基于中间件的Web QoS控制机制的仿真测试

郑 芳，秦久莲

（唐山钢铁集团微尔自动化有限公司 河北 唐山 063000）

采用策略为通过数据包的IP地址来识别内外网而对其分配不同优先级；设计了增加动态队列长度、二倍态队列长度、暂时等候时间、回收队列等手段，以达到降低丢包率的目的。

目前通用的Web服务器还不能支持Web QoS机制，不能为Web应用提供服务的区分和性能的保证。如何在Web服务器及其系统中引入和实现QoS控制的机制与策略，从而满足不断增长的Web性能需求，为不同用户的请求提供服务区分和性能保证，是目前Web发展迫切需要解决的问题，也是实现下一代网络QoS控制技术不可或缺的关键环节。

区分的Web服务机制与策略和Web服务器系统体系结构设计这两个方面是当前Web QoS控制技术研究的两个主要切入点。

本文对Web QoS在校园网中的应用进行研究与分析，探讨了QoS的体系结构和实现方法，采用基于中间件的Web QoS控制机制进行仿真测试来提高校园网Web服务器的服务质量，客观分析了华北理工大学校园网Web状况，给出基于区分服务和中间件技术的解决方案。并通过队列管理、拥塞管理、报文分类、队列调度、时延限制来等技术保障校园网的Web QoS，给出了UNIX下基于区分服务和中间件技术的解决方案，主要解决外网访问校园网网速慢和无法接连问题，并通过队列管理、拥塞管理、报文分类、队列调度、时延控制等技术来保障校园网的Web QoS，同时用到了UNIX socket编程、多线程并行开发、C++STL开发等技术。

在本方案的仿真试验中采用了加州伯克利大学研发的NS2软件。该模拟器现在由SAMAN和CONSER负责维护。作为业界先进的IP网络试验仿真软件它具有许多优点：例如它的设计和网络仿真是基于UNIX系统的、它的模拟机理是离散事件等。这些都是它一直受到国内外专家和学者青睐的主要原因。

NS2把网络状态的变化定义为“事件”，要想让模拟机工作，那么它的必要条件就是网络状态要发生相应的变化；模拟机不会在网络状态没有发生任何变化的情况下开始模拟计算。由上述可知，离散时间驱动的模拟计算效率要高于时间驱动的模拟机的计算效率。

NS2仿真软件是基于仿真方法，研究网络相关的软件平台。它通常提供开发网络协议模型的环境与接口，它的一些工具可以对仿真结果进行显示、分析和转换，它可以让NS2格式的拓扑结构转换成真正的网络拓扑结构。

NS2功能强大尤其对研究的网络的模拟和仿真。它既可以模拟卫星通信网络中的协议也可以模拟普通局域网中的协议运行。它支持广泛的协议类型比如：TCP/IP协议、单播、广播以及组播等各种类型的路由协议的仿真和模拟。

当前NS2可以在两类的操作系统上运行，一种是类UNIX操作系统平台，如：linux，SunOS，Solaris，FreeBSD；一类是Win32的平台。并且对Win32的支持不是太好，不能完整的实现系统的所有功能。

C++和Otcal构成NS2的主代码的两种语言。C++的特点比较适合协议的具体实现，因为此类程序有很短的运行时间和很长的转换时间。而在仿真过程中和C++特点互补的Otcal的特点是快速交互和慢的运行速度。上述这两中语言互相配合，在模块的构建和变量的定义上各自取得了良好的效果。

从图1中可以知道，NS2由模块和script脚本文件组成。NS2模块是方框里的部分，实验者自己编写的脚本文件放在方框外。脚本文件经过NS2解释执行后，输出文件中就会生成相应的输出结果。我们要想进一步查看和分析实验输出还要查看输出文件，这些输出文件的显示需要调用Nam或者Xgraph。评价网络性能的一些指标可以是丢包率、吞吐量和延迟等等，这些指标数据经过后台处理后会把结果形象的输出来。

图1 功能和模块组成示意图

为了验证中间件的有效性，我们通过仿真模拟进行测试分析。测试的主要目的是比较采用中间件前后，Web服务器的服务性能的区分。

在测试用例中用户请求分为3类：高级请求类（H），中级请求类（M）和基本请求类（B），3类请求分别由3台测试客户端发出，即测试客户端1负责发送高级请求，测试客户端2负责拄送中缎请求，测试客户端3负责发送基本请求。

测试用到2个测试用例，分别为加入中间件和不加入中间件两种情况。每个测试用例经过6次测试来完成，每次测试持续时间5分钟。测试中3个测试客户端同时开始测试，通过不断增大浏览器同时连接数的方式进行，浏览器连接数的设置分别为50，100，150，200，250，300。

（1）请求完成率

下面我们对服务器在不同负载下的请求完成率状况进行比较分析。

通过仿真测试可以看出，在未加入中间件的情况下Web服务器在较低负载时（≤55%），各类用户的请求完成率都在较高水平；当系统负载增高至75%后，各级别用户请求均出现被丢弃情况，请求完成率迅速下降。在加入中间件后的情况下，不论在哪类负载水平时，请求完成率都有所提高。

（2）平均响应时间

通过仿真测试对各类请求在服务器不同负载时的首字节平均响应时间进行比较分析。

从响应时间的变化趋势来看，当服务器达到较大负载（≥85%）时，未加入中间件的情况下响应时间明显延长，并且大部分请求响应时间均超过了普通的Web用户可忍受的8～10s等待时间，而在加入中间件后虽然延时较低负载时要高很多，但均不大于6s。

通过以上几方面的分析可以看出，与传统的Web服务相比，引入基于中间件的方式实现Web QoS控制，能够提高用户请求的完成率，降低了响应延时。

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