICP, на предмет наличия у них последней информации об объектах Web. Например, локальный кэш может попросить вышестоящий кэш посмотреть, нет ли у того более новой копии файла, и если такой копии нет, то не проверял ли тот возраст файла на исходном сервере. Даже если вышестоящий сервер не имеет более новой версии файла, то он мог недавно проверять факт изменения файла на исходном сервере. В зависимости от алгоритма обновления, локальный кэш может использовать эту информацию для получения более новой версии объекта с исходного сервера или задействовать вместо этого локальную копию (см. Рисунок).

Протокол кэширования Internet. Если, как в сценарии 1, пользователь запрашивает объект Web, то кэш проверяет факт его наличия в памяти. При отсутствии объекта в памяти кэш направляет запрос на исходный сервер Web, а тот возвращает в ответ объект. При сценарии 2 в той же самой ситуации кэш опрашивает вышестоящий кэш, например у провайдера Internet, о наличии у того копии объекта. В случае, если таковая имеется, кэш провайдера Internet возвращает объект, что позволяет избежать необходимости в коммуникациях через Internet.

Опрос вышестоящего кэша создает дополнительную задержку ввиду увеличения расстояния и времени передачи; однако экономия времени будет во многих случаях весьма значительна, так как запросу не надо преодолевать весь путь до сервера с оригиналом объекта. Кроме того, предоставление объектов с взаимодействующих по ICP серверов, расположенных вблизи от получателя, позволит сократить нагрузку на магистраль Internet, высвобождая пропускную способность для всего сообщества Internet в целом. Практически все решения в области кэширования сегодня поддерживают ICP.

Аналогично ICP, протокол маршрутизации для массива кэш-серверов (Caching Array Routing Protocol, CARP) представляет собой протокол для организации разделения нагрузки по кэшированию в рамках локального парка серверов. Он был разработан Microsoft и представлен в Консорциум World Wide Web (W3C) в качестве предложения по стандарту Internet. Помимо Microsoft около десятка других производителей, включая Packetstorm Technologies и Sun, объявили о своей поддержке CARP.

Чтобы устройство Cache Engine могло взаимодействовать с ее маршрутизаторами, Cisco разработала коммуникационный протокол для кэш-серверов в Web (Web Cache Communication Protocol, WCCP). С помощью WCCP маршрутизатор Cisco с поддержкой IOS перехватывает запросы HTTP, поступающие от браузеров, и перенаправляет их на кэш-сервер или выделенное устройство. WCCP поддерживает масштабируемость за счет распределения запросов между несколькими кэш-серверами в зависимости от их доступности.

В ноябре 1998 года Cisco начала выдавать лицензии на WCCP другим производителям продуктов для кэширования. Inktomi и Network Appliance заявили о намерениях включить поддержку WCCP в следующие редакции своих продуктов.

РЫНОЧНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ

Несмотря на некоторые разногласия относительно цифр, как ожидается, рынок продуктов кэширования Internet значительно вырастет в ближайшие четыре года. Collaborative Research прогнозирует рост рынка с 206 млн долларов США в 1998 году до свыше 4 млрд в 2002 году.

С учетом этих цифр, нет ничего удивительного в том, что крупнейшие производители и разработчики программного и аппаратного обеспечения пытаются использовать свое положение для проникновения на рынок решений в области кэширования. Например, обладая большой инсталлированной базой серверных операционных систем, Novell делает ставку на тесную интеграцию BorderManager с другими своими продуктами для привлечения к нему внимания со стороны корпоративных заказчиков.

Как и Novell, Microsoft и Sun борются за доминирующие позиции на рынке программного обеспечения и серверов Internet. Они обе имеют широкую инсталлированную базу серверов Web и позиционируют свои продукты - с сопутствующим арсеналом посреднических функций - как необходимые компоненты для интегрированной среды поддержки приложений Web. При наличии обширной инсталлированной базы сетевых устройств тесная интеграция Cache Engine с другими сетевыми компонентами Cisco может способствовать его широкому распространению.

ЦЕНА ЧТО НАДО

Решив внедрить кэширование у себя в сети, вы будете иметь выбор продуктов от бесплатных до стоящих 100 000 долларов и более. В общем случае чем дороже продукт, тем он мощнее.

В нижней части ценовой шкалы, где недавно доминировали программные кэш-серверы, вы можете теперь найти около десятка устройств кэширования. При использовании бесплатного продукта, такого, как Squid, доступного как в виде исходных кодов, так и в предварительно откомпилированном виде, вам потребуется компьютер, куда его можно было бы установить. Чтобы не входить в лишние расходы, вы можете перепрофилировать имеющееся оборудование под выполнение задач кэширования.

Netscape, Microsoft и Novell предлагают мощные программные кэш-серверы с широким набором посреднических функций. Их продукты стоят около 1000 долларов на один ЦПУ. Как и в случае Squid, общую стоимость решения можно уменьшить за счет применения имеющегося оборудования. В противном случае, стоимость покупки оборудования придется включить в расходную часть.

Фил Кеппелер - разработчик Web в дизайнерской и программистской фирме. С ним можно связаться по адресу: pkeppeler@studioarchetype.com.

Рассматриваемые продукты

Ресурсы Internet

Ссылки на исследования, статистику и библиографию по кэшированию можно найти на сервере Internet Resource Caching Web по адресу: http://ircache.nlanr.net. Сервер также содержит список общедоступных и коммерческих решений и поставщиков в области кэширования на странице http://ircache.nlanr.net/Cache/FAQ/ircache-faq-9.html.

Брайан Д. Дэвидсон, кандидат наук из Рутгерского университета, ведет информационную страничку по ресурсам кэширования на своем сервере http://www.cs.rutgers.edu/~davison/Web-caching/. Она содержит новости о кэшировании, перечень и таблицу кэширующих посредников, библиографию и т. п.

Если вы хотите больше узнать о Harvest Project, то соответствующие ссылки на результаты исследований, стенограммы заседаний и ответы на часто задаваемые вопросы имеются по адресу: http://www.harvest.transarc.com.

CacheNow - это текущая кампания по продвижению широкомасштабного кэширования в целях решения проблемы нехватки пропускной способности и преодоления ограничений инфраструктуры Internet. Сведения о ней имеются на http://vancouver-Webpages.com/CacheNow/.