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-- 發(fā)布時(shí)間：2010-12-6 11:45:40
-- CDMA WAP系統(tǒng)的性能優(yōu)化 | 國內(nèi)
一 引言
CDMA 20001x系統(tǒng)為移動(dòng)數(shù)據(jù)增值業(yè)務(wù)的開展提供了高速的空中傳輸保證，運(yùn)營商基于CDMA移動(dòng)分組網(wǎng)開展了豐富多彩的移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。其中WAP業(yè)務(wù)以其業(yè)務(wù)內(nèi)容豐富、使用簡單等特點(diǎn)得到迅速發(fā)展。隨著業(yè)務(wù)的開展，如何從技術(shù)上優(yōu)化WAP系統(tǒng)性能，提高用戶的使用感受變得十分必要， 二 HTTP重定向問題 1. CDMA WAP業(yè)務(wù)上HTTP重定向的應(yīng)用 CDMA WAP業(yè)務(wù)和計(jì)費(fèi)系統(tǒng)中大量采用重定向技術(shù)，完成CP內(nèi)容掛接，相關(guān)的瀏覽、下載以及后臺(tái)計(jì)費(fèi)等業(yè)務(wù)。WAP計(jì)費(fèi)網(wǎng)關(guān)、WAP網(wǎng)關(guān)對(duì)于HTTP重定向的缺省處理是簡單轉(zhuǎn)發(fā)，也就是將來自WAP Portal或者CP服務(wù)器的HTTP重定向響應(yīng)，返回給移動(dòng)終端，由終端的瀏覽器進(jìn)行解析和處理。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖如圖1所示。
圖1 CDMA WAP業(yè)務(wù)上HTTP重定向網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D 終端瀏覽器在收到HTTP重定向響應(yīng)后，提取其中響應(yīng)頭Location的值，作為新的URL，重新發(fā)起HTTP請(qǐng)求，這些操作并沒有用戶的干預(yù)，用戶并不知曉是否發(fā)生了重定向操作。重新發(fā)起的HTTP請(qǐng)求經(jīng)過服務(wù)器處理后，將得到新資源對(duì)應(yīng)的結(jié)果，并顯示給用戶。 2. WAP業(yè)務(wù)中HTTP重定向?qū)I(yè)務(wù)性能的負(fù)面影響 WAP1.x系列移動(dòng)終端通過WAP1.x網(wǎng)關(guān)進(jìn)行WAP業(yè)務(wù)的訪問。在重定向過程中，由于存在重定向，終端瀏覽器從發(fā)起瀏覽請(qǐng)求到最后看到響應(yīng)結(jié)果，至少額外需要兩個(gè)Round-Trip的時(shí)間開銷。除此之外，還在WAP實(shí)際數(shù)據(jù)通路上的各個(gè)功能部件上，額外增加了很多計(jì)算開銷。這些開銷增加了通信過程的遲滯時(shí)間，嚴(yán)重地影響了用戶的使用體驗(yàn)。 而在WAP2.0系列移動(dòng)終端通過WAP2.0網(wǎng)關(guān)進(jìn)行WAP業(yè)務(wù)訪問時(shí)，在重定向過程中，由于存在重定向，WAP2.0網(wǎng)關(guān)和終端之間增加了兩個(gè)Round-Trip的時(shí)間開銷，而在WAP2.0網(wǎng)關(guān)和業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間增加了兩個(gè)Round-Trip和一次建立TCP連接的三路握手的時(shí)間開銷。除此之外，還增加了額外的各功能模塊的計(jì)算開銷。 3.HTTP重定向所導(dǎo)致性能損耗的解決方案 WAP業(yè)務(wù)系統(tǒng)中頻繁發(fā)生的重定向操作將是整個(gè)WAP業(yè)務(wù)訪問的致命障礙，額外的時(shí)間開銷和運(yùn)算消耗將會(huì)大大降低這些業(yè)務(wù)的使用性能，在實(shí)際應(yīng)用中，是不能允許的。 理論分析和實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)都表明，大量存在的HTTP重定向操作，顯著地依賴效率低下的移動(dòng)終端的處理能力，顯著占用了緩慢的空中接口通信開銷，空中無線傳輸效率較低，實(shí)際情況一般在9k-100k之間。而WAP網(wǎng)關(guān)、WAP業(yè)務(wù)平臺(tái)等后臺(tái)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)一般通信帶寬都能保證在100M以上，所以，如何將重定向操作所產(chǎn)生的空中來回傳輸過程轉(zhuǎn)移到后臺(tái)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)上來，將本該由低效緩慢的移動(dòng)終端處理的重定向計(jì)算功能轉(zhuǎn)移到后臺(tái)系統(tǒng)上來，是本解決方案的核心思想。 在后臺(tái)系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)添加一個(gè)功能部件，專門負(fù)責(zé)攔截過濾所有的HTTP請(qǐng)求和響應(yīng)，對(duì)于發(fā)生重定向操作的HTTP響應(yīng)，WAP網(wǎng)關(guān)和計(jì)費(fèi)網(wǎng)關(guān)缺省處理是透明地轉(zhuǎn)發(fā)給客戶端，而本模塊將攔截所有發(fā)生重定向的HTTP響應(yīng)，進(jìn)行特殊處理，如圖2所示。
圖2 HTTP重定向性能損耗解決方案 每個(gè)從業(yè)務(wù)系統(tǒng)（WAP Portal、計(jì)費(fèi)網(wǎng)關(guān)或CP服務(wù)器）返回的HTTP響應(yīng)，需要進(jìn)行過濾處理：獲取HTTP響應(yīng)的狀態(tài)碼，如果為301，302，303，則判斷發(fā)生了重定向操作。從響應(yīng)的HTTP頭中讀取Location頭域的值，這個(gè)值就是要重定向過去的真實(shí)的絕對(duì)URL。對(duì)這個(gè)URL進(jìn)行解析，分析出主機(jī)地址、端口、路徑等信息。清除掉或者緩沖剛才建立到業(yè)務(wù)系統(tǒng)的TCP連接，清除此刻前的HTTP響應(yīng)的內(nèi)容，重新發(fā)起新的HTTP請(qǐng)求，并等候新請(qǐng)求對(duì)應(yīng)的結(jié)果。得到結(jié)果后進(jìn)行判斷，如果是正常響應(yīng)，就生成客戶的HTTP響應(yīng)，并在返回給客戶的響應(yīng)頭中添加Content-Location頭域，域值為剛才Location域值的內(nèi)容，以便終端能識(shí)別出本系統(tǒng)處理重定向后的新的內(nèi)容。 重定向操作全部被重定向代理攔截并代理移動(dòng)終端來予以處理，需要終端配合的所有操作過程全部不存在了，這大大縮短了訪問過程的延遲時(shí)間。 此外，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)需要添加了特殊措施，防止出現(xiàn)無限次的相互遞歸重定向，從而導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)工作邏輯上的死循環(huán)。遞歸重定向是一個(gè)常見的網(wǎng)絡(luò)陷阱，很多攻擊手段中都利用處理重定向操作的漏洞來使整個(gè)后臺(tái)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)癱瘓。 二 TCP連接優(yōu)化 WAP1.x的所有業(yè)務(wù)訪問，在到達(dá)WAP網(wǎng)關(guān)之后，全部是基于TCP連接上的HTTP數(shù)據(jù)傳輸；而WAP2.0的業(yè)務(wù)訪問，從移動(dòng)終端開始，經(jīng)過WAP2.0網(wǎng)關(guān)的所有環(huán)節(jié)全部都是采用TCP連接和HTTP數(shù)據(jù)通信。通過TCP連接承載的HTTP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)內(nèi)容，將嚴(yán)重依賴TCP連接的建立機(jī)制、拆除方法、連接維持及數(shù)據(jù)傳輸效率等。對(duì)于成千上萬的并發(fā)用戶的訪問，TCP連接的建立、拆除、數(shù)據(jù)傳輸、等候響應(yīng)等變得異常頻繁。TCP連接的任何一點(diǎn)變動(dòng)，經(jīng)過瞬間成千上萬用戶的同時(shí)在線請(qǐng)求，在宏觀上將出現(xiàn)非常明顯的變化，直接影響到用戶的使用體驗(yàn)。 1. CDMA WAP 系統(tǒng)中存在的TCP連接 先從微觀分析發(fā)生一次用戶瀏覽操作必須經(jīng)歷的TCP連接全部過程，通過對(duì)這個(gè)過程的詳細(xì)分析，來探討技術(shù)上的改進(jìn)方案。 第一步，用戶通過移動(dòng)終端，發(fā)起瀏覽請(qǐng)求，WAP1.x首先建立WSP會(huì)話，在這個(gè)會(huì)話基礎(chǔ)上發(fā)送WSP-Method請(qǐng)求到網(wǎng)關(guān)，WAP2.0終端先建立到WAP2.0網(wǎng)關(guān)的TCP連接，在這個(gè)連接基礎(chǔ)上發(fā)送HTTP-Method請(qǐng)求到網(wǎng)關(guān)。對(duì)這一步，本優(yōu)化方案將不涉及任何內(nèi)容。 第二步，從WAP網(wǎng)關(guān)開始，隨后發(fā)生的數(shù)據(jù)通信全部是基于TCP連接的。WAP網(wǎng)關(guān)收到移動(dòng)終端的Method請(qǐng)求后，進(jìn)行相關(guān)處理，開始建立到計(jì)費(fèi)網(wǎng)關(guān)的TCP連接，建立成功后，通過這個(gè)連接將HTTP請(qǐng)求數(shù)據(jù)發(fā)送過去，并等待響應(yīng)結(jié)果。等待一定時(shí)間后，可能會(huì)出現(xiàn)兩種結(jié)果：一是計(jì)費(fèi)網(wǎng)關(guān)長時(shí)間沒有發(fā)送響應(yīng)，網(wǎng)關(guān)等候超時(shí)了，這時(shí)網(wǎng)關(guān)將給移動(dòng)終端反饋超時(shí)等候信息提示；二是計(jì)費(fèi)網(wǎng)關(guān)發(fā)送回來了響應(yīng)，網(wǎng)關(guān)將這些結(jié)果反饋給移動(dòng)終端顯示。 第三步，從計(jì)費(fèi)網(wǎng)關(guān)之后，所有的數(shù)據(jù)交換全部是基于TCP連接。通過TCP連接進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜窟^程完全類似WAP網(wǎng)關(guān)。 2. WAP網(wǎng)關(guān)到計(jì)費(fèi)網(wǎng)關(guān)和CP的TCP連接分析及優(yōu)化措施 （1） 網(wǎng)關(guān)到計(jì)費(fèi)網(wǎng)關(guān)之間需要建立很多個(gè)TCP連接，一般是WAP網(wǎng)關(guān)接收到一個(gè)終端請(qǐng)求，就建立一個(gè)到計(jì)費(fèi)網(wǎng)關(guān)的TCP連接。TCP連接建立過程要經(jīng)歷三路握手，三路握手的時(shí)間開銷是很大的，至少消耗掉1.5個(gè)Round-Trip的時(shí)延。此外，用戶請(qǐng)求成千萬，每來一個(gè)請(qǐng)求就建立一個(gè)TCP連接，很容易讓系統(tǒng)產(chǎn)生大量的激活TCP連接，而操作系統(tǒng)瞬間能支撐的并發(fā)TCP連接個(gè)數(shù)非常有限。在TCP連接數(shù)目達(dá)到一定極限后，隨后的TCP連接請(qǐng)求將會(huì)失敗，這導(dǎo)致很多用戶的請(qǐng)求不被受理，用戶被告知系統(tǒng)繁忙，而無法得到正確結(jié)果。 優(yōu)化措施： ● 采用TCP連接池機(jī)制，維持一定數(shù)目的連接數(shù)量。每個(gè)TCP連接完成數(shù)據(jù)傳輸后，并不是馬上被拆除掉，而是將它回收到連接池中進(jìn)行管理。當(dāng)一個(gè)新的請(qǐng)求到來時(shí)，無需花費(fèi)三路握手過程來新建立一個(gè)連接，而是從連接池中取出一個(gè)TCP連接即可。 ● 采用請(qǐng)求隊(duì)列來排隊(duì)用戶的請(qǐng)求，采用先進(jìn)先出的策略，防止大并發(fā)訪問量下的用戶請(qǐng)求被拒絕的情況發(fā)生。為了保障系統(tǒng)能滿負(fù)荷，但又高效快速的工作，到計(jì)費(fèi)網(wǎng)關(guān)之間的TCP連接總數(shù)必須保證低于一個(gè)極限值，超過這個(gè)極限值的請(qǐng)求將被送到緩沖隊(duì)列中，排隊(duì)等候，等系統(tǒng)騰出時(shí)間或者不忙時(shí)，采用先到先處理的方法。 通過上述兩種措施，可以極大地縮短WAP網(wǎng)關(guān)到計(jì)費(fèi)網(wǎng)關(guān)之間的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間，提高系統(tǒng)處理終端用戶的并發(fā)訪問量。 （2） 終端用戶每次發(fā)起一個(gè)瀏覽請(qǐng)求，都在WAP網(wǎng)關(guān)那里激活一個(gè)事務(wù)處理流程：接受并理解用戶的請(qǐng)求，將請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)到計(jì)費(fèi)網(wǎng)關(guān)，等候結(jié)果。所以，這個(gè)流程大部分時(shí)間出于等待狀態(tài)。在某一個(gè)瞬間，并發(fā)存在的事務(wù)處理流程總個(gè)數(shù)是有一定數(shù)目限制的，超過這個(gè)限制的后續(xù)終端用戶請(qǐng)求將被拒絕，用戶被告知系統(tǒng)繁忙或者訪問錯(cuò)誤，而無法得到正確結(jié)果。 優(yōu)化措施： 這個(gè)問題導(dǎo)致的結(jié)果是影響用戶單位時(shí)間內(nèi)的并發(fā)訪問量。優(yōu)化的關(guān)鍵是如何提高單位時(shí)間內(nèi)事務(wù)處理的流程數(shù)量。提高數(shù)量有兩種途徑： ● 提高硬件系統(tǒng)的配置，增加內(nèi)存、增加CPU數(shù)量、增大CPU處理速度，從而提高處理能力。這種方法需要增大硬件投入。 ● 將每一個(gè)處理流程的等候時(shí)間縮短，縮短到用戶體驗(yàn)被認(rèn)可的最高值。比如，用戶發(fā)起一個(gè)請(qǐng)求后，10秒鐘還沒有結(jié)果顯示，可能用戶就放棄這次瀏覽，但WAP網(wǎng)關(guān)可能在處理這個(gè)請(qǐng)求的等待時(shí)間是60秒。我們將等候時(shí)間從60秒縮短到20秒，那么原來要等候60秒，現(xiàn)在只能等候20秒，騰出來的40秒用于別的用戶請(qǐng)求。這樣，將大大增加了單位時(shí)間內(nèi)用戶請(qǐng)求的數(shù)量，從而提高效率。 但計(jì)費(fèi)網(wǎng)關(guān)不同于WAP網(wǎng)關(guān)的地方是，WAP網(wǎng)關(guān)只需將所有的HTTP請(qǐng)求全部通過與計(jì)費(fèi)網(wǎng)關(guān)相連的TCP通道，轉(zhuǎn)發(fā)給計(jì)費(fèi)網(wǎng)關(guān)；而計(jì)費(fèi)網(wǎng)關(guān)則需要對(duì)所有的HTTP請(qǐng)求進(jìn)行域名解析，根據(jù)解析的地址，建立能到達(dá)該地址的TCP連接。所以，計(jì)費(fèi)網(wǎng)關(guān)建立TCP連接的情形比WAP網(wǎng)關(guān)要復(fù)雜很多。 計(jì)費(fèi)網(wǎng)關(guān)TCP連接比較復(fù)雜的原因主要是：用戶請(qǐng)求的內(nèi)容是位于互聯(lián)網(wǎng)上的CP服務(wù)器里的，CP服務(wù)器的位置和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境是千差萬別的，有的CP服務(wù)器與計(jì)費(fèi)網(wǎng)關(guān)之間的帶寬足夠?qū)挘械膭t很窄，有的CP服務(wù)器域名或者IP地址解析和反向解析消耗的時(shí)間非常長，有的則很短。正是由于這些因素的存在，從計(jì)費(fèi)網(wǎng)關(guān)到CP服務(wù)器的TCP連接建立可能很容易，也可能非常費(fèi)時(shí)，甚至很長時(shí)間都建立不起來。這樣，計(jì)費(fèi)網(wǎng)關(guān)在長時(shí)間得不到CP服務(wù)器的響應(yīng)時(shí)，將一直不給WAP網(wǎng)關(guān)應(yīng)答，WAP網(wǎng)關(guān)也不給用戶應(yīng)答，用戶將守候移動(dòng)終端屏幕，看不到任何結(jié)果。 這個(gè)過程的最糟糕情況是：如果很多用戶同時(shí)在訪問這種建立TCP連接有問題的CP服務(wù)器，將會(huì)使得WAP網(wǎng)關(guān)、計(jì)費(fèi)網(wǎng)關(guān)全部處于等候狀態(tài)，這些系統(tǒng)資源將會(huì)全部消耗在長時(shí)間的等候中，新的用戶請(qǐng)求不能得到處理，如同整個(gè)后臺(tái)系統(tǒng)完全崩潰一樣。 對(duì)于計(jì)費(fèi)網(wǎng)關(guān)這一步，出現(xiàn)這種異常情況的概率非常大，系統(tǒng)很容易處于休克狀態(tài)，從而使計(jì)費(fèi)網(wǎng)關(guān)在整個(gè)WAP業(yè)務(wù)訪問環(huán)節(jié)中，顯得比較脆弱和易受攻擊。 針對(duì)這種情況，對(duì)計(jì)費(fèi)網(wǎng)關(guān)的TCP連接管理和控制，提出了若干改進(jìn)措施，分別如下： ● 改善網(wǎng)絡(luò)硬件環(huán)境，尤其是對(duì)DNS服務(wù)器的全球同步和緩存進(jìn)行優(yōu)化配置。計(jì)費(fèi)網(wǎng)關(guān)的域名查找效率提高了很多，對(duì)外建立TCP連接的速度從網(wǎng)絡(luò)環(huán)境上得到保障。 ● 采用非阻塞通信機(jī)制，優(yōu)化計(jì)費(fèi)網(wǎng)關(guān)的TCP通信處理。非阻塞通信方式能防止一些異常極端情況所導(dǎo)致的系統(tǒng)處于服務(wù)停滯現(xiàn)象，如當(dāng)某個(gè)CP提供的URL對(duì)應(yīng)的主機(jī)域名不存在或者剛剛申請(qǐng)，全球域名系統(tǒng)還沒有完全同步時(shí)，域名的解析將非常耗時(shí)；或者某個(gè)CP的IP地址是個(gè)虛擬IP，或者是個(gè)IP陷阱，那么建立到這個(gè)IP的連接會(huì)非常耗時(shí)，等待時(shí)間一般都是以分鐘為數(shù)量級(jí)的，且有大量的并發(fā)用戶同時(shí)訪問這個(gè)陷阱CP時(shí)，阻塞通信方式的結(jié)果是所有的工作進(jìn)程/線程全部被阻塞，新的用戶請(qǐng)求就會(huì)被拒絕，系統(tǒng)處于休克死亡狀態(tài)。非阻塞通信方式并不會(huì)將工作進(jìn)程/線程阻塞，而是將這種等待操作交給事件監(jiān)聽模塊，采用異步通知機(jī)制提醒解析成功或者連接成功或者讀寫成功，如果這些操作被阻塞掉，并輔以定時(shí)器的控制，系統(tǒng)仍然繼續(xù)如常地處理(下轉(zhuǎn)第5頁)(上接第23頁)和響應(yīng)用戶的新請(qǐng)求。 ● 提高單位時(shí)間內(nèi)計(jì)費(fèi)網(wǎng)關(guān)的用戶請(qǐng)求通過和處理量。這個(gè)措施主要包括兩項(xiàng)內(nèi)容：一是縮短每一個(gè)請(qǐng)求的處理時(shí)間，從以前的60秒，縮短到20秒，如果20秒內(nèi)TCP連接沒有建立成功，或者沒有得到響應(yīng)結(jié)果，系統(tǒng)將終止這個(gè)請(qǐng)求的處理，返回異常給WAP網(wǎng)關(guān)。二是系統(tǒng)太繁忙而來不及處理新的請(qǐng)求時(shí)，不能拒絕新的請(qǐng)求，而是將這些請(qǐng)求放到請(qǐng)求隊(duì)列中緩沖起來，等系統(tǒng)不忙時(shí)，繼續(xù)處理緩沖中保存的客戶請(qǐng)求。 通過對(duì)WAP網(wǎng)關(guān)到計(jì)費(fèi)網(wǎng)關(guān)和CP的TCP連接優(yōu)化，WAP后臺(tái)業(yè)務(wù)處理系統(tǒng)從處理性能上得到了顯著改善，系統(tǒng)崩潰和服務(wù)被拒絕的可能性大大降低。 以上論述主要針對(duì)CDMA WAP系統(tǒng)中對(duì)用戶訪問速度和系統(tǒng)性能影響比較大的方面進(jìn)行有針對(duì)性地分析，并進(jìn)而提出若干優(yōu)化措施，希望能夠?qū)\(yùn)營商CDMA WAP系統(tǒng)的建設(shè)有所幫助。