Θώμος Χαρίλαος. Πολιτικές Διαχείρισης Δεδομένων Παγκόσμιου Ιστού σε Δίκτυο Παράδοσης Περιεχομένου

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΤΜΗΜΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ Θώμος Χαρίλαος Πολιτικές Διαχείρισης Δεδομένων Παγκόσμιου Ιστού σε Δίκτυο Παράδοσης Περιεχομένου ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ Επιβλέπουσα Καθηγήτρια : Βακάλη Αθηνά Πολιτικές Διαχείρισης Δεδομένων Παγκοσμίου Ιστού σε Δίκτυο Παράδοσης Περιεχομένου - 1 -

2 Θεσσαλονίκη

3 Πολιτικές Διαχείρισης Δεδομένων Παγκοσμίου Ιστού σε Δίκτυο Παράδοσης Περιεχομένου - 3 -

4 Πρόλογος Τα τελευταία χρόνια ο Παγκόσμιος Ιστός (Π.Ι) έχει γνωρίσει ραγδαία ανάπτυξη, προσφέροντας έναν ολοένα αυξανόμενο αριθμό υπηρεσιών στους χρήστες και έτσι, κατάφερε να εξελιχθεί από επικοινωνιακό δίκτυο σε μέσο επικοινωνίας, ενημέρωσης, ψυχαγωγίας. Η ανάπτυξη αυτή, επιπλέον, το έδωσε τη δυνατότητα να χρησιμοποιηθεί και σαν επιχειρηματικό εργαλείο που προσφέρει περιεχόμενο σε διάφορες μορφές (κείμενο, εικόνα, εικονοσειρές, σχεδιοκίνηση, ήχος κλπ.) προσαρμοσμένο στις προσωπικές ανάγκες κάθε χρήστη. Ο τρόπος με τον οποίο διαδόθηκε ο Π.Ι. βασίστηκε στην αποδοχή του από έναν αυξανόμενο αριθμό χρηστών που τον χρησιμοποιούν για έναν αυξανόμενο αριθμό υπηρεσιών. Για να διατηρηθεί η ανοδική πορεία του Π.Ι. πρέπει να διατηρηθεί υψηλό το επίπεδο ποιότητας υπηρεσιών που προσφέρει. Πιο συγκεκριμένα, η μεταφόρτωση των αντικειμένων Π.Ι. πρέπει να επιτυγχάνεται σε υψηλές ταχύτητες και τα κρίσιμα δεδομένα πρέπει να διατηρούνται προσβάσιμα ανεξαρτήτως πιθανής υψηλής ζήτησής τους από τους χρήστες. Τα παραπάνω μπορούν να επιτευχθούν είτε με συνεχείς αναβαθμίσεις στην υποδομή του Π.Ι. είτε με πιο αποδοτικότερη διαχείριση του περιεχόμενό του. Ανάμεσα στις προτάσεις για αποδοτική διαχείριση είναι η χρήση Ενδιάμεσης Μνήμης, υλοποιούμενη κυρίως μέσω Πληρεξούσιων Εξυπηρετητών, και η πολιτική της Αντιγραφής, υλοποιούμενη κυρίως μέσω των Δικτύων Παράδοσης Περιεχομένου(CDN). Αν και οι παραπάνω δύο τεχνικές μπορούν να επωφεληθούν η μία της άλλης η ερεύνα, γενικότερα, τείνει να επικεντρώνεται σε μεμονωμένη χρήση της κάθε μιας. Η παρούσα πτυχιακή εργασία πραγματεύεται μια νέα προσέγγιση για τη διαχείριση του περιεχομένου του Π.Ι.. Η προσέγγιση αυτή αφορά στην ταυτόχρονη χρήση Ενδιάμεσης Μνήμης και Αντιγραφής σε Δίκτυα Παράδοσης Περιεχομένου (CDN). Πιο συγκεκριμένα προτείνεται η ταυτόχρονη λειτουργία των Εξυπηρετητών CDN και σαν Πληρεξούσιους Εξυπηρετητές. Πολιτικές Διαχείρισης Δεδομένων Παγκοσμίου Ιστού σε Δίκτυο Παράδοσης Περιεχομένου - 4 -

5 Επιπλέον, προτείνονται δύο αλγόριθμοι που υλοποιούν την προσέγγιση αυτή, ο αλγόριθμος SRC και ο αλγόριθμος Quality Rating. Ο αλγόριθμος SRC αποτελεί έναν αλγόριθμο που προϋπολογίζει τα αντικείμενα που θα αντιγραφούν σε κάθε εξυπηρετητή CDN, ενώ ο αλγόριθμος Quality Rating τα υπολογίζει σε πραγματικό χρόνο. Η λειτουργία των αλγορίθμων αναλύεται και παρουσιάζεται μέσα από κείμενο και ψευδοκώδικα. Ακόμα, εξετάζεται η απόδοση των αλγορίθμων τόσο σε σύγκριση με άλλους ανταγωνιστικούς αλγόριθμους όσο και μεμονωμένα. Η εξέταση της απόδοσης επιτυγχάνεται μέσα από πειραματική διαδικασία εξομοίωσης που υλοποιείται από ειδικευμένο λογισμικό. Τα πορίσματα που προκύπτουν από την συγκριτική αξιολόγισή των αλγορίθμων είναι θετικά καθώς ο αλγόριθμος SRC επιτυγχάνει την υψηλότερη απόδοση σε σχέση με τους ανταγωνιστικούς του αλγορίθμους, ενώ ο αλγόριθμος Quality Rating επιτυγχάνει, γενικότερα, υψηλά επίπεδα απόδοσης. Τέλος, περιλαμβάνεται ο πηγαίος κώδικας δύο ολοκληρωμένων περιβαλλόντων προσομοίωσης που αναπτύχθηκαν ειδικά στα πλαίσια της πτυχιακής εργασίας και προσομοιώνουν τη λειτουργία του αλγόριθμου Quality Rating και ανταγωνιστικού του αλγόριθμου στο πλαίσιο χρήσης του σε CDN. Πολιτικές Διαχείρισης Δεδομένων Παγκοσμίου Ιστού σε Δίκτυο Παράδοσης Περιεχομένου - 5 -

6 Extended Abstract World Wide Web (WWW) has grown tremendously, offering today an ever increasing number of services to the end users, so much that it has now evolved from a simple telecommunications network in a major means of communication, information and entertainment. This growth has also rendered the WWW a strong business tool offering content in a variety of forms (text, images, video, animation, sound etc.) adopted in the personal needs and desires of each user. WWW has become very popular because of the high reliability and quality of service it offers to the end users. In order to maintain its progress rate, the quality of service must be kept at high levels: The WWW object transfers must sustain a high transfer speed and crucial data must remain accessible to the WWW users independently of an increased user demand. In this context, the need of finding efficient ways to manage the content of WWW, besides just upgrading the WWW infrastructure, has become obligatory. Among the proposed methods of WWW content management is the use of Caching, through Proxy Servers, or Replication, through Content Delivery Networks (CDNs). Although these methods could benefit from each other, previous research work tends to focus on either one of them separately. Chapter 2 presents a new approach to the management of WWW content in the context of CDNs. This new approach involves simultaneous use of the Caching and Replications schemes, proposing that the Surrogate Servers should work both as Proxy Caches and Replicators. In Chapter 3, two algorithms utilizing this new approach are proposed, named SRC and Quality Rating. SRC is an offline algorithm which uses log files in order to place replicas to the Surrogate Servers, while Quality Rating is a real time algorithm placing replicas to the Surrogate Servers on-the-fly. The functionality of each algorithm is presented both using text and psuedocode. Chapter 4 measures the performance of the proposed algorithms through experimental procedure which take place in specialized simulation software. The Πολιτικές Διαχείρισης Δεδομένων Παγκοσμίου Ιστού σε Δίκτυο Παράδοσης Περιεχομένου - 6 -

7 experiment results are promising as they indicate that the use of SRC algorithm leads to the greatest performance boost compared to other competitive algorithms and policies, while the use of the Quality Rating algorithm also leads to great performance levels. Finally, the source code of the specialized emulation environments for the Quality Rating algorithm and for a competitive algorithm is presented in Appendix 1 and 2 respectively. Πολιτικές Διαχείρισης Δεδομένων Παγκοσμίου Ιστού σε Δίκτυο Παράδοσης Περιεχομένου - 7 -

8

9 Περιεχόμενα ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1Ο: ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΤΟΥ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΟΥ ΤΟΥ ΠΑΓΚΟΣΜΙΟΥ ΙΣΤΟΥ: Η ΣΗΜΕΡΙΝΗ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ Το περιεχόμενο του παγκόσμιου ιστού Η ανάγκη αποδοτικής διαχείρισης του περιεχόμενου του παγκόσμιου ιστού Πολιτικές και λύσεις που έχουν ήδη προταθεί Η ΣΥΝΕΙΣΦΟΡΑ ΤΗΣ ΠΤΥΧΙΑΚΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ Η ΔΟΜΗ ΤΗΣ ΠΤΥΧΙΑΚΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2Ο: ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ - ΣΥΝΔΥΑΣΜΟΣ ΕΝΔΙΑΜΕΣΗΣ ΜΝΗΜΗΣ Κ ΑΝΤΙΓΡΑΦΗΣ ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η ΠΟΛΙΤΙΚΗ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΟΥ ΜΕ ΤΗ ΧΡΗΣΗ ΕΝΔΙΑΜΕΣΗΣ ΜΝΗΜΗΣ Βασική αρχή λειτουργίας: Πολιτικές Αντικατάστασης Μετρικές Απόδοσης Απόδοση και προβλήματα Ενδιάμεσης Μνήμης Η ΠΟΛΙΤΙΚΗ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΟΥ ΜΕ ΤΗ ΧΡΗΣΗ ΤΗΣ ΑΝΤΙΓΡΑΦΗΣ Δίκτυα Παράδοσης Περιεχομένου Ζητήματα λειτουργίας Δικτύων CDN Αποτίμηση CDN ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΕΝΔΙΑΜΕΣΗΣ ΜΝΗΜΗΣ ΚΑΙ ΑΝΤΙΓΡΑΦΗΣ ΣΥΝΔΥΑΣΜΟΣ ΕΝΔΙΑΜΕΣΗΣ ΜΝΗΜΗΣ ΚΑΙ ΑΝΤΙΓΡΑΦΗΣ ΣΥΝΟΨΗ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Ο : ΣΥΝΔΥΑΣΤΙΚΟΙ ΑΛΓΟΡΙΘΜΟΙ ΕΝΔΙΑΜΕΣΗΣ ΜΝΗΜΗΣ Κ ΑΝΤΙΓΡΑΦΗΣ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΩΝΤΑΣ ΤΑΥΤΟΧΡΟΝΑ ΕΝΔΙΑΜΕΣΗ ΜΝΗΜΗ ΚΑΙ ΑΝΤΙΓΡΑΦΗ ΣΕ CDN Βασική αρχή λειτουργίας ΣΧΕΤΙΚΗ ΕΡΕΥΝΑ Ο ΑΛΓΟΡΙΘΜΟΣ HYBRID Ο αλγόριθμος Hybrid ΠΡΟΤΕΙΝΟΜΕΝΟΙ ΑΛΓΟΡΙΘΜΟΙ Ορισμός του προβλήματος Αλγόριθμος Similarity Replication Caching(SRC) Αλγόριθμος Quality Rating ΣΥΝΟΨΗ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4Ο: ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ ΕΞΟΜΟΙΩΣΗΣ CDNSim: Μοντέλο προσομοίωσης για CDNs Τοπολογία δικτύου Δημιουργία διαδικτυακών τόπων Πολιτικές Διαχείρισης Δεδομένων Παγκοσμίου Ιστού σε Δίκτυο Παράδοσης Περιεχομένου - 9 -

10 4.2.4 Δημιουργία της κίνησης των χρηστών Εξεταζόμενοι μέθοδοι: Μετρικές απόδοσης: Πειραματικές διαδικασίες και αποτελέσματα απόδοσης Συμπεράσματα Πειραματικής Αξιολόγησης ΣΥΝΟΨΗ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 Ο : ΣΥΝΟΨΗ ΣΥΝΟΨΗ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΟΥ ΠΤΥΧΙΑΚΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ Αλγόριθμος SRC Αλγόριθμος Quality Rating ΠΡΟΤΕΙΝΟΜΕΝΗ ΜΕΛΛΟΝΤΙΚΗ ΕΡΕΥΝΑ ΕΠΙΛΟΓΟΣ ΑΝΑΦΟΡΕΣ ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ 1 Ο : ΚΩΔΙΚΑΣ ΥΛΟΠΟΙΗΣΗΣ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΕΞΟΜΟΙΩΣΗΣ ΑΛΓΟΡΙΘΜΟΥ HYBRID ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ 2 Ο : ΚΩΔΙΚΑΣ ΥΛΟΠΟΙΗΣΗΣ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΕΞΟΜΟΙΩΣΗΣ ΑΛΓΟΡΙΘΜΟΥ QUALITY RATING ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ 3 Ο : A SIMILARITY BASED APPROACH FOR INTEGRATED WEB CACHING AND CONTENT REPLICATION IN CDNS

11 Κατάλογος σχημάτων Σχήμα 2.2: Τρόπος λειτουργίας πολιτικής χρήσης ενδιάμεσης μνήμης Σχήμα 3.1: Τρόπος λειτουργίας της προτεινόμενης πολιτικής που συνδυάζει τη χρήση ενδιάμεσης μνήμης και αντιγραφής σε CDN Σχήμα 3.2: Εξέλιξη της αρχικής τοποθέτησης στη διάρκεια του χρόνου Σχήμα 3.3: Ομοιότητα τοποθέτησης της αρχικής τοποθέτησης σε εναν εξυπηρετητέ CDN στη διάρκεια του χρόνου Σχήμα 3.4: Σιγμοειδής κατανομή κανονικοποιημένων q και καθορισμός αντικειμένων που θα αντιγραφούν στα τμήματα d και s Σχήμα 3.5: Σχηματική λειτουργία του αλγορίθμου Quality Rating Σχήμα 4.1: Μέσος χρόνος απόκρισης πολιτικών (μη αιφνίδια πρόσβαση πλήθους χρηστών) Σχήμα 4.2: Λόγος επιτυχίας πολιτικών (μη αιφνίδια πρόσβαση πλήθους χρηστών) Σχήμα 4.3: Λόγος επιτυχίας σε bytes πολιτικών (μη αιφνίδια πρόσβαση πλήθους χρηστών) Σχήμα 4.4: Μέσος χρόνος αποκρισης πολιτικών (αιφνίδια πρόσβαση πλήθους χρηστών) Σχήμα 4.5: Λόγος επιτυχίας πολιτικών (αιφνίδια πρόσβαση πλήθους χρηστών) Σχήμα 4.6: Λόγος επιτυχίας πολιτικών (αιφνίδια πρόσβαση πλήθους χρηστών) Πολιτικές Διαχείρισης Δεδομένων Παγκοσμίου Ιστού σε Δίκτυο Παράδοσης Περιεχομένου 11

12 Κατάλογος πινάκων Πίνακας 1.1: Συγκριτικη παρουσιαση των υπαρχουσων πολιτικων διαχειρισης περιεχομενου Π.Ι Πίνακας 2.1: Μεταβλητες που χρησιμοποιουνται στο κεφαλαιο Πίνακας 2.2: Διαδεδομενες πολιτικες αντικαταστασης ενδιαμεσης μνημης Πίνακας 2.3: Συγκριση πολιτικων ενδιαμεσης μνημης και αντιγραφης Πίνακας 3.1: Οι μεταβλητες που χρησιμοποιουνται στο κεφαλαιο Πίνακας 3.2: Συνοπτικη παρουσιαση των αλγοριθμων SRC και Quality Rating Πίνακας 4.1: Λογισμικο που χρησιμοποιειται στην πειραματικη διαδικασια Πίνακας 4.2: Παραμετροι που χρησιμοποιουνται στη συγκριτικη πειραματικη διαδικασια Πίνακας 4.3: Παραμετροι που χρησιμοποιουνται αρχικα στην αξιολογιση του αλγοριθμου quality Πίνακας 4.4: Αποτελεσματα πειραματος 1 (μη αιφνιδια προσβαση πληθους χρηστων) Πίνακας 4.5: Αποτελεσματα πειραματος 2 (αιφνιδια προσβαση πληθους χρηστων Πίνακας 4.6: Αποδοση Quality Rating για διαφορες τιμες tw Πίνακας 4.7: Αποδοση Quality Rating για διαφορες τιμες t Πίνακας 4.8: Αποδοση Quality Rating για διαφορες τιμες του παρονομαστη Πίνακας 4.9: Αποδοση quality rating για διαφορες τιμες του μεγεθους αποθηκευτικου χωρου στους εξυπηρετητες CDN Πίνακας 4.10: Αποδοση quality rating για διαφορες τιμες του q max Πίνακας 4.11: Υπεροχη αλγοριθμου SRC απεναντι στην πολιτικη ενδιαμεσης μνημης, αντιγραφης και του αλγοριθμου Hybrid Πολιτικές Διαχείρισης Δεδομένων Παγκοσμίου Ιστού σε Δίκτυο Παράδοσης Περιεχομένου

13 Πολιτικές Διαχείρισης Δεδομένων Παγκοσμίου Ιστού σε Δίκτυο Παράδοσης Περιεχομένου

14

15 Κεφάλαιο 1ο: Εισαγωγή Περιεχόμενα Κεφαλαίου 1.1 ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΤΟΥ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΟΥ ΤΟΥ ΠΑΓΚΟΣΜΙΟΥ ΙΣΤΟΥ: Η ΣΗΜΕΡΙΝΗ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ Το περιεχόμενο του παγκόσμιου ιστού Η ανάγκη αποδοτικής διαχείρισης του περιεχόμενου του παγκόσμιου ιστού Πολιτικές και λύσεις που έχουν ήδη προταθεί Η ΣΥΝΕΙΣΦΟΡΑ ΤΗΣ ΠΤΥΧΙΑΚΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ Η ΔΟΜΗ ΤΗΣ ΠΤΥΧΙΑΚΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ Διαχείριση του περιεχομένου του παγκόσμιου ιστού: Η σημερινή κατάσταση Το περιεχόμενο του παγκόσμιου ιστού Ο Παγκόσμιος Ιστός (Π.Ι.) έχει εξελιχθεί σήμερα στο μεγαλύτερο και πιο ευρέως διαδεδομένο επικοινωνιακό δίκτυο. Τόσο μεγάλη είναι η ανάπτυξη που έχει γνωρίσει ώστε άλλαξε και τελείως ο τρόπος με τον οποίο η πληροφορία οργανώνεται, παρουσιάζεται και γίνεται προσβάσιμη από τους χρήστες. Αρχικά δεν ήταν παρά ένα δίκτυο που χρησίμευε στην απλή καταγραφή και διάδοση της πληροφορίας μέσα από στατικές ιστοσελίδες που περιείχαν κυρίως κείμενο και,αργότερα, έναν περιορισμένο αριθμό εικόνων ή πιο σπάνια ήχων. Όμως, με την πάροδο του χρόνου κατάφερε να εξελιχθεί σε ένα πλούσιο περιβάλλον γεμάτο δυναμικές, δηλαδή μοναδικές και προσαρμοσμένες στον εκάστοτε χρήστη, ιστοσελίδες και πλούσιες σε περιεχόμενο και λειτουργικότητα υπηρεσίες, όπως βίντεο κατ απαίτηση, τηλεσυνδιάσκεψη, εφαρμογές τραπεζικών συναλλαγών, τηλεκπαίδευσης κλπ. Αρχικά, ο Π.Ι. λειτουργούσε σαν μια διαδικτυακή υπηρεσία που αποσκοπούσε στη διαμοίραση στατικού περιεχομένου. Έγγραφα που άλλαζαν σπάνια ή ακόμα και ποτέ αποθηκευόντουσαν στους εξυπηρετητές και γινόντουσαν προσβάσιμα στους χρήστες. Για να γίνουν αλλαγές στο περιεχόμενο των εγγράφων αυτών έπρεπε οι δημιουργοί τους να παρέμβουν στα ίδια τα αρχεία που περιείχαν την πληροφορία και να τροποποιήσουν το περιεχόμενο. Στη φάση αυτή, αυτό το μοντέλο λειτουργίας κρινόταν αρκετό για τον Π.Ι., καθώς οι χρήστες μπορούσαν να εντοπίσουν αρκετό πληροφοριακό υλικό όπως ερευνητικές δημοσιεύσεις συνεδρίων ή ακόμα και Πολιτικές Διαχείρισης Δεδομένων Παγκοσμίου Ιστού σε Δίκτυο Παράδοσης Περιεχομένου

16 εγκυκλοπαιδική γνώση. Δυστυχώς, όμως, αυτός ο τρόπος λειτουργίας δεν άφηνε παρά μικρά περιθώρια αλληλεπίδρασης με τους χρήστες και κρινόταν ακατάλληλος για δημοσίευση δεδομένων που απαιτούσαν συχνή-περιοδική ενημέρωση, όπως για παράδειγμα χρηματιστηριακά δεδομένα. Αυτός ο περιορισμός, ότι δηλαδή οι χρήστες λάμβαναν δεδομένα των οποίων η εγκυρότητα εξαρτώταν από την τελευταία χειροκίνητη ενημέρωσή τους, οδήγησε στη δημιουργία της πιο ευρέως χρησιμοποιούμενης υπηρεσίας του Π.Ι. στις μέρες μας, αυτή, δηλαδή, της διαμοίρασης δυναμικού περιεχομένου. Στην υπηρεσία αυτή το δυναμικό περιεχόμενο δεν είναι προαποθηκευμένο αλλά δημιουργείται την ώρα κατά την οποία ζητείται να παρουσιαστεί στον εκάστοτε χρήστη, χρησιμοποιώντας προαποθηκευμένες πληροφορίες. Έτσι, βάσει κάποιων πληροφοριών για το χρήστη που ζητά το περιεχόμενο, ο εξυπηρετητής διαδικτύου μπορεί να δημιουργήσει περιεχόμενο σχετικό με τη γλώσσα, τις προτιμήσεις και τα ενδιαφέροντα του πελάτη. Έτσι, και με την αποθήκευση της πληροφορίας αυτή για κάθε χρήστη, δημιουργούνται προφίλ χρηστών, τα οποία βοηθούν τους χρήστες να περιηγηθούν σε ένα παγκόσμιο ιστό που είναι κομμένος και ραμμένος στα μέτρα τους, όσον αφορά στις προτιμήσεις περιεχομένου, γλώσσας ή ακόμα και συσκευής πρόσβασης. Η εξέλιξη αυτή του Π.Ι., από ένα στατικό δίκτυο αποθηκευμένης γνώσης σε ένα δυναμικά εξελισσόμενο μέσο ενημέρωσης και επικοινωνίας τον κατέστησε ακόμα πιο γνωστό και συντέλεσε στην ακόμα μεγαλύτερη εξάπλωσή του σε ολοένα αυξανόμενο αριθμό χρηστών. Τη διάδοση αυτή των χρηστών και την ανάγκη τους για πιο πλούσιο περιεχόμενο ακολούθησε και η τεχνολογία του Π.Ι. προσφέροντας τις διάφορες υπηρεσίες ροών δεδομένων, ήχου, εικονοσειρών και βίντεο. Τα διαδικτυακά αυτά αντικείμενα υπήρχαν και διακινούταν στον Π.Ι. και στο παρελθόν αλλά για να γίνει η αναπαραγωγή τους οι χρήστες έπρεπε να τα μεταφορτώσουν ολόκληρα και να τα αποθηκεύσουν σε κάποιο τοπικό μέσο. Αυτό δεν αποτελούσε πρόβλημα για διαδικτυακά αντικείμενα που είχαν να κάνουν με κείμενο, αλλά οδήγουσε σε πολύ μεγάλους χρόνους αναμονής για αντικείμενα ήχου και βίντεο καθώς ήταν πολύ μεγαλύτερα σε μέγεθος. Οι υπηρεσίες των ροών δεδομένων, δεν απαιτούν κάτι τέτοιο επιτρέποντας έτσι στους χρήστες την προσπέλαση στα δεδομένα βίντεο και ήχου καθώς αυτά μεταφορτώνονται, αυξάνοντας όμως το φόρτο των εξυπηρετητών. Έτσι, το περιεχόμενο που βρίσκεται αυτή τη στιγμή στον Π.Ι. έφτασε να είναι εξαιρετικά ποικιλόμορφο και η προσπάθεια καταγραφής του θα οδηγούσε σε χαοτικά αποτελέσματα. Η πληροφοριακή έκρηξη αυτή βασίζεται κυρίως στην ευκολία δημιουργίας και δημοσίευσης περιεχομένου για τον παγκόσμιο ιστό. Κάθε χρήστης που έχει πρόσβαση στο διαδίκτυο μπορεί να αποκτήσει πρόσβαση και σε χώρους

17 δημοσίευσης προσωπικών ιστοσελίδων, ενώ χαρακτηριστικό είναι και το γεγονός ότι πολλοί από τους παρόχους υπηρεσιών διαδικτύου προσφέρουν δωρεάν και κάποιο χώρο δημοσίευσης ιστοσελίδων στους χρήστες τους. Το γεγονός της απλότητας της δημοσίευσης και της έλλειψης κάποιας κεντρικής αρχής που ελέγχει τη δημοσίευση περιεχομένου στο διαδίκτυο, καθώς και η ποικιλομορφία του Π.Ι. δίνουν την ψευδαίσθηση ενός ευρύτατα κατανεμημένου συστήματος. Παρ όλα αυτά κάτι τέτοιο δεν ισχύει απόλυτα. Η ανάγκη αποδοτικής διαχείρισης του περιεχόμενου του παγκόσμιου ιστού Ο Π.Ι. βασίζεται στο αρχιτεκτονικό μοντέλο του πελάτη-εξυπηρετητή. Κάθε χρήστης που θέλει να αποκτήσει πρόσβαση σε κάποιο συγκεκριμένο περιεχόμενο επικοινωνεί με τον εξυπηρετητή που περιέχει το περιεχόμενο αυτό και το μεταφορτώνει. Το μοντέλο λειτουργίας αυτό δεν είναι σε καμία περίπτωση κατανεμημένο. Παρ όλα αυτά, υπό φυσιολογικές συνθήκες, δηλαδή μικρή συχνότητα καταιγισμού του εξυπηρετητή από αιτήσεις για μεταφόρτωση περιεχομένου, μπορεί να είναι αποδοτικό. Αντιθέτως, παρουσιάζει αρκετά προβλήματα σε περιπτώσεις που ο αριθμός χρηστών που ζητούν πρόσβαση στα δεδομένα είναι αυξημένος και οι αιτήσεις γίνονται σε μικρά χρονικά διαστήματα. Σε τέτοιες περιπτώσεις αυξάνεται κατακόρυφα ο φόρτος τόσο του εξυπηρετητή, δηλαδή οι ανάγκες του για επεξεργαστική ισχύ, όσο και του διαύλου που συνδέει τον εξυπηρετητή με το διαδίκτυο και τον παγκόσμιο ιστό. Και όσο περισσότεροι γίνονται οι χρήστες που ζητούν πρόσβαση στο περιεχόμενο τόσο περισσότερο μειώνεται η ταχύτητα εξυπηρέτησής τους, μέχρι που, από κάποιο ποσοστό ζήτησης και μετά, οι αιτήσεις απορρίπτονται και το περιεχόμενο δεν είναι πλέον διαθέσιμο. Δυστυχώς, η αιφνίδια πρόσβαση πλήθους χρηστών δεν είναι δυνατόν να προβλεφθεί από τους υπεύθυνους διαχείρισης των εξυπηρετητών καθώς τις περισσότερες φορές βασίζεται σε έκτακτα γεγονότα που προκαλούν το ενδιαφέρον ενημέρωσης των χρηστών, οι οποίοι με τη σειρά τους δεν αρκούνται, τις περισσότερες τουλάχιστο φορές, σε πληροφορία απλά με τη μορφή κειμένου, αλλά επιδιώκουν και την ενημέρωση μέσω βίντεο και άλλων μορφών περιεχομένου που έχουν υψηλές απαιτήσεις στους πόρους διασύνδεσης. Η καθυστέρηση στην παράδοση ή, ακόμα χειρότερα, η αδυναμία παράδοσης περιεχομένου είναι ένα πρόβλημα που μπορεί να αποκτήσει τεράστιες διαστάσεις στον Π.Ι. καθώς μπορεί να οδηγήσει στη δυσανασχέτηση των χρηστών και τη στροφή τους σε άλλες πιο αξιόπιστες, όσον αφορά στην πρόσβαση, πηγές Πολιτικές Διαχείρισης Δεδομένων Παγκοσμίου Ιστού σε Δίκτυο Παράδοσης Περιεχομένου

18 ενημέρωσης. Το πρόβλημα γίνεται ακόμα μεγαλύτερο αν αναλογιστούμε ότι το διαδίκτυο εκτός από ένα τεράστιο επικοινωνιακό δίκτυο έχει εξελιχθεί και σε ένα ισχυρό επιχειρηματικό εργαλείο. Έτσι, η πρόσβαση στα δεδομένα του Π.Ι. αποτελεί ζήτημα κρίσιμης σημασίας, για ένα πολύ μεγάλο αριθμό επιχειρήσεων των οποίων η σωστή λειτουργία και η προβολή βασίζεται στον Π.Ι.. Αποστροφή και δυσανασχέτηση των χρηστών, είτε αυτοί είναι ιδιώτες είτε είναι άλλες επιχειρήσεις, απέναντι στους διαδικτυακούς τόπους των επιχειρήσεων αυτών δεν μπορεί παρά να σημαίνει και τη σταδιακή αποστροφή απέναντι στις ίδιες τις επιχειρήσεις και τις υπηρεσίες που προσφέρουν αυτές. Επιπλέον, η αδυναμία προσπέλασης του περιεχομένου του Π.Ι. από τους ενδιαφερόμενους χρήστες σε έκτακτες περιπτώσεις όπου η ενημέρωση είναι αναγκαία και ζωτικής σημασίας οδηγεί σε προβληματισμό απέναντι στο κύρος και τις δυνατότητες του Π.Ι. ως επικοινωνιακό και ενημερωτικό εργαλείο. Έτσι, ο ρόλος και η ανοδική πορεία που έχει γνωρίσει ο Π.Ι. σε όλο αυτό το διάστημα μπορούν να αλλάξουν και το ενδιαφέρον, επιχειρηματικό και μη, που έχει προκληθεί γύρω από αυτόν να περάσουν σε δεύτερη μοίρα. Κρίνεται πλέον, απαραίτητη η εύρεση τρόπων και πολιτικών που θα διασφαλίσουν την πρόσβαση στο περιεχόμενο του διαδικτύου, σε οποιαδήποτε μορφή βρίσκεται αυτό, ακόμα και υπό συνθήκες μεγάλου φόρτου και έντονου ενδιαφέροντος, διατηρώντας έτσι την αξιοπιστία του Π.Ι.. Επιπλέον, η ταχύτητα μεταφόρτωσης πρέπει να διατηρηθεί σε υψηλά επίπεδα ή ακόμα και να αυξηθεί συμβάλλοντας έτσι σε μια πιο πλούσια εμπειρία για τους χρήστες. Τέλος, κρίνεται αδύνατη η υιοθέτηση ριζικών αλλαγών από τους χρήστες αφού το διαδίκτυο έχει φτάσει σε πολύ μεγάλα επίπεδα εξάπλωσης. Οι πολιτικές και οι λύσεις που πρέπει να βρεθούν πρέπει να εφαρμοστούν κυρίως στην πλευρά των εξυπηρετητών και αν αυτό δεν είναι απολύτως δυνατόν να γίνουν με τέτοιο τρόπο ώστε οι χρήστες να μη χρειαστεί να αναπροσαρμόσουν τις συνήθειες και τον τρόπο πλοήγησης, δηλαδή, οι οποιεσδήποτε αλλαγές πρέπει να παραμείνουν διάφανες ως προς τους τελικούς χρήστες. Πολιτικές και λύσεις που έχουν ήδη προταθεί. Για την επίλυση των προβλημάτων που προκύπτουν από τις ανάγκες της αποδοτικής διαχείρισης του περιεχομένου του Π.Ι. έχουν προταθεί τρεις κυρίως λύσεις:

19 Αύξηση πόρων εξυπηρετητών Π.Ι: Η πρώτη προσπάθεια για την επίλυση των προβλημάτων διαχείρισης του περιεχομένου του Π.Ι. ήταν αυτή της αύξησης των πόρων που τίθενται στη διάθεση των εξυπηρετητών Π.Ι. και πιο συγκεκριμένα της αύξησης της υπολογιστικής τους ισχύος και του εύρους των διαύλων μέσω των οποίων συνδέονται με τον Π.Ι.. Η προσέγγιση αυτή μπορεί παρά να δώσει μόνο μια πρόσκαιρη λύση καθώς το πρόβλημα δε λύνεται ουσιαστικά αλλά παρατείνεται και μετατείθεται για κάποια μελλοντική χρονική στιγμή. Επιπλέον, τόσο η υπολογιστική ισχύς με την οποία μπορεί να εφοδιαστεί ένας εξυπηρετητής Π.Ι. όσο και το εύρος ζώνης της σύνδεσής του με τον Π.Ι. είναι μεγέθη πεπερασμένα. Ακόμα, το λογισμικό που χρησιμοποιείται από τους εξυπηρετητές Π.Ι., από το λειτουργικό σύστημα που χρησιμοποιούν μέχρι και το ίδιο το λογισμικό- εξυπηρέτησης αιτήσεων Π.Ι., παρουσιάζουν ένα άνω όριο στον αριθμό των αιτήσεων που μπορούν να εξυπηρετηθούν ταυτόχρονα. Έτσι, ακόμα και αν υπήρχε η δυνατότητα για συνεχή αναβάθμιση των πόρων των εξυπηρετητών Π.Ι., κάτι που θα εκτίναζε το κόστος συντήρησης και λειτουργίας τους, δε θα υπήρχε και η αναμενόμενη βελτίωση απόδοσής τους. Κρίνεται, λοιπόν, απαραίτητο να βρεθούν πολιτικές και λύσεις που δεν απαιτούν συνεχείς αναβαθμίσεις στους πόρους του Π.Ι. αλλά, αντιθέτως, κάνουν πιο αποδοτική τη χρήση της υπάρχουσας υποδομής, διατηρώντας,παράλληλα, το κόστος υλοποίησής τους χαμηλό. Χρήση Ενδιάμεσης Μνήμης: Σε περιόδους αιφνίδιας πρόσβασης πλήθους χρηστών, οι χρήστες του Π.Ι. επισκέπτονται συγκεκριμένους διαδικτυακούς τόπους, κυρίως αυτούς που σχετίζονται με το γεγονός που κίνησε το ενδιαφέρον τους, πχ. μετά από την επιτυχία της ελληνικής Εθνικής Ομάδας Ποδοσφαίρου στην λήψη της 1 ης θέσης πανευρωπαϊκά φίλαθλοι από όλη την Ελλάδα αναζητούσαν πληροφορίες, στιγμιότυπα και επιπλέον περιεχόμενο από διάφορες σελίδες αθλητικού περιεχομένου μεγάλης δημοτικότητας. Επιπλέον, στην καθημερινότητα, μεγάλες ομάδες χρηστών πολλές φορές ομαδοποιούνται ως προς το μέσον και τον τρόπο πρόσβασης στον παγκόσμιο ιστό. Για παράδειγμα, η πλειοψηφία των υπαλλήλων μιας χρηματιστηριακής εταιρείας χρησιμοποιεί τους υπολογιστές των γραφείων τους για την επίσκεψη σε δικτυακούς τόπους που παρουσιάζουν ζωντανά δεδομένα για χρηματιστηριακές μετοχές. Ακόμα, οι αιτήσεις ομάδων χρηστών για περιήγηση στον Π.Ι. περνούν από έναν συγκεκριμένο ηλεκτρονικό υπολογιστή, ή μια μικρή ομάδα ηλεκτρονικών υπολογιστών για λόγους καταγραφής-ελέγχου πρόσβασης κλπ.. Για παράδειγμα, το παραπάνω συμβαίνει συνήθως στους χρήστες των εταιριών που αναφέρθηκαν πιο πάνω, καθώς η πρόσβασή τους περνάει από υπολογιστή, ή ομάδα Πολιτικές Διαχείρισης Δεδομένων Παγκοσμίου Ιστού σε Δίκτυο Παράδοσης Περιεχομένου

20 υπολογιστών, που υλοποιεί υπηρεσίες τείχους προστασίας. Οι αιτήσεις για πρόσβαση σε περιεχόμενο του Π.Ι., λοιπόν, πολλές φορές μπορούν να ομαδοποιηθούν είτε με βάση την προέλευσή τους ή με τον προορισμό τους. Ο τρόπος με τον οποίο λειτουργεί ο Π.Ι. δεν εκμεταλλεύεται το γεγονός αυτό για πιο αποδοτική διαχείριση του περιεχόμενου. Δηλαδή, αν δύο ή και περισσότεροι χρήστες που έχουν πρόσβαση στον Π.Ι. από το ίδιο σημείο ζητήσουν το ίδιο περιεχόμενο, ο εξυπηρετητής θα πρέπει να το προσφέρει και στους δύο. Μια πιο αποδοτική πολιτική θα ήταν να αποσταλεί το περιεχόμενο στον πρώτο χρήστη, και να γίνεται παράλληλα προσβάσιμο σε όλους τους χρήστες που αποκτούν πρόσβαση στο διαδίκτυο από το ίδιο σημείο, έστω και προσωρινά, ώστε όταν κάποιος άλλος χρήστης ζητήσει το ίδιο ακριβώς περιεχόμενο να μη χρειαστεί να το μεταφορτώσει από τον εξυπηρετητή. Αυτή ακριβώς την προσέγγιση υλοποιεί η πολιτικής της χρήσης Ενδιάμεσης Μνήμης (Caching). Η βασική ιδέα είναι η αποθήκευση όλου του περιεχομένου που λαμβάνεται από τον Π.Ι. σε ένα εύκολα προσβάσιμο μέσο, ώστε όταν το περιεχόμενο αυτό ζητηθεί ξανά να μη χρειάζεται η λήψη του από τον εξυπηρετητή που το διανέμει. Η λύση αυτή προσφέρει κάποια ανακούφιση στα προβλήματα διαχείρισης του περιεχομένου του Π.Ι. μιας και γίνεται αποδοτικότερη και πιο έξυπνη διαμοίρασή των αντικειμένων Π.Ι.. Επιπλέον, με τη χρήση της Ενδιάμεσης Μνήμης μπορεί να γίνει αναπροσαρμογή της παρουσίασης του περιεχομένου του Π.Ι. για ειδικές περιπτώσεις-συσκευές, χωρίς να επιβαρύνονται με το καθήκον αυτό οι εξυπηρετητές του Π.Ι [2]. Παρ όλα αυτά, από τη χρήση της Ενδιάμεσης Μνήμης προκύπτουν διάφορα προβλήματα τα οποία συνοψίζονται κυρίως στο γεγονός ότι η Ενδιάμεση Μνήμη έχει πεπερασμένο μέγεθος, επομένως πεπερασμένος είναι και ο αριθμός των διαδικτυακών αντικειμένων που μπορούν να αποθηκευτούν σε αυτή. Ακόμα, υπάρχει ο κίνδυνος ένα αντικείμενο που βρίσκεται στον εξυπηρετητή να έχει ανανεωθεί, ενώ στην Ενδιάμεση Μνήμη να διατηρείται ένα μη ενημερωμένο αντίγραφο, με αποτέλεσμα οι χρήστες που χρησιμοποιούν την Ενδιάμεση Μνήμη να λαμβάνουν παλαιά και μη ενημερωμένα δεδομένα. Τέλος, η χρήση της Ενδιάμεσης Μνήμης είναι περιορισμένη όσον αφορά στις δυναμικές ιστοσελίδες, ενώ τίθενται θέματα ασφαλείας για προσωπικά δεδομένα που τυχόν αποθηκεύονται σε αυτή. Πολιτική της Αντιγραφής: Όπως είναι γνωστό, κάθε εξυπηρετητής έχει πεπερασμένη επεξεργαστική ισχύ την οποία και χρησιμοποιεί για την εξυπηρέτηση των αιτήσεων των χρηστών. Μια λύση για να αυξηθεί ο αριθμός των ταυτόχρονα εξυπηρετούμενων αιτήσεων είναι, όπως αναφέρθηκε

21 παραπάνω, αυτή της αναβάθμισης των πόρων που προσφέρονται στον εξυπηρετητή Π.Ι., με όλα τα αρνητικά που συνεπάγεται αυτό. Για να αρθούν τα προβλήματα της τεχνικής αυτής προτάθηκε το περιεχόμενο του εξυπηρετητή να αντιγράφεται σε έναν δεύτερο εξυπηρετητή που θα τοποθετείται στο ίδιο δίκτυο. Μπροστά από τους δύο εξυπηρετητές τοποθετείται μια συσκευή δρομολόγησης που προωθεί τις αιτήσεις των χρηστών στους εξυπηρετητές. Έτσι, αυξάνεται ο αριθμός των αιτήσεων χρηστών που μπορούν να εξυπηρετηθούν ταυτόχρονα καθώς όταν ο ένας εξυπηρετητής βρίσκεται απασχολημένος, η δρομολόγηση των αιτήσεων θα γίνεται στον δεύτερο εξυπηρετητή που θα μπορεί να τις φέρει εις πέρας. Με τον τρόπο αυτό πρώτο-εφαρμόστηκε η εφαρμογή της πολιτικής της Αντιγραφής, με τη χρήση δηλαδή περισσότερων του ενός εξυπηρετητών και με τη δημιουργία των πρώτων φαρμών εξυπηρετητών (server farms). Μέσα από την πολιτική της Αντιγραφής δόθηκε η δυνατότητα για σωστή διευθέτηση του φόρτου εργασίας ακόμα και σε αιφνίδιας πρόσβασης πλήθους χρηστών, με σχετικά μικρό κόστος. Επιπλέον, για να αυξηθεί η ταχύτητα, προτάθηκε το εξής: Αρχικά να γίνει διαχωρισμός των χρηστών σε ομάδες, που καθορίζονται κυρίως βάσει του σημείου (χωροταξικά) πρόσβασης στον παγκόσμιο ιστό. Έπειτα, η μεταφορά κάθε εξυπηρετητή μιας φάρμας εξυπηρετητών κοντά σε κάθε ομάδα χρηστών για την ταχύτερη εξυπηρέτησή της. Αρχικά οι χρήστες είχαν τη δυνατότητα να επιλέξουν από ποιο εξυπηρετητή θα μεταφορτώσουν δεδομένα, μια τεχνική που ονομάζεται καθρευτισμός (mirroring). Η τεχνική αυτή δεν έδινε πάντοτε τα καλύτερα αποτελέσματα από πλευράς προσβασιμότητας και ταχύτητας, καθώς οι χρήστες επέλεγαν τον εξυπηρετητή κυρίως βάσει απόστασης, χωρίς να λαμβάνουν υπόψη άλλες παραμέτρους όπως η διαθεσιμότητά του και ο φόρτος του τη συγκεκριμένη χρονική στιγμή. Ακόμα, η ίδια η διαδικασία της επιλογής ξένιζε τους χρήστες αφού έπρεπε να αφιερώσουν χρόνο για να διαλέξουν τον εξυπηρετητή που θα χρησιμοποιούσαν, κάτι που διέκοπτε την περιήγησή τους στον Π.Ι.. Έτσι, η ιδέα του καθρευτισμού εγκαταλείφθηκε και αναπτύχθηκαν δίκτυα τα οποία περιείχαν εξοπλισμό που αναλάμβανε να κατευθύνει τις αιτήσεις στους καταλληλότερους εξυπηρετητές. Τα δίκτυα αυτά, ονομάστηκαν Δίκτυα Παράδοσης Περιεχομένου (Content Delivery Networks / Content Distribution Networks / CDN) και οι εξυπηρετητές που πραγματοποιούν την παράδοση του περιεχομένου ονομάστηκαν Εξυπηρετητές CDN (Surrogate Servers). H λειτουργία των CDN συνοψίζεται στην κεντρική ιδέα: Αντιγραφή του περιεχομένου σε διάφορους Πολιτικές Διαχείρισης Δεδομένων Παγκοσμίου Ιστού σε Δίκτυο Παράδοσης Περιεχομένου

22 εξυπηρετητές CDN και διασπορά τους σε μεγάλες αποστάσεις ώστε να τοποθετούνται κοντά σε μεγάλες ομάδες χρηστών. Η λειτουργία των CDN είναι διάφανη ως προς τους χρήστες καθώς όταν αυτοί πραγματοποιούν αιτήσεις για τη λήψη αντικειμένων Π.Ι., εξυπηρετούνται από εξυπηρετητή CDN που έχει υποδείξει το ίδιο το CDN (βάσει κριτηρίων διαθεσιμότητας και μέγιστης ταχύτητας εξυπηρέτησης) χωρίς να αντιλαμβάνονται, τελικά, την επιλογή αυτή. Μέσα, λοιπόν, από την εξέλιξη της τεχνικής της Αντιγραφής δίνεται η δυνατότητα όχι μόνο για την πρόσβαση σε κρίσιμα δεδομένα ακόμα και όταν υπάρχει πολύ αυξημένο ενδιαφέρον για αυτά από τους χρήστες, αλλά και για την αύξηση της ταχύτητας μεταφόρτωσής τους [1]. Επιπλέον, το περιεχόμενο του διαδικτύου διαχέεται και αποκτά μια πιο αποκεντρωμένη μορφή. Παρ όλα αυτά, οι λύσεις πιο προκύπτουν από την πολιτική της Αντιγραφής απαιτούν αυξημένο κόστος λειτουργίας και συντήρησης, ενώ τίθενται αρκετά ζητήματα ως προς το πού πρέπει να τοποθετηθούν τα αντίγραφα του περιεχομένου, καθώς και το πώς πρέπει να καταμεριστούν αυτά για την εξυπηρέτηση των διαφόρων χρηστών του διαδικτύου

23 Πολιτική Πλεονεκτήματα Μειονεκτήματα Αύξηση Περιορισμένη αύξηση Παροδική βελτίωση πόρων εξυπηρετητών Π.Ι Ενδιάμεση Μνήμη ταχύτητας εξυπηρέτησης Περιορισμένη ανοχή σε αιφνίδια πρόσβαση πλήθους χρηστών Αύξηση ταχύτητας εξυπηρέτησης Αποδοτικότερη διαχείριση των πόρων του Π.Ι Μετατροπή περιεχομένου για διάφορες συσκευές Ευκολία υλοποίησης Μικρό κόστος Αντιγραφή Αύξηση ταχύτητας εξυπηρέτησης Ανοχή σε αιφνίδια πρόσβαση πλήθους χρηστών Διαμοίραση ενημερωμένων δεδομένων Υψηλό κόστος Μη ανοχή σε αιφνίδια πρόσβαση πλήθους χρηστών Κίνδυνος για διαμοίραση παλαιών και μη ανανεωμένων δεδομένων Κίνδυνος ασφάλειας για προσωπικά δεδομένα Υψηλό κόστος Απαιτεί μεγάλη υποδομή Μη ευέλικτη Πίνακας 1.1 : Συγκριτική παρουσίαση των υπάρχουσων πολιτικών διαχείρισης περιεχομένου Π.Ι 1.2 Η συνεισφορά της πτυχιακής εργασίας Η εν λόγω πτυχιακή εργασία πραγματεύεται μια νέα προσέγγιση για την καλύτερη διαχείριση του περιεχομένου του Π.Ι. με βασικό σκοπό την ταχύτερη πλοήγηση των χρηστών στον Π.Ι., την αποδοτικότερη χρήση των υποδομών που χρησιμοποιούνται και την διατήρηση της πρόσβασης σε κρίσιμα δεδομένα ακόμα και σε περιπτώσεις αιφνίδιας πρόσβασης πλήθους χρηστών. Πιο συγκεκριμένα, η πτυχιακή αυτή εργασία εστιάζεται σε μια νέα προσέγγιση σχετική με τα CDN, στην οποία οι εξυπηρετητές CDN συνδυάζουν ταυτόχρονα δύο ήδη υπάρχουσες πολιτικές για τη διαχείριση του περιεχομένου του Π.Ι.. Τα κυριότερα σημεία στα οποία συνεισφέρει η πτυχιακή αυτή εργασία είναι τα ακόλουθα: Πολιτικές Διαχείρισης Δεδομένων Παγκοσμίου Ιστού σε Δίκτυο Παράδοσης Περιεχομένου

24 Ανάπτυξη μιας νέας προσέγγισης για τη λειτουργία των εξυπηρετητών CDN: Προτείνεται ένας νέος τρόπος για τη διαχείριση του αποθηκευτικού χώρου των εξυπηρετητών CDN. Ο τρόπος αυτός εμπεριέχει την ταυτόχρονη χρήση του και ως Ενδιάμεση Μνήμη αλλά και ως χώρος όπου διατηρούνται αντίγραφα των δημοφιλών αντικειμένων Π.Ι. στο CDN. Ανάπτυξη και παρουσίαση δύο αλγορίθμων που υλοποιούν την προσέγγιση αυτή. Οι αλγόριθμοι που αναπτύσσονται είναι οι SRC [5] και Quality Rating Πιο συγκεκριμένα: o Αλγόριθμος SRC: Ο αλγόριθμος SRC είναι μια γενική μέθοδος που δεν δίνει έμφαση σε κάποιον συγκεκριμένο αλγόριθμο Αντιγραφής ή Ενδιάμεσης Μνήμης, γι αυτό και μπορεί να χρησιμοποιηθεί με οποιονδήποτε συνδυασμό τους. Ο αλγόριθμος SRC χρησιμοποιεί μια αρχική τοποθέτηση αντιγράφων στους εξυπηρετητές CDN και ένα αρχείο καταγραφής αιτήσεων. Αναλύοντας το αρχείο καταγραφής προκύπτει η σημασία, όπως ορίζεται από τον ίδιο τον αλγόριθμο, των αντικειμένων Π.Ι. της αρχικής τοποθέτησης στη διάρκεια του χρόνου. Όταν η ανάλυση ολοκληρωθεί επιλέγονται αυτά με τη μεγαλύτερη σημασία για κάθε εξυπηρετητή CDN όπου και τοποθετούνται. Ο αποθηκευτικός χώρος που μένει ελεύθερος, χρησιμοποιείται σαν Ενδιάμεση Μνήμη. o Αλγόριθμος Quality Rating: Ο αλγόριθμος Quality Rating είναι ένας δυναμικός αλγόριθμος που, σε αντίθεση με τον αλγόριθμο SRC δεν προϋπολογίζει αλλά, αναπροσαρμόζει συνεχώς τα αντικείμενα προς αντιγραφή και την αναλογία χώρου για Ενδιάμεση Μνήμη και Αντιγραφή σε κάθε εξυπηρετητή CDN. Η διαδικασία αυτή γίνεται ως εξής: Κάθε αντικείμενο στο CDN αποκτά μια τιμή ποιότητας (quality) η οποία αναπροσαρμόζεται ανάλογα με τη ζήτησή και τη δημοτικότητά του. Σε τακτά χρονικά διαστήματα, γίνεται επιλογή των αντικειμένων που θα χρησιμοποιηθούν σαν αντίγραφα, αφού ταξινομηθούν σε σιγμοειδή κατανομή βάσει της τιμής της ποιότητάς τους. Ο χώρος που απομένει σε κάθε εξυπηρετητή CDN χρησιμοποιείται σαν Ενδιάμεση Μνήμη. Πειραματική αξιολόγηση των προτεινόμενων αλγορίθμων και σύγκρισή τους με τον αλγόριθμο Hybrid [4], που υλοποιεί επίσης την προσέγγιση για ταυτόχρονη χρήση των εξυπηρετητών CDN για Αντιγραφή και Ενδιάμεση Μνήμη, αλλά και με τις πολιτικές της Πλήρους Αντιγραφής και της Εναποθήκευσης στον Π.Ι-LRU Ενδιάμεσης Μνήμης, όπως αυτές θα εφαρμοζόντουσαν μεμονωμένα σε CDN. H αξιολόγηση γίνεται βάσει των στατιστικών του εργαλείου CDNSim το οποίο

25 παρέχει μια ρεαλιστική προσομοίωση, προσομοιώνοντας το επίπεδο TCP/IP αλλά και τη λειτουργία των αποθηκευτικών δίσκων των εξυπηρετητών CDN. Ανάπτυξη δύο αυτόνομων περιβαλλόντων προσομοίωσης σε κώδικα C++ για την προσομοίωση της λειτουργίας των αλγορίθμων Hybrid και Quality Rating. Το πρώτο περιβάλλον προσομοιώνει τη λειτουργία του αλγόριθμου Hybrid σε CDN, όπου η χρησιμοποιούμενη πολιτική της ενδιάμεσης μνήμης είναι η LRU. Το δεύτερο περιβάλλον προσομοιώνει τη λειτουργία του αλγόριθμου Quality Rating σε έναν μεμονωμένο εξυπηρετητή CDN, λειτουργικότητα η οποία μπορεί να διευρυνθεί για όλους τους εξυπηρετητές CDN μέσω του προγράμματος CDNSim. 1.3 Η δομή της πτυχιακής εργασίας Στο κεφάλαιο αυτό έγινε μια σύντομη παρουσίαση του θέματος που πραγματεύεται η πτυχιακή εργασία. Παρουσιάστηκε η κατάσταση που επικρατεί σήμερα σχετικά με τη διαχείριση του περιεχομένου του Π.Ι. Αυτό έγινε αφού παρουσιάστηκαν τα είδη περιεχομένου που υπάρχουν στον Π.Ι., αναλύθηκαν τα αίτια που ορίζουν την ανάγκη της αποτελεσματικής διαχείρισης του περιεχομένου του και παρουσιάστηκαν επιγραμματικά οι λύσεις της Ενδιάμεσης Μνήμης και της Αντιγραφής που έχουν ήδη προταθεί. Το κεφάλαιο αυτό κλείνει με μια αναφορά στη συνεισφορά της πτυχιακής εργασίας. Στο δεύτερο κεφάλαιο γίνεται αναλυτική παρουσίαση των πολιτικών Ενδιάμεσης Μνήμης και Αντιγραφής. Αρχικά παρουσιάζονται οι φορείς υλοποίησης της πολιτικής Ενδιάμεσης Μνήμης, που αφορούν κυρίως τους πληρεξούσιους εξυπηρετητές και έπειτα περιγράφονται οι διαφοροποιήσεις και η λειτουργία της. Έπειτα, αναλύεται η πολιτική της Αντιγραφής. Αναλύεται η λειτουργία των CDN και παρουσιάζονται τα ζητήματα που προκύπτουν από τη δημιουργία, τη λειτουργία και τη χρήση του. Στο τέλος του κεφαλαίου παρουσιάζονται συγκεντρωτικά τα θετικά και τα αρνητικά της κάθε πολιτικής και γίνεται μια σύντομη παρουσίαση της νέας προτεινόμενης πολιτικής διαχείρισης περιεχομένου που συμπεριλαμβάνει την ταυτόχρονη χρήση Ενδιάμεσης Μνήμης και Αντιγραφής σε CDN. Επιπλέον, στο κεφάλαιο αυτό ορίζονται οι μετρικές που βοηθούν στην αξιολόγηση της αποδοτικότητας όλων των πολιτικών διαχείρισης περιεχομένου. Στο τρίτο κεφάλαιο γίνεται μια αναλυτική παρουσίαση της πολιτικής ταυτόχρονης χρήσης Ενδιάμεσης Μνήμης και Αντιγραφής σε εξυπηρετητές CDN. Επιπλέον, στο κεφάλαιο αυτό γίνεται μια αναφορά σε σχετικές προσεγγίσεις και παρουσιάζεται επιγραμματικά ο αλγόριθμος Hybrid που υλοποίηση σχετικής προσέγγισης. Την Πολιτικές Διαχείρισης Δεδομένων Παγκοσμίου Ιστού σε Δίκτυο Παράδοσης Περιεχομένου

26 παρουσίαση αυτή ακολουθεί η αναλυτική περιγραφή των δύο αλγορίθμων που υλοποιούν την συνδυαστική πολιτική για τη χρήση του αποθηκευτικού χώρου των εξυπηρετητών CDN, δηλαδή, των αλγορίθμων SRC και Quality Rating. Η περιγραφή περιέχει παρουσίαση της κεντρικής ιδέας κάθε αλγόριθμου και του τρόπου λειτουργίας του τόσο με τη χρήση κειμένου όσο και με τη χρήση ψευδοκώδικα. Στο τέταρτο κεφάλαιο ορίζεται το πειραματικό πλαίσιο που θα χρησιμοποιηθεί για την αξιολόγηση των πολιτικών διαχείρισης περιεχομένου. Έπειτα παρουσιάζονται οι μετρικές που χρησιμοποιούνται για την αξιολόγηση και τελικά αναφέρονται τα αποτελέσματα των πειραμάτων και τα πορίσματα της συγκριτικής πειραματικής διαδικασίας για τις πολιτικές και τους αλγόριθμους Εναποθήκευσης στον Π.Ι.-LRU Ενδιάμεση Μνήμη, Πλήρους Αντιγραφής, SRC και Hybrid. Ακόμα, αναφέρονται τα αποτελέσματα της πειραματικής διαδικασίας που αφορά στην αξιολόγηση του αλγορίθμου Quality Rating για διάφορες παραμέτρους λειτουργίας του. Κλείνοντας, στο πέμπτο κεφάλαιο, γίνεται μια σύνοψη του περιεχομένου της πτυχιακής εργασίας καθώς και μια συνολική εκτίμηση των πορισμάτων που προέκυψαν από την πειραματική διαδικασία, ενώ γίνονται προτάσεις για μελλοντική έρευνα πάνω στα θέματα που πραγματεύεται η πτυχιακή εργασία

27 Κεφάλαιο 2ο: Βασικές έννοιες - Συνδυασμός Ενδιάμεσης Μνήμης κ Αντιγραφής Περιεχόμενα Κεφαλαίου 2.1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η ΠΟΛΙΤΙΚΗ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΟΥ ΜΕ ΤΗ ΧΡΗΣΗ ΕΝΔΙΑΜΕΣΗΣ ΜΝΗΜΗΣ Βασική αρχή λειτουργίας: Πολιτικές Αντικατάστασης Μετρικές Απόδοσης Απόδοση και προβλήματα Ενδιάμεσης Μνήμης Η ΠΟΛΙΤΙΚΗ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΟΥ ΜΕ ΤΗ ΧΡΗΣΗ ΤΗΣ ΑΝΤΙΓΡΑΦΗΣ Δίκτυα Παράδοσης Περιεχομένου Ζητήματα λειτουργίας Δικτύων CDN Αποτίμηση CDN ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΕΝΔΙΑΜΕΣΗΣ ΜΝΗΜΗΣ ΚΑΙ ΑΝΤΙΓΡΑΦΗΣ ΣΥΝΔΥΑΣΜΟΣ ΕΝΔΙΑΜΕΣΗΣ ΜΝΗΜΗΣ ΚΑΙ ΑΝΤΙΓΡΑΦΗΣ ΣΥΝΟΨΗ Εισαγωγή Στο κεφάλαιο αυτό θα γίνει παρουσίαση των πολιτικών χρήσης που ήδη χρησιμοποιούνται για τη διαχείριση του περιεχομένου του Παγκόσμιου Ιστού (Π.Ι.). Αρχικά θα παρουσιαστεί η πολιτική Χρήσης Ενδιάμεσης Μνήμης. Αφού αναλυθεί ο τρόπος με τον οποίο λειτουργεί, θα παρουσιαστούν επιγραμματικά: η λειτουργία των πολιτικών αντικατάστασης και το πώς καθορίζουν τη λειτουργία της Ενδιάμεσης Μνήμης, μια σύντομη αποτίμησή της απόδοσης που μπορεί να προσφέρει και μια συγκεντρωτική αναφορά στα θετικά και αρνητικά στοιχεία που προκύπτουν από τη χρήση της Ενδιάμεσης Μνήμης. Η αποτίμηση της απόδοσης της Ενδιάμεσης Μνήμης θα πραγματοποιηθεί βάσει μετρικών που παρουσιάζονται και αναλύονται στο κεφάλαιο αυτό. Έπειτα, θα γίνει παρουσίαση της πολιτικής της Αντιγραφής και της πρακτικής εφαρμογής της στα Δίκτυα Παράδοσης Περιεχομένου. Ομοίως και εδώ θα εκτιμηθεί η απόδοση της πολιτικής της Αντιγραφής και θα γίνει συγκεντρωτική αναφορά στα θετικά και αρνητικά στοιχεία που προκύπτουν από τη χρήση της. Πολιτικές Διαχείρισης Δεδομένων Παγκοσμίου Ιστού σε Δίκτυο Παράδοσης Περιεχομένου

28 Τέλος, το κεφάλαιο αυτό θα κλείσει με μια σύντομη παρουσίαση της προτεινόμενης, από την πτυχιακή, προσέγγισης για συνδυασμό της χρήσης των πολιτικών Ενδιάμεσης Μνήμης και Αντιγραφής σε CDN. Μεταβλητή Περιγραφή HR Λόγος επιτυχίας BHR Λόγος επιτυχίας σε bytes H Ο αριθμός των αιτημάτων χρηστών που καλύφθηκαν από την ενδιάμεση μνήμη R Ο συνολικός αριθμός των αιτημάτων χρηστών που τέθηκαν στην άμεση μνήμη Sh Το μέγεθος των αντικειμένων που ανακτήθηκαν με επιτυχία από την ενδιάμεση μνήμη S all BW Το μέγεθος όλων των αντικειμένων που ζητήθηκαν από την ενδιάμεση μνήμη Εύρος ζώνης Πίνακας 2.1: Μεταβλητές που χρησιμοποιούνται στο κεφάλαιο Η πολιτική διαχείρισης περιεχομένου με τη χρήση Ενδιάμεσης Μνήμης Το μοντέλο Ενδιάμεσης Μνήμης ήταν από τις πρώτες πολιτικές που είχαν προταθεί για τη διαχείριση του περιεχομένου του Π.Ι. και την πιο αποδοτική αξιοποίηση του εύρους ζώνης. Πριν χρησιμοποιηθεί στον τομέα αυτό, η τεχνική χρήσης Ενδιάμεσης Μνήμης, είχε προταθεί, δοκιμαστεί και χρησιμοποιηθεί και σε άλλους τομείς της επιστήμης υπολογιστών, όπως στις βάσεις δεδομένων, στην τεχνολογία λειτουργικών συστημάτων αλλά και στην μικροηλεκτρονική (ιδιαίτερα στον τομέα επεξεργασίας δεδομένων). Ουσιαστικά, όλοι οι τομείς της πληροφορικής που έχουν να κάνουν με τη μεταφορά και επεξεργασία δεδομένων έχουν χρησιμοποιήσει, και έχουν επωφεληθεί της χρήσης της πολιτικής της Ενδιάμεσης Μνήμης. Η πρώτη προσέγγιση στη χρήση της πολιτικής Ενδιάμεσης Μνήμης για διαχείριση περιεχομένου του Π.Ι. επιτεύχθηκε με τη χρήση των πληρεξούσιων εξυπηρετητών. Πρόκειται ουσιαστικά για εξυπηρετητές που τοποθετούνται στην έξοδο δικτύων προς τον Π.Ι. και αναλαμβάνουν να προωθήσουν τις αιτήσεις των χρηστών προς το διαδίκτυο (Εμπρόσθιοι Πληρεξούσιοι Εξυπηρετητές). Αργότερα, οι πληρεξούσιοι εξυπηρετητές τοποθετήθηκαν μπροστά από ομάδες και φάρμες εξυπηρετητών με σκοπό την καλύτερη διαχείριση του φόρτου των αιτήσεων που

29 προερχόντουσαν από τους χρήστες (Ανάστροφοι Πληρεξούσιοι Εξυπηρετητές). Η τοπολογία των πληρεξούσιων εξυπηρετητών παρουσιάζεται στο σχήμα 2.1. Τέλος, η πολιτική της Ενδιάμεσης Μνήμης χρησιμοποιήθηκε και σε τοπικό επίπεδο για τους χρήστες που πλοηγούνται στον Π.Ι., αφού ενσωματώθηκε σε όλα σχεδόν τα προγράμματα πλοήγησης στον Π.Ι. με σκοπό την ταχύτερη πλοήγηση στον Π.Ι. Ομάδα Χρηστών Εμπρόσθιος Πληρεξούσιος Εξυπηρετητής Χρήστης Ομάδα Εξυπηρετητών Χρήστης Παγκόσμιος Ιστός Εξυπηρετητής Π.Ι. Χρήστης Εξυπηρετητής Π.Ι. Ανάστροφος Πληρεξούσιος Εξυπηρετητής Εξυπηρετητής Π.Ι. Σχήμα 2.1. Τοπολογία Πληρεξούσιων Εξυπηρετητών Βασική αρχή λειτουργίας: Η βασική αρχή λειτουργίας του μοντέλου Ενδιάμεσης Μνήμης είναι η αποθήκευση των αντικειμένων διαδικτύου που έχουν ληφθεί σε ένα εύκολα προσβάσιμο μέσο [11,12] (πχ. κύρια μνήμη ή σκληρός δίσκος) ώστε όταν αυτά ξαναζητηθούν από το χρήστη που εξυπηρετείται να μη χρειαστεί να ληφθούν πάλι από τον Π.Ι. αλλά να του παραδοθούν άμεσα. Είναι προφανές ότι το μέγεθος της δυνατής αποθηκευμένης πληροφορίας, και συνεπώς των αντικειμένων Π.Ι που μπορούν να αποθηκευτούν στην Ενδιάμεση Μνήμη, είναι πεπερασμένο και καθορίζεται από το μέγεθος του χώρου του μέσου που χρησιμοποιείται για την προσωρινή αποθήκευση. Έτσι, στην περίπτωση που ο ελεύθερος χώρος στο αποθηκευτικό μέσο δεν είναι αρκετός για την αποθήκευση ενός νέου αντικειμένου, πρέπει να αποδεσμευτεί ο χώρος που δεσμεύεται από κάποιο άλλο προαποθηκευμένο αντικείμενο. Το προ-αποθηκευμένο αντικείμενο προς διαγραφή Πολιτικές Διαχείρισης Δεδομένων Παγκοσμίου Ιστού σε Δίκτυο Παράδοσης Περιεχομένου

30 υποδεικνύεται από την πολιτική αντικατάστασης που χρησιμοποιείται από την Ενδιάμεση Μνήμη. Πιο αναλυτικά ο τρόπος λειτουργίας πολιτικής Ενδιάμεσης Μνήμης στα πλαίσια του Π.Ι περιγράφεται από το σχήμα 2.2 και είναι ο ακόλουθος: Αρχικά, γίνεται αίτηση από κάποιο χρήστη για την ανάκτηση ενός αντικειμένου παγκοσμίου ιστού. Ο πληρεξούσιος εξυπηρετητής που διατηρεί κατάλογο με τα αντικείμενα που βρίσκονται αποθηκευμένα ελέγχει αν το αντικείμενο αυτό υπάρχει ήδη στο αποθηκευτικό του μέσο. Αν ναι και εφόσον το αντικείμενο είναι ενημερωμένο, κάτι που αποφασίζει ο πληρεξούσιος εξυπηρετητής βάσει της «ηλικίας» του αντικειμένου και του «χρόνου ζωής» του όπως αυτός καθορίζεται από τον πηγαίο εξυπηρετητή, το ανακτά από το τοπικό του μέσο και το επιστρέφει άμεσα στον χρήστη. Σε αντίθετη περίπτωση και αν το αντικείμενο μπορεί να αποθηκευτεί στην Ενδιάμεση Μνήμη, κάτι που καθορίζεται κυρίως από τον πηγαίο εξυπηρετητή, ο πληρεξούσιος εξυπηρετητής προσπαθεί να το ανακτήσει από την πραγματική του τοποθεσία στον Π.Ι., αφού πρώτα βεβαιωθεί ότι υπάρχει αρκετός ελεύθερος χώρος για την αποθήκευσή του. Αν υπάρχει, τότε το ο πληρεξούσιος εξυπηρετητής λαμβάνει το αντικείμενο από το διαδίκτυο, το αποθηκεύει και έπειτα το στέλνει στο χρήστη. Αν δεν υπάρχει ελεύθερος χώρος, κάποιο από τα παλαιότερα αντικείμενα σβήνεται βάσει της πολιτικής αντικατάστασης που χρησιμοποιείται. Το βήμα αυτό της διαγραφής, επαναλαμβάνεται όσες φορές χρειαστεί μέχρις ότου υπάρξει αρκετός ελεύθερος χώρος για την ανάκτηση και αποθήκευση του νέου αντικειμένου. Σε περίπτωση που το αντικείμενο που ζητείται δεν είναι δυνατό να αποθηκευτεί τότε ο ενδιάμεσος εξυπηρετητής είτε το ανακτά και το στέλνει άμεσα στο χρήστη χωρίς να το αποθηκεύσει στο τοπικό αποθηκευτικό μέσο, εφόσον η ανάκτηση αυτή είναι δυνατή, είτε ενημερώνει το χρήστη για την απαίτηση άμεσης πρόσβασής του στο αντικείμενο. Ο παραπάνω τρόπος λειτουργίας χρησιμοποιείται από κάθε εξυπηρετητή που υλοποιεί μηχανισμό Ενδιάμεσης Μνήμης. Λαμβάνοντας τον υπόψη μπορεί να παρουσιασθεί ο τρόπος με τον οποίο γίνεται η διαχείριση των αντικειμένων του Π.Ι. από την πολιτική Ενδιάμεσης Μνήμης, ο οποίος περιγράφεται στο σχήμα 2.3 και είναι ο ακόλουθος: Αρχικά ο χρήστης αιτεί κάποιο αντικείμενο Π.Ι. Αν το αντικείμενο αυτό περιέχεται στην τοπική ενδιάμεση μνήμη που χρησιμοποιεί το πρόγραμμα πλοήγησης και θεωρείται ενημερωμένο, τότε ανακτάται άμεσα από αυτή. Αν δε συμβαίνει αυτό (το αντικείμενο δεν υπάρχει στην τοπική μνήμη ή δεν είναι ενημερωμένο) τότε η αίτηση μεταφέρεται στον πληρεξούσιο εξυπηρετητή(1)

31 Αίτηση λήψης αντικειμένου Ναι Υπάρχει το αντικείμενο στο τοπικό μέσο Όχι Είναι το αντικείμενο ενημερωμένο Ανάκτηση αντικειμένου από τηνπηγή του Όχι Ναι Υπάρχει χώρος για το αντικείμενο στο τοπικό μέσο Ναι Όχι Λήψη του από το τοπικό μέσο Αποθήκευση του αντικειμένου στο τοπικό μέσο Πολιτική Αντικατάστασης Δημιουργία ελεύθερου χώρου στο τοπικό μέσο Αποστολή αντικειμένου, ικανοποίηση αίτησης Σχήμα 2.2 Τρόπος Λειτουργίας Πολιτικής Χρήσης Ενδιάμεσης Μνήμης Αν αντίγραφο το αντικειμένου υπάρχει στην ενδιάμεση μνήμη του πληρεξούσιου εξυπηρετητή και είναι ενημερωμένο, βάσει κριτηρίων που ορίζει ο ενδιάμεσος εξυπηρετητής σύμφωνα με πληροφορίες που δίνονται από τον πηγαίο εξυπηρετητή, τότε αυτό επιστρέφεται στον χρήστη και αποθηκεύεται στην τοπική ενδιάμεση μνήμη του όπου και ανακτάται από εκεί για χρήση ( 2 3 1). Σε περίπτωση που δε συμβαίνει κάτι τέτοιο και εφόσον το αντικείμενο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για αποθήκευση σε ενδιάμεση μνήμη, ιδιότητα που ορίζεται από τον πηγαίο εξυπηρετητή, ο ενδιάμεσος εξυπηρετητής ανακτά το αντικείμενο από τον αντίστοιχο πηγαίο εξυπηρετητή και το αποθηκεύει στη δική του Ενδιάμεση Μνήμη. Έπειτα, το επιστρέφει στο χρήστη, όπου και το αντικείμενο αποθηκεύεται στην τοπική ενδιάμεση μνήμη όπου και ανακτάται από εκεί για χρήση ( ). Σε περίπτωση που το αντικείμενο δεν μπορεί να αποθηκευτεί στην Ενδιάμεση Μνήμη (uncacheable object) ενημερώνεται ο χρήστης για ανάγκη άμεσης αίτησης του από Πολιτικές Διαχείρισης Δεδομένων Παγκοσμίου Ιστού σε Δίκτυο Παράδοσης Περιεχομένου

32 τον αντίστοιχο πηγαίο εξυπηρετητή (στα σύγχρονα προγράμματα πλοήγησης αυτή η λειτουργία γίνεται αυτόματα. 1 6 Χρήστης Πληρεξούσιος Εξυπηρετητής Παγκόσμιος Ιστός Πηγαίος Εξυπηρετητής 3 Σχήμα 2.3. Χρήση Ενδιάμεσης Μνήμης για διαχείριση αντικειμένων Π.Ι. Ο παραπάνω τρόπος λειτουργίας ενέχει δύο στάδια Ενδιάμεσης Μνήμης (σε επίπεδο προγράμματος πλοήγησης και σε επίπεδο πληρεξούσιου εξυπηρετητή). Κατά τον τρόπο αυτό ο χρήστης απαλλάσσεται από μεταφόρτωση αντικειμένων Π.Ι. που έχει μεταφορτώσει ο ίδιος στο παρελθόν, καθώς εξυπηρετείται από την τοπική Ενδιάμεση Μνήμη και αναμένει για μικρό χρόνο απόκρισης για αντικείμενα Π.Ι. που έχουν μεταφορτώσει άλλοι χρήστες που χρησιμοποιούν τον ίδιο πληρεξούσιο εξυπηρετητή. Επιπλέον, οι πηγαίοι εξυπηρετητές απαλλάσσονται από την ανάγκη εξυπηρέτησης αιτήσεων για τα αντικείμενα που βρίσκονται αποθηκευμένα στην Ενδιάμεση Μνήμη (χρήστη ή / και Πληρεξούσιου Εξυπηρετητή). Από τα παραπάνω, γίνεται κατανοητό ότι η χρήση της πολιτικής Ενδιάμεσης Μνήμης πραγματοποιεί μια αρκετά αποδοτική διαχείριση των αντικειμένων του Π.Ι.. Παρ όλα αυτά η λειτουργία της εμπεριέχει κάποια ζητήματα, με σημαντικότερο αυτό της επιλογής του αντικειμένου που πρέπει να διαγραφεί ώστε να αποθηκευτεί κάποιο άλλο νεότερο σε περίπτωση που ο ελεύθερος χώρος του αποθηκευτικού μέσου που χρησιμοποιείται από την Ενδιάμεση Μνήμη δεν είναι επαρκής. Το ζήτημα αυτό διευθετούν οι πολιτικές αντικατάστασης. Πολιτικές Αντικατάστασης Δεδομένου ότι το αποθηκευτικό μέσο που χρησιμοποιείται από την ενδιάμεση μνήμη είναι πεπερασμένου χώρου, κάποια στιγμή θα γεμίσει και δεν είναι δυνατό να αποθηκευτούν νέα αντικείμενα διαδικτύου σε αυτό. Όταν συμβεί κάτι τέτοιο, όταν δηλαδή δεν υπάρχει αρκετός χώρος για την αποθήκευση ενός νέου αντικειμένου Π.Ι. στην ενδιάμεση μνήμη, πρέπει να ελευθερωθεί χώρος ώστε να μπορέσει να αποθηκευτεί το νέο αντικείμενο. Η απελευθέρωση χώρου πραγματοποιείται με την διαγραφή ενός, ή και περισσότερων, προαποθηκευμένου αντικειμένου Π.Ι. Η επιλογή του, ή των, αντικειμένου που θα διαγραφεί υποδεικνύεται από την εκάστοτε πολιτική αντικατάστασης που χρησιμοποιείται στην Ενδιάμεση Μνήμη. Οι πιο διαδεδομένες πολιτικές αντικατάστασης είναι οι παρακάτω:

33 Όνομα Πολιτικής Αντικατάστασης Χρήση Λιγότερο Πρόσφατα Χρησιμοποιημένο (Least Recently Used LRU Αντικατάσταση του αντικειμένου που έχει διατηρηθεί για την περισσότερη ώρα χωρίς να έχει ζητηθεί. Το Πρώτο που Μπαίνει είναι και το Αντικατάσταση του παλαιότερου Πρώτο που Βγαίνει (First In First Out FIFO): αντικειμένου που έχει αποθηκευτεί στο τοπικό μέσο. Λιγότερο Συχνά Χρησιμοποιούμενο Αντικατάσταση του αντικειμένου που έχει (Least Frequently Uses LFU): ζητηθεί τις λιγότερες φορές από όλα τα άλλα. Το Μεγαλύτερο Αρχείο Πρώτα (Largest File First LFF) Αντικατάσταση του αντικειμένου με το μεγαλύτερο μέγεθος από όλα τα άλλα. Τροποποιούμενη Βάσει Μεγέθους LRU (Size-Adjusted LRU SLRU) Λειτουργία όπως η LRU τροποποιούμενη κατά το μέγεθος κάθε αντικειμένου (τα μεγαλύτερα αντικείμενα αντικαθίστανται πιο εύκολα). Η μικρότερη Καθυστέρηση Λήψης Πρώτα (Lowest Latency First LLF) Αντικατάσταση του αντικειμένου το οποίο λαμβάνεται πιο γρήγορα από τον πηγαίο εξυπηρετητή σε σχέση με όλα τα άλλα. Λιγότερο Πρόσφατα Χρησιμοποιημένο βάσει Τιμής Κατωφλίου (Least Recently Used Treshold LRU-Threshold Αντικατάσταση των αντικειμένων που έχει διατηρηθεί για περισσότερο από μια τιμή κατωφλίου χωρίς να έχουν ζητηθεί. Χαμηλότερη Σχετική Τιμή (Lowest Ορισμός μιας σχετικής τιμής (βάση Relative Value - LRV) ζήτησης, μεγέθους, ηλικίας κλπ.) που αντικατοπτρίζει την «αξία» ενός αντικειμένου και αντικατάσταση των αντικειμένων βάσει με τη χαμηλότερη αξία. Πίνακας 2.2 : Διαδεδομένες πολιτικές αντικατάστασης ενδιάμεσης μνήμης Μετρικές Απόδοσης Η μέτρηση της απόδοσης μιας πολιτικής διαχείρισης περιεχομένων Π.Ι. είναι απαραίτητη για τον έλεγχο της αποτελεσματικότητάς της και για τη σύγκριση με άλλες πολιτικές. Πριν, παρουσιαστεί η απόδοση της πολιτικής χρήσης Ενδιάμεσης Μνήμης, θα γίνει μια σύντομη αναφορά σε μετρικές που χρησιμοποιούνται κυρίως για τον προσδιορισμό της. Πολιτικές Διαχείρισης Δεδομένων Παγκοσμίου Ιστού σε Δίκτυο Παράδοσης Περιεχομένου

34 Μια από τις βασικές μετρικές απόδοσης είναι αυτή του χρόνου απόκρισης (response time). Ουσιαστικά πρόκειται για το χρονικό διάστημα που μεσολαβεί από τη στιγμή που ο πελάτης θέσει μια αίτηση στον Πληρεξούσιο Εξυπηρετητή μέχρι να λάβει το αντικείμενο παγκοσμίου ιστού που καλύπτει την αίτηση αυτή. Αν το αντικείμενο βρίσκεται ήδη στο αποθηκευτικό μέσο του Πληρεξούσιου Εξυπηρετητή και κρίνεται ενημερωμένο, υπάρχει δηλαδή επιτυχία ενδιάμεσης μνήμης (Cache Hit) τότε ο χρόνος απόκρισης αντιπροσωπεύει την ταχύτητα του Πληρεξούσιου Εξυπηρετητή στο να ανακτήσει το αντικείμενο από το αποθηκευτικό μέσο και να το αποστείλει στον πελάτη. Αν το αντικείμενο δε βρίσκεται στο αποθηκευτικό μέσο, έχουμε δηλαδή αποτυχία ενδιάμεσης μνήμης (Cache Miss) τότε ο χρόνος απόκρισης ισούται με το χρόνο που χρειάζεται ο πληρεξούσιος εξυπηρετητής να ανακτήσει το αντικείμενο Π.Ι. από τον πηγαίο εξυπηρετητή στον οποίο βρίσκεται αποθηκευμένο, να το αποθηκεύσει στο τοπικό αποθηκευτικό μέσο και να το αποστείλει ξανά στον χρήστη που έκανε την αίτηση, φυσικά σε περίπτωση που το αντικείμενο μπορεί να αποθηκευτεί σε Ενδιάμεση Μνήμη. Ο χρόνος απόκρισης για την πολιτική της Ενδιάμεσης Μνήμης ποικίλει, επομένως, αναλόγως με το αν υπάρχει επιτυχία ή αποτυχία Ενδιάμεσης Μνήμης. Για το λόγο αυτό, για να περιοριστεί, δηλαδή, η διασπορά των τιμών, η μετρική του χρόνου απόκρισης δε χρησιμοποιείται συχνά. Συνήθως, καταγράφονται οι χρόνοι απόκρισης για μια σειρά αιτήσεων προς τον πληρεξούσιο εξυπηρετητή και χρησιμοποιείται ο μέσος όρος τους, ή μέσος χρόνος απόκρισης (mean response time) Όπως είναι προφανές, είναι σημαντικό οι χρόνοι απόκρισης και ο μέσος χρόνος απόκρισης να διατηρούνται μικροί μιας και σε αντίθετη περίπτωση οι μεγάλοι (μέσοι) χρόνοι απόκρισης σημαίνουν και μεγάλη καθυστέρηση μέχρι την εξυπηρέτηση των αιτήσεων του χρήστη. Η δεύτερη μετρική που χρησιμοποιείται για τον έλεγχο της απόδοσης μιας πολιτικής διαχείρισης περιεχομένων Π.Ι. είναι αυτή του λόγου επιτυχίας (hit ratio). Ο λόγος επιτυχίας ισούται με το κλάσμα του αριθμού των αιτήσεων που εξυπηρετήθηκαν από την ενδιάμεση μνήμη, προς τον ολικό αριθμό των αιτήσεων που τέθηκαν στον πληρεξούσιο εξυπηρετητή. h HR r Τύπος 2.1: Λόγος επιτυχίας Ο λόγος επιτυχίας δίνει μια άμεση εικόνα της αποδοτικότητας της πολιτικής διαχείρισης μιας και δείχνει το πόσο επιτυχημένη είναι αυτή στο να καλύπτει τις

35 ανάγκες των χρηστών και να διαχειρίζεται αποδοτικά το περιεχόμενο του Π.Ι. Μια παραλλαγή είναι του λόγου επιτυχίας είναι ο λόγος επιτυχίας σε bytes (byte hit ratio) που όπως δηλώνει το όνομά του πρόκειται για το κλάσμα του αριθμού των bytes που εξυπηρετήθηκαν από την ενδιάμεση μνήμη προς τον ολικό αριθμό των bytes που θα έπρεπε να είχαν εξυπηρετηθεί από τον πληρεξούσιο εξυπηρετητή. Sh BHR S all Τύπος 2.2 : Λόγος επιτυχίας σε bytes Είναι προφανές ότι είναι θεμιτό να διατηρείται υψηλός ο λόγος επιτυχίας (ή ο λόγος επιτυχίας σε bytes). Ένα υψηλό τέτοιο ποσοστό δείχνει ουσιαστικά, ότι η πολιτική διαχείρισης εξυπηρετεί μεγάλο αριθμό αιτήσεων και επομένως είναι αποδοτική. Τέλος, μια άλλη μετρική για τις πολιτικές διαχείρισης περιεχομένου Π.Ι. είναι αυτή του χρησιμοποιούμενου εύρους ζώνης. Ουσιαστικά, όλες οι πολιτικές διαχείρισης προσπαθούν είτε να διαχειριστούν καλύτερα το εύρος ζώνης ενός δικτυακού συνδέσμου είτε να το μειώσουν συνολικά, στο πλαίσιο πολλών εξυπηρετητών Π.Ι. Σαν εύρος ζώνης (bandwidth) ενός δικτύου ορίζεται ο αριθμός των bytes που μεταφέρονται σε ένα κανάλι επικοινωνίας του δικτύου ανά μονάδα χρόνου: transferred _ bytes BW t Τύπος 2.3 : Εύρος ζώνης Απόδοση και προβλήματα Ενδιάμεσης Μνήμης Με την παρουσίαση και την ανάλυση, των μετρικών που μπορούν να ορίσουν την απόδοση μιας πολιτικής διαχείρισης δεδομένων Π.Ι. είναι δυνατός ο προσδιορισμός της απόδοσης της πολιτικής χρήσης Ενδιάμεσης Μνήμης καθώς και της παρουσίασης των θετικών και αρνητικών σημείων της. Η χρήση της Ενδιάμεση Μνήμης ήταν η πρώτη πολιτική που εφαρμόστηκε για τη διαχείριση του περιεχομένου του Π.Ι. Κατάφερε να φέρει κάποια βελτίωση στους χρόνους αναμονής των χρηστών και να αξιοποιήσει πιο αποδοτικά το εύρος ζώνης. Ουσιαστικά, με τη χρήση των πληρεξούσιων εξυπηρετητών ολόκληρες ομάδες χρηστών είχαν τη δυνατότητα για αυξημένη ταχύτητα πλοηγήσεως στον Π.Ι., χωρίς να επιβαρύνουν ταυτόχρονα πολύ του εξυπηρετητές [6,13]. Οι βελτιώσεις, όμως, που κατάφερε να φέρει δεν είναι παρά περιορισμένες. Δυστυχώς, ο λόγος επιτυχίας της πολιτικής χρήσης Ενδιάμεσης Μνήμης κυμαίνεται Πολιτικές Διαχείρισης Δεδομένων Παγκοσμίου Ιστού σε Δίκτυο Παράδοσης Περιεχομένου

36 συνήθως σε επίπεδα λιγότερο του 50% [2]. Αυτό, όχι μόνο δείχνει την μειωμένη απόδοσή της αλλά συνεπάγεται και μεγάλων χρόνων αναμονής για τους χρήστες. Πιο συγκεκριμένα, ο χρόνος απόκρισης σε μια επιτυχία Ενδιάμεσης Μνήμης, είναι προφανώς πιο μικρός από το χρόνο που χρειάζεται για να ικανοποιηθεί η αίτηση ενός χρήστη από τον αντίστοιχο πηγαίο εξυπηρετητή. Εκεί, ουσιαστικά, έγκειται και η προσφορά της χρήσης Ενδιάμεσης Μνήμης. Σε αντίθετη περίπτωση, όμως, δηλαδή σε αποτυχία Ενδιάμεσης Μνήμης ο χρόνος απόκρισης του Πληρεξούσιου εξυπηρετητή είναι μεγαλύτερος από το χρόνο που θα χρειαζόταν για την άμεση εξυπηρέτηση της αίτησης από τον πηγαίο εξυπηρετητή. Αυτό συμβαίνει, γιατί, σε περίπτωση αποτυχίας Ενδιάμεσης Μνήμης, ο πληρεξούσιος εξυπηρετητής όχι μόνο πρέπει να λάβει το αντικείμενο Π.Ι. από τον αντίστοιχο πηγαίο εξυπηρετητή, αλλά πρέπει να το αποθηκεύσει τοπικά και έπειτα να το αποστείλει στον πελάτη. Σε περίπτωση, μάλιστα, που δεν υπάρχει αρκετός ελεύθερος χώρος στη μνήμη αποθήκευσης πρέπει να εφαρμοστεί μια ή ακόμα και περισσότερες φορές η πολιτική αντικατάστασης ώστε να χωρέσει το νέο αντικείμενο στον αποθηκευτικό χώρο. Το γεγονός ότι μεσολαβούν όλα τα παραπάνω επιπλέον βήματα από τη στιγμή που θα γίνει η αίτηση από το χρήστη μέχρι να του επιστραφεί το αντικείμενο Π.Ι. από τον πληρεξούσιο εξυπηρετητή σε συνδυασμό με το ότι πολλά από τα αντικείμενα Π.Ι. δεν μπορούν να αποθηκευτούν στην Ενδιάμεση Μνήμη και απαιτούν άμεση λήψη, οδηγεί σε αύξηση του χρόνου απόκρισης, συνήθως σε τάξη αρκετά μεγαλύτερη από το χρόνο απόκρισης μιας άμεσης αίτησης του χρήστη προς τον εξυπηρετητή διαδικτύου. Συνδυάζοντας το παραπάνω με το γεγονός ότι ο λόγος επιτυχίας της πολιτικής ενδιάμεσης μνήμης κυμαίνεται συνήθως σε ποσοστά κάτω από 50%, γίνεται προφανές ότι τουλάχιστον οι μισές αιτήσεις που δρομολογούνται σε έναν πληρεξούσιο εξυπηρετητή οδηγούν σε αύξηση παρά σε μείωση του χρόνου αναμονής των χρηστών. Το παραπάνω ποσοστό μπορεί φυσικά να μειωθεί και να επιτευχθεί αύξηση της ταχύτητας πλοήγησης αυξάνοντας απλά το χώρο που χρησιμοποιούν οι πληρεξούσιοι εξυπηρετητές για αποθήκευση. Μια τέτοια λύση, όμως, συνεπάγεται αύξησης του κόστους. Επιπλέον, ένα άλλο πρόβλημα που έχουν να αντιμετωπίσουν οι χρήστες των πληρεξούσιων εξυπηρετητών είναι ο κίνδυνος να λάβουν παλαιά και μη επίκαιρα αντικείμενα παγκοσμίου ιστού. Αν κάποιο αντικείμενο έχει αποθηκευτεί στο τοπικό μέσο ενός πληρεξούσιου εξυπηρετητή τότε αυτό εξυπηρετεί τις αιτήσεις των χρηστών και προσφέρεται σε αυτούς ακόμα και αν το αντικείμενο στον πηγαίο εξυπηρετητή στο οποίο αναφέρεται έχει αλλάξει. Για να περιοριστεί το φαινόμενο αυτό οι εξυπηρετητές παγκοσμίου ιστού συμπεριλαμβάνουν πληροφορίες για την ανανέωση

37 των αντικειμένων τους στα μηνύματα HTTP που ανταλλάσσουν με τους πληρεξούσιους εξυπηρετητές, στα οποία υποδηλώνουν την συχνότητα ανανέωσης των περιεχομένων ενός αντικειμένου Π.Ι.. Έτσι, οι πληρεξούσιοι εξυπηρετητές γνωρίζουν μέχρι πότε είναι έγκυρο ένα αντικείμενο Π.Ι.. Παρ όλα αυτά, οι αλλαγές στα αντικείμενα δεν είναι πάντα προγραμματισμένες και δεν αντικατοπτρίζονται έτσι πάντα από την ημερομηνία λήξης που έχουν ορίσει οι πηγαίοι εξυπηρετητές. Επιπλέον, υπάρχει ακόμα και ένας μεγάλος αριθμός πηγαίων εξυπηρετητών που παραλείπει να στείλει τα μηνύματα αυτά, κυρίως από αμέλεια των διαχειριστών του, και δε δίνει καμία πληροφορία σχετικά με την ανανέωση των αντικειμένων Π.Ι. που προσφέρει. Έτσι, οι πληρεξούσιοι εξυπηρετητές καταλήγουν αρκετές φορές να μην έχουν κανένα έλεγχο απέναντι στην εγκυρότητα των αντικειμένων διαδικτύου που αποστέλλουν και οι χρήστες που τους χρησιμοποιούν να λαμβάνουν πεπαλαιωμένα και μη έγκυρα δεδομένα. Τέλος, τα χαμηλά ποσοστά επιτυχίας της πολιτικής Ενδιάμεσης Μνήμης και η περιορισμένες επιδόσεις που παρουσιάζουν στην αποδοτικότερη διαχείριση του εύρους ζώνης του Π.Ι. την καθιστούν, επιπλέον, μη αποδοτική όσον αφορά στην ανακούφιση των εξυπηρετητών Π.Ι. σε περιπτώσεις αιφνίδιας πρόσβασης του πλήθους των χρηστών. Έτσι, δεν επιλύουν την απαίτηση για τη συνεχή διαθεσιμότητα του Π.Ι. Κλείνοντας, η πολιτική της χρήσης Ενδιάμεσης Μνήμης είναι η πρώτη πολιτική διαχείρισης περιεχομένου που προτάθηκε και προσφέρει μια πιο έξυπνη και συνήθως πιο αποδοτική διαχείριση του εύρους ζώνης από τις άμεσες κλήσεις στους εξυπηρετητές παγκοσμίου ιστού. Παρ όλα αυτά, τα ποσοστά επιτυχίας της είναι αρκετά μικρά και έτσι η προσφορά της στην αύξηση της ταχύτητας πλοήγησης των χρηστών στον Π.Ι. είναι μικρή. Επιπλέον, μικρή είναι και η μείωση που προσφέρει στο φόρτο εργασίας των εξυπηρετητών Π.Ι., ακριβώς για το λόγο αυτό. Τέλος, η πολιτική της χρήσης Ενδιάμεσης Μνήμης εμπεριέχει τον κίνδυνο οι χρήστες να λάβουν μη έγκυρα ή πεπαλαιωμένα αντικείμενα κάτι που μειώνει την προσφορά της στη διαχείριση του περιεχομένου του Π.Ι. Είναι προφανές, λοιπόν, ότι αν και παρουσιάζει αρκετά θετικά στοιχεία και συνάμα μεγάλη δυνατότητα για βελτίωση της ποιότητας των υπηρεσιών του Π.Ι., η πολιτική της χρήσης Ενδιάμεσης Μνήμης δεν μπορεί από μόνη της να διαχειριστεί επαρκώς τα αντικείμενα και το περιεχόμενο του Π.Ι. Για το λόγο αυτό, αναπτύχθηκαν και άλλες πολιτικές και τεχνικές διαχείρισης που είναι, συνήθως, αρκετά πιο αποδοτικές, όπως αυτή των Αντιγραφής που υλοποιείται μέσα από τα Δίκτυα Παράδοσης Περιεχομένου και αναλύεται παρακάτω. Πολιτικές Διαχείρισης Δεδομένων Παγκοσμίου Ιστού σε Δίκτυο Παράδοσης Περιεχομένου

38 2.3 Η πολιτική διαχείρισης περιεχομένου με τη χρήση της Αντιγραφής Όπως έχει αναφερθεί, η διασφάλιση της προσβασιμότητας σε δεδομένα του Π.Ι καθώς και η βελτίωση των ταχυτήτων πλοήγησης από τους χρήστες έχουν αναδειχθεί πλέον σε ζητήματα καίριας σημασίας. Η χρήση της Ενδιάμεσης Μνήμης αν και προσέφερε μια πιο αποδοτική χρήση του εύρους ζώνης και έτσι μια πιο έξυπνη διαχείριση των αντικειμένων του Π.Ι. δεν μπόρεσε να ικανοποιήσει πλήρως τις σύγχρονες απαιτήσεις για βελτίωση της ταχύτητας μεταφόρτωσης αντικειμένων από στους χρήστες. Επιπλέον, δεν κατάφερε να μειώσει το φόρτο που καλούνται να αντιμετωπίσουν οι σύνδεσμοι και οι εξυπηρετητές του Π.Ι. ούτε προσέφερε ιδιαίτερα στην αντιμετώπιση περιπτώσεων αιφνίδιας πρόσβασης πλήθους χρηστών. Όλα τα παραπάνω συντέλεσαν στην ανάπτυξη της τεχνικής της Αντιγραφής. Η κύρια ιδέα πίσω από την πολιτική της Αντιγραφής είναι η δημιουργία αντιγράφων των κρίσιμων αντικειμένων Π.Ι. και η μεταφορά τους εξυπηρετητές που βρίσκονται κοντά στο χρήστη. Με αυτό τον τρόπο αυξάνεται τόσο η ταχύτητα με την οποία τα αντικείμενα μεταδίδονται από τους εξυπηρετητές Π.Ι. στους χρήστες αλλά και δίνεται η δυνατότητα αντιμετώπισης περιπτώσεων αιφνίδιας πρόσβασης πλήθους χρηστών καθώς ο φόρτος εργασίας των διαχέεται σε μια ομάδα από εξυπηρετητές. Επιπλέον, χάρη στο γεγονός ότι δημιουργούνται αντίγραφα των αντικειμένων του Π.Ι. επιβεβαιώνεται η συνεχής διαθεσιμότητα των χρηστών στο περιεχόμενο [8], αφού ακόμα και αν υπάρξει πρόβλημα στον πηγαίο εξυπηρετητή διαδικτύου το περιεχόμενο θα μπορέσει να φτάσει στους τελικούς χρήστες μέσα από κάποιο αντίγραφο. Τα δίκτυα που σχηματίζουν εξυπηρετητές που περιγράφτηκαν παραπάνω ονομάζονται Δίκτυα Παράδοσης Περιεχομένου(Content Delivery Networks ή Content Distribution Networks ή CDN) και περιγράφονται παρακάτω: Δίκτυα Παράδοσης Περιεχομένου Τα Δίκτυα Παράδοσης Περιεχομένου (Content Delivery Networks, στο εξής CDN) [1] παρουσιάστηκαν το 1998 κυρίως για να αντιμετωπίσουν το γεγονός ότι ο Π.Ι δεν ήταν προετοιμασμένος για τη μεταφορά μεγάλων αντικειμένων σε μεγάλες αποστάσεις με υψηλή ταχύτητα. Τα CDN αποτελούν, ουσιαστικά, δίκτυα από εξυπηρετητές που βρίσκονται απλωμένοι σε διάφορα σημεία του κόσμου και κρατούν αντίγραφα από διάφορα αντικείμενα εξυπηρετητών Π.Ι. Πιο συγκεκριμένα τα CDN διατηρούν πολλά σημεία παρουσίας αν τον κόσμο, με ομάδες εξυπηρετητών που

39 περιέχουν αντίγραφα του παραδοτέου περιεχομένου κατά τέτοιο τρόπο ώστε οι αιτήσεις των χρηστών να εξυπηρετούνται από τον κοντινότερο και διαθέσιμο εξυπηρετητή. Τα CDN, επιπλέον, είναι συνδεδεμένα με τους πηγαίους εξυπηρετητές που περιέχουν το πρωτότυπο περιεχόμενο προς μετάδοση, ώστε να μπορούν να συγχρονίζουν τα αντίγραφα που έχουν αποθηκευμένα και να μη προσφέρουν πεπαλαιωμένα και μη σύγχρονα αντικείμενα Π.Ι. Τα στοιχεία που απαρτίζουν ένα CDN είναι τα εξής [14] : Ένα σύνολο από εξυπηρετητές που διατηρούν τα αντίγραφα των αντικειμένων των εξυπηρετητών Π.Ι. Οι εξυπηρετητές αυτοί που βρίσκονται τοποθετημένοι, συνήθως, σε μεγάλες αποστάσεις και είναι διασπαρμένοι ονομάζονται CDN εξυπηρετητές (Surrogate Servers). Μια διάταξη από δρομολογητές (routers) που αναλαμβάνουν τη δρομολόγηση της κάθε αίτησης στον κατάλληλο εξυπηρετητή CDN που θα μπορέσει να την εξυπηρετήσει γρηγορότερα (κριτήριο για αυτό δεν είναι πάντα, η γεωγραφική απόσταση, αλλά ταχύτητα αναμετάδοσης πληροφοριών από την κάθε εξυπηρετητή CDN στους χρήστες, η αξιοπιστία των συνδέσμων που υλοποιούν τη σύνδεση ανάμεσα τους αλλά και το χρηματικό κόστος για την αναμετάδοση των πληροφοριών). Άλλος εξοπλισμός δικτύου ηλεκτρονικών υπολογιστών που αναλαμβάνει την ενημέρωση του περιεχομένου στους εξυπηρετητές CDN. Το περιεχόμενο στους πηγαίους εξυπηρετητές μπορεί να εμπλουτίζεται και να ανανεώνεται ή ακόμα και να αλλάζει δραματικά. Για να μην παρουσιάζονται φαινόμενα διαμοίρασης μη ενημερωμένου περιεχομένου, ο εξοπλισμός αυτός φροντίζει για το συγχρονισμό του περιεχομένου των εξυπηρετητών CDN με αυτό των πηγαίων εξυπηρετητών. Ένα μηχανισμό καταγραφής που παρέχει πληροφορίες για την διακίνηση των αντικειμένων στο δίκτυο καθώς και άλλες πληροφορίες στους πηγαίους εξυπηρετητές. Οι πληροφορίες που παρέχονται από τον μηχανισμό καταγραφής αποτελούν τη βάση για επιλογή πολλών στοιχείων στο CDN με σημαντικότερη αυτή της επιλογής του περιεχομένου που πρέπει να αντιγράφεται στον εκάστοτε εξυπηρετητή CDN. Πολιτικές Διαχείρισης Δεδομένων Παγκοσμίου Ιστού σε Δίκτυο Παράδοσης Περιεχομένου

40 Ομάδα Χρηστών σε περιοχή Α Πηγαίος Εξυπηρετητής Εξυπηρετητής CDN στην περιοχή Α Ομάδα Χρηστών σε περιοχή B Εξυπηρετητής CDN στην περιοχή B Διαχείριση παραδοτέου περιεχομένου Εξυπηρετητής CDN στην περιοχή Γ CDN Ομάδα Χρηστών σε περιοχή Γ Σχήμα 2.4 : Η τοπολογία ενός CDN Όπως είναι προφανές στα CDN, οι εξυπηρετητές CDN προσπαθούν να αντιμετωπίσουν ολικά το φόρτο που θα αντιμετώπιζε ο πηγαίος εξυπηρετητής μεταφέροντας στους τελικούς χρήστες το περιεχόμενο που ζητούν. Με τον τρόπο αυτό παρουσιάζεται μεγάλη αντοχή απέναντι σε φαινόμενα αιφνίδιας πρόσβασης του πλήθους των χρηστών. Αυτό οφείλεται στο γεγονός οτι η ζήτηση κατανέμεται ομοιόμορφα σε όλες τις ομάδες εξυπηρετητών CDN και δε μεταφέρεται άμεσα στον πηγαίο εξυπηρετητή. Ζητήματα λειτουργίας Δικτύων CDN Τα CDN παρουσιάζουν μεγάλη επιτυχία στην αποδοτική διαχείριση του περιεχομένου του παγκοσμίου ιστού. Υπάρχουν, όμως, πιθανότητες περαιτέρω βελτίωσης της απόδοσης, οι οποίες έχουν να κάνουν κυρίως με τα παρακάτω ζητήματα.(αξίζει να σημειωθεί ότι τα παρακάτω προβλήματα ανήκουν αποδεδειγμένα στο χώρο προβλημάτων NP-incomplete, δηλαδή η επίλυσή τους δεν μπορεί να επιτευχθεί μέσω πολυωνυμικής προσέγγισης [15]. Για το λόγο αυτό, η επίλυσή τους προσεγγίζεται από ευριστικούς αλγόριθμους που αποτελούν ακόμα και σήμερα αντικείμενο έρευνας.) Πόσοι πρέπει να είναι και πού πρέπει να τοποθετηθούν οι Εξυπηρετητές CDN: Η σωστή τοποθέτηση των εξυπηρετητών CDN μπορεί να προσφέρει πολύ

41 αποδοτική διαχείριση περιεχομένου και υψηλές ταχύτητες στους χρήστες. Επιπλέον, όσο περισσότερα αντίγραφα του περιεχομένου υπάρχουν, τόσο πιο σίγουρο γίνεται ότι αυτό θα είναι προσβάσιμο ακόμα και σε περιπτώσεις αιφνίδιας πρόσβασης πλήθους χρηστών. Παρ όλα αυτά, η συντήρηση και η προσθήκη εξυπηρετητών CDN είναι μια αρκετά χρονοβόρα διαδικασία που επιπλέον κοστολογείται πολύ ακριβά. Είναι, κατανοητό πώς πρέπει να βρεθεί μια χρυσή αναλογία ανάμεσα στο κόστος και τον αριθμό των εξυπηρετητών CDN που θα χρησιμοποιηθούν. Επιπλέον, εξίσου σημαντικό για την αποδοτική λειτουργία των CDN είναι και η εύρεση της τοποθεσίας όπου θα τοποθετηθούν οι εξυπηρετητές CDN. Ποιο περιεχόμενο πρέπει να αντιγραφεί από τους πηγαίους εξυπηρετητές στους εξυπηρετητές στους εξυπηρετητές CDN: Η ιδανική περίπτωση θα ήταν η πλήρης αντιγραφή του περιεχομένου ενός πηγαίου εξυπηρετητή σε όλους τους εξυπηρετητές ενός δικτύου CDN. Το κόστος ενός μιας τέτοιας λύσης, όμως, κρίνεται απαγορευτικό. Επιπλέον, οι εξυπηρετητές CDN έχουν περιορισμένο αποθηκευτικό χώρο στον οποίο συνήθως φιλοξενούν αντίγραφα από διάφορους πηγαίους εξυπηρετητές. Έτσι, η πλήρης αντιγραφή του περιεχομένου ενός πηγαίου εξυπηρετητή θα περιόριζε πάρα πολύ τη διαμοίραση περιεχομένου από άλλους εξυπηρετητές σε ένα δίκτυο CDN. Από τα παραπάνω γίνεται προφανές ότι είναι απαραίτητος ο καθορισμός των τμημάτων του περιεχομένου των πηγαίων εξυπηρετητών που αντιγράφονται στα δίκτυα CDN έχοντας υπόψη τόσο τον περιορισμό του κόστους όσο και την επίτευξη υψηλότερης απόδοσης. Σε ποιους εξυπηρετητές CDN θα τοποθετηθεί το περιεχόμενο που έχει αντιγραφεί από τους πηγαίους εξυπηρετητές. Κάθε εξυπηρετητής CDN καλύπτει της αιτήσεις μιας συγκεκριμένης ομάδας χρηστών. Επιπλέον, κάθε ομάδα χρηστών έχει διαφορετικές αιτήσεις (σαν σύνολο από κάποια) άλλη. Έτσι, με βάσει το γεγονός ότι είναι σπάνια η πλήρης αντιγραφή του περιεχομένου ενός πηγαίου εξυπηρετητή σε ολόκληρο το CDN, πρέπει να καθοριστεί πιο τμήμα του περιεχομένου του πρέπει να αποθηκευτεί σε κάθε εξυπηρετητή CDN ώστε να καλύπτει αποδοτικά τις ανάγκες της έμμεσα εξυπηρετούμενης ομάδας χρηστών. Αποτίμηση CDN Τα CDN αποτελούν σήμερα ίσως τον αποδοτικότερο τρόπο για τη διαχείριση του περιεχομένου του Π.Ι. Μέσα από την υποδομή τους επιτυγχάνουν τόσο να αυξήσουν την ταχύτητα με την οποία τα αντικείμενα του Π.Ι. μεταφέρονται και διακινούνται προς τους χρήστες αλλά και να προσφέρουν σημαντική λύση σε Πολιτικές Διαχείρισης Δεδομένων Παγκοσμίου Ιστού σε Δίκτυο Παράδοσης Περιεχομένου

42 περιπτώσεις αιφνίδιας πρόσβασης πλήθους χρηστών. Επιπλέον, μέσω των αντιγράφων που παράγουν και χρησιμοποιούν κάνουν σίγουρη την διαθεσιμότητα κρίσιμου περιεχομένου, ακόμα και όταν ο πηγαίος εξυπηρετητής στον οποίο είναι αποθηκευμένο αρχικά δε είναι προσβάσιμος. Παρ όλα αυτά, το σημαντικότερο μειονέκτημα των CDN είναι το κόστος τους. Πρόκειται για μεγάλα επικοινωνιακά δίκτυα που αποτελούνται από εξυπηρετητές διασκορπισμένους σε μεγάλες αποστάσεις και συνδεδεμένους μεταξύ τους με διαύλους πολύ υψηλών ταχυτήτων. Σε αυτό το πλαίσιο του κόστους λειτουργίας και συντήρησης μιας τέτοιας υποδομής, είναι κατανοητό, ότι πρέπει να γίνεται όσο πιο αποδοτική χρήση των CDN μετά από ιδιαίτερα προσεκτικό σχεδιασμό. Ο χώρος κάθε εξυπηρετητή CDN είναι πεπερασμένος οπότε πρέπει να επιλέγεται προσεκτικά το περιεχόμενο από κάθε πηγαίο εξυπηρετητή που θα αντιγραφεί και αφού φυσικά ο αριθμός των εξυπηρετητών CDN είναι και αυτός πεπερασμένος, πρέπει να γίνει προσεκτική επιλογή και έλεγχος της τοποθεσίας στην οποία θα τοποθετηθούν οι εξυπηρετητές CDN. Τα δύο παραπάνω ζητήματα, σε συνδυασμό με το γεγονός ότι κάθε εξυπηρετητής CDN σχεδιάζεται να εξυπηρετεί τις ανάγκες μιας συγκεκριμένης ομάδας χρηστών κάνει το σχεδιασμό της υποδομής του δικτύου CDN ακόμα πιο δύσκολο. Επιπλέον, οι ανάγκες και οι προτιμήσεις κάθε ομάδας χρηστών δεν είναι στατικές αλλά δυναμικές, με αποτέλεσμα πολλές φορές να κρίνεται απαραίτητα η αναπροσαρμογή των αποφάσεων που λήφθηκαν πιο πριν για την τοπολογία και τη δομή του δικτύου CDN. Το κόστος που εμπεριέχεται, όμως, σε μια τέτοια αναπροσαρμογή είναι συχνά απαγορευτικό, κάνοντας έτσι τα δίκτυα CDN μη ευέλικτα και εύκολα προσαρμόσιμα σε αλλαγές. Κρίνεται έτσι, απαραίτητη η εύρεση μεθόδων και τεχνικών που θα δώσουν ευελιξία στα Δίκτυα CDN χωρίς ιδιαίτερο κόστος. 2.4 Σύγκριση Ενδιάμεσης Μνήμης και Αντιγραφής Ευελιξία και κόστος υλοποίησης Η πολιτική της χρήσης Ενδιάμεσης Μνήμης είναι ένας τρόπος διαχείρισης του περιεχομένου του Π.Ι. που δεν απαιτεί ιδιαίτερο κόστος καθώς δεν απαιτείται ιδιαίτερη υποδομή από πλευράς υλικού σε αντίθεση με την πολιτική της Αντιγραφής. Η λειτουργία της Ενδιάμεσης Μνήμης χρησιμοποιείται ήδη από τα σύγχρονα προγράμματα περιήγησης στον Π.Ι. με αρκετή επιτυχία. Επιπλέον, η εγκατάσταση ενός Πληρεξούσιου Εξυπηρετητή για τη χρήση σε ένα δίκτυο απαιτεί περιορισμένο σχεδιασμό, χρόνο και χρήμα, κάτι που έχει αυξήσει κατά πολύ τη δημοτικότητα των

43 Πληρεξούσιων Εξυπηρετητών. Το παραπάνω σε συνδυασμό με την δυναμική φύση της λειτουργίας της Ενδιάμεσης Μνήμης, όπου τα αντικείμενα Π.Ι. που βρίσκονται αποθηκευμένα στον αποθηκευτικό χώρο αναπροσαρμόζονται συνεχώς σύμφωνα με τις ανάγκες των χρηστών, δίνει στους πληρεξούσιους εξυπηρετητές, και συνεπώς στην πολιτική χρήσης Ενδιάμεσης Μνήμης, έναν χαρακτήρα ευελιξίας και προσαρμοστικότητας. Από την άλλη, η πολιτική της Αντιγραφής βασίζεται στα ευρείας κλίμακας CDN. Τα δίκτυα αυτά αποτελούνται από διάφορους εξυπηρετητές που βρίσκονται τοποθετημένοι συνήθως σε μεγάλες αποστάσεις και συνδέονται μεταξύ τους με ταχύτατους διαύλους. Ακόμα, για τη δρομολόγηση των αιτήσεων και την ενημέρωση του περιεχομένου μέσα στο CDN απαιτείται ειδικό υλικό. Είναι προφανές ότι η πολυπλοκότητα των CDN αυξάνει κατά πολύ το κόστος σχεδιασμού, εγκατάστασης, λειτουργίας και συντήρησης. Το αυξημένο κόστος στερεί την ευελιξία και δίνει ένα στατικό χαρακτήρα στα CDN. Χρόνοι Απόκρισης Μετά την αίτηση για λήψη αντικειμένου Π.Ι. από κάποιο χρήστη και σε περίπτωση χρήσης και επιτυχίας Ενδιάμεσης Μνήμης ο χρόνος απόκρισης είναι κατά πολύ μικρότερος από τον αντίστοιχο χρόνο απόκρισης που θα προκαλούταν από τη λήψη του ίδιου αντικειμένου από ένα δίκτυο CDN. Σε περίπτωση αποτυχίας, όμως, της Ενδιάμεσης Μνήμης ο χρόνος απόκρισης αυξάνει κατά πολύ και γίνεται κατά πολύ μεγαλύτερος από το χρόνο αναμονής για τη λήψη του ίδιου αντικειμένου από ένα δίκτυο CDN. Αυτό, σε συνδυασμό με το γεγονός ότι ο λόγος επιτυχίας Ενδιάμεσης Μνήμης είναι συνήθως πολύ περιορισμένος οδηγεί στο συμπέρασμα ότι το δίκτυο CDN, το οποίο συνήθως χαρακτηρίζεται από υψηλό λόγο επιτυχίας, προσφέρει μια πολύ πιο γρήγορη και αποδοτική διαχείριση των δεδομένων του παγκοσμίου ιστού. Εγκυρότητα Δεδομένων Η χρήση πληρεξούσιων εξυπηρετητών και γενικότερα η πολιτική χρήσης της Ενδιάμεσης Μνήμης ενέχει τον κίνδυνο οι χρήστες να εξυπηρετούνται από παλιά και μη ενημερωμένα αντικείμενα Π.Ι. τα οποία έχουν παραμείνει στον αποθηκευτικό χώρο των πληρεξούσιων εξυπηρετητών, παρά την ενημέρωσή τους στους πηγαίους εξυπηρετητές. Ο κίνδυνος αυτός εκμηδενίζεται στο δίκτυο CDN, καθώς ειδικός εξοπλισμός αναλαμβάνει τον έλεγχο της εγκυρότητας του περιεχομένου που παραδίδεται και την άμεση ενημέρωση τυχόν ανανεωμένων αντικειμένων Π.Ι. σε όλους τους εξυπηρετητές CDN. Πολιτικές Διαχείρισης Δεδομένων Παγκοσμίου Ιστού σε Δίκτυο Παράδοσης Περιεχομένου

44 Απόδοση σε αιφνίδια πρόσβαση πλήθους χρηστών Η χρήση της Ενδιάμεσης Μνήμης, λόγω του συνήθως μικρού ποσοστού επιτυχίας της δεν μπορεί να προσφέρει αποδοτική αντιμετώπιση φαινομένων αιφνίδιας πρόσβασης πλήθους χρηστών [7], μη προβάλλοντας έτσι αποδοτική λύση στην απαίτηση για διατήρηση της πρόσβασης των χρηστών σε κρίσιμα δεδομένα. Τα δίκτυα CDN το επιτυγχάνουν αυτό με σχετική ευκολία καθώς καταμερίζουν τον φόρτο στους εξυπηρετητές CDN και δεν τον προωθούν στον πηγαίο εξυπηρετητή. Ακολουθεί συγκεντρωτικός πίνακας που συνοψίζει τα θετικά και τα αρνητικά σημεία κάθε πολιτικής: Μέτρο Σύγκρισης Ενδιάμεση Μνήμη Αντιγραφή Κόστος Χαμηλό Υψηλό Ευελιξία Υψηλή Χαμηλή Λόγος Επιτυχίας Χαμηλος Υψηλός Μείωση Χρόνου Αναμονής Χαμηλή Υψηλός Χρηστών Αντιμετώπιση Αιφνίδιας Χαμηλή Υψηλή Πρόσβασης Πλήθους Χρηστών Κίνδυνος για μη εξυπηρέτηση με μη ανανεωμένα δεδομένα Υψηλός Χαμηλός 2.3 Σύγκριση πολιτικών Ενδιάμεσης Μνήμης και Αντιγραφής 2.5 Συνδυασμός Ενδιάμεσης Μνήμης και Αντιγραφής Παρατηρώντας τον πίνακα 2.3 γίνεται κατανοητό ότι τα αρνητικά στοιχεία της πολιτικής της Ενδιάμεσης Μνήμης μπορούν να αρθούν από την ταυτόχρονη χρήση της Αντιγραφής και το αντίστροφο. Το γεγονός αυτό, και η άποψη ότι οι πολιτικές αυτές μπορούν να επωφεληθούν η μία της άλλης οδήγησε στην πρόταση για συγκερασμό τους, για την ταυτόχρονη χρήση, δηλαδή, πολιτικών Αντικατάστασης και Ενδιάμεσης Μνήμης σε CDN

45 Ομάδα Χρηστών σε περιοχή Α Πληρεξούσιος Εξυπηρετητής Εξυπηρετητής CDN στην περιοχή Α Πηγαίος Εξυπηρετητής Ομάδα Χρηστών σε περιοχή Β Πληρεξούσιος Εξυπηρετητής Εξυπηρετητής CDN στην περιοχή Β Διαχείριση παραδοτέου περιεχομένου Πληρεξούσιος Εξυπηρετητής CDN Ομάδα Χρηστών σε περιοχή Γ Εξυπηρετητής CDN στην περιοχή Γ Σχήμα 2.5 : Η προτεινόμενη τοπολογία Δικτύου CDN που συνδυάζει πολιτικές Αντιγραφής και Ενδιάμεσης Μνήμης Η πρόταση αυτή μπορεί να επιλύσει αρκετά προβλήματα απόδοσης και να προσφέρει δυναμικότητα στο στατικό πλαίσιο του δικτύου CDN. Η κεντρική ιδέα πίσω από την πρόταση αυτή είναι η εξής: Ο διαχωρισμός του αποθηκευτικού χώρου των εξυπηρετητών CDN σε δύο τμήματα. Το πρώτο τμήμα χρησιμοποιείται για την τοποθέτηση συγκεκριμένων αντιγράφων του περιεχομένου πηγαίων εξυπηρετητών (πολιτική της Αντιγραφής). Το δεύτερο τμήμα λειτουργεί ως Πληρεξούσιος Εξυπηρετητής, δηλαδή, γεμίζει δυναμικά με αντίγραφα βάσει των αιτήσεων των χρηστών ενώ χρησιμοποιεί και πολιτική αντικατάστασης για την αποθήκευση νέων αντικειμένων(πολιτική χρήσης Ενδιάμεσης Μνήμης). Σε κάθε περίπτωση, για τη σωστή χρησιμοποίηση του αποθηκευτικού χώρου, επιβεβαιώνεται ότι δεν περιέχονται ίδια αντικείμενα και στον αποθηκευτικό χώρο που χρησιμοποιείται από την πολιτική της Αντιγραφής και στον αποθηκευτικό χώρο που χρησιμοποιείται από την πολιτική της χρήσης Ενδιάμεσης Μνήμης. Με τον προτεινόμενο τρόπο ì ειώνονται κατά πολύ τα διάφορα προβλήματα στατικότητας και έλλειψης ευελιξίας των δικτύων CDN. Επιγραμματικά, καθώς τμήμα των προαποθηκευμένων αντικειμένων αλλάζει δυναμικά σε κάθε Εξυπηρετητή CDN, αυτό μπορεί να γίνει ώστε να αντικατοπτρίσει αλλαγές στις ανάγκες και τις προτιμήσεις της ομάδας χρηστών που τον χρησιμοποιούν. Πολιτικές Διαχείρισης Δεδομένων Παγκοσμίου Ιστού σε Δίκτυο Παράδοσης Περιεχομένου