计算机网络MOOC_208_Web缓存技术
缓存解决方案
缓存解决方案1. 什么是缓存？在计算机领域，缓存是一种存储技术，其目的是通过临时存储数据的副本来减少数据访问时的延迟和带宽开销。
缓存可以存储经常被访问的数据，以提高数据的访问速度。
缓存分为多级，比如L1缓存、L2缓存等。
通常，缓存的访问速度比主存（RAM）快，这是因为缓存位于CPU内部，而主存则位于CPU外部。
2. 为什么需要缓存？在应用程序的开发中，数据的访问通常是一项耗时的操作。
每次访问数据都需要从存储介质（如数据库）中读取，这会导致延迟和带宽的浪费。
缓存的引入可以很好地解决这个问题。
通过将数据存储在缓存中，当同样的数据被再次请求时，可以直接从缓存中获取，而无需再次访问存储介质。
这样，可以大大减少数据访问的延迟。
另外，缓存还可以减少对存储介质的访问次数，从而节省宝贵的系统资源，提高系统的整体性能。
3. 缓存的相关概念在设计和实现缓存解决方案之前，有一些相关的概念需要了解：3.1 缓存命中率缓存命中率是指在所有访问中，从缓存中获取数据的比例。
缓存命中率越高，说明缓存的效果越好。
3.2 缓存失效策略缓存失效策略用于决定何时将数据从缓存中移除。
常见的缓存失效策略包括“先进先出”（FIFO）、“最近最少使用”（LRU）等。
3.3 缓存一致性缓存一致性是指在数据发生变化时，缓存中的数据是否与存储介质中的数据保持一致。
保持缓存和存储介质的一致性是缓存解决方案的重要目标。
4. 缓存解决方案4.1 本地缓存本地缓存是指将数据存储在应用程序的进程或线程内存中，以减少对外部资源的访问。
本地缓存的好处是访问速度非常快，但很难实现跨进程或跨线程的数据共享。
常见的本地缓存技术包括：•内存缓存：将数据存储在应用程序的内存中，以提高数据的访问速度。
•文件缓存：将数据缓存到文件中，以减少对存储介质的访问次数。
•数据库缓存：将数据缓存到数据库中，以加快数据的访问速度。
4.2 分布式缓存分布式缓存是指将缓存数据分布在多个节点上，以实现数据的高可用和扩展性。
网站开发中的数据缓存和异步加载技术(四)
网站开发中的数据缓存和异步加载技术在当今的信息时代，网站已经成为人们获取信息和交流的主要平台。
作为网站开发人员，我们必须不断地追求技术的进步和发展，以提供更好的用户体验。
其中，数据缓存和异步加载技术是非常重要的。
一、数据缓存技术在网站开发中的应用数据缓存是指将数据临时存储在高速缓存中，以便更快地获取和使用。
在网站开发中，数据缓存技术被广泛应用于提升网站性能和响应速度。
1. 页面缓存当用户访问网站的某个页面时，页面的内容会被缓存在服务器或客户端的缓存中。
这样，当其他用户再次访问同一页面时，就可以直接从缓存中获取，而不需要重新生成页面。
通过使用页面缓存技术，可以大大减少服务器的负载，提升网站的响应速度，同时节省带宽的消耗。
2. 数据库缓存在网站开发中，数据库是存储数据的重要组成部分。
为了提高数据库的性能和减少数据库的压力，可以使用数据库缓存技术。
数据库缓存将查询结果缓存起来，并根据缓存的有效期设置，减少对数据库的实际查询次数。
这样可以大大提升网站的性能和响应速度。
3. 对象缓存除了页面缓存和数据库缓存外，对象缓存也是一种常用的数据缓存技术。
对象缓存是将经常使用的对象存放在缓存中，以便快速获取。
通过使用对象缓存，可以避免重复创建对象的开销，提高网站的性能和响应速度。
二、异步加载技术在网站开发中的应用异步加载是指在网页加载过程中，通过JavaScript等技术，将某些资源的获取和渲染工作放在页面加载完成后进行，从而提高页面的加载速度和用户体验。
1. 图片异步加载在网站开发中，图片是占据大量带宽的资源之一。
为了加快网页的加载速度，可以使用图片异步加载技术。
通过在页面加载完成后再加载图片，可以减少页面的请求次数，提高网站的性能。
2. 内容异步加载除了图片外，网页中的其他内容，如文字、视频等，也可以通过异步加载的方式来提高页面的加载速度。
比如，先加载页面的核心内容，然后在页面加载完成后再加载其他辅助内容。
这样可以提高网站的性能和用户体验。
基于.NET Cache+Memcached Web缓存技术的研究与应用
共享所有缓存数据 的特点 ， 提高 了网络 的利用率 ，
另一 方 面 ， 内部 缓存 独 有 的 高速 访 问 性 对 于频 繁 地 访 问服务 器能 够提 高很 高 的读 取 速度 ， 降低 了 网络 的吞 吐量 ， 并且 也避 免 了海 量数 据 在 数 据库 和 服 务 器之 问传 输带来 的网络瓶 颈 。
首次访问 ： Ｒ Ｂ Ｓ 从 Ｄ Ｍ 中取得数据保有到 ｃｃｅ ａｈ
－－ －
第二次后 ： ｃ ｅ 从 ８ 中取得数据显示页面
求内部 Ａｐ ｎｔ ｓ．ｅ 自身缓存 ， 如果数据仍然不存在 ， 则
２１ ０ １年 ７月 ２ ９日收到 第 一作者简介 ： 南 轶 （ ９６ １８ 一）， ， 女 陕西西安 人 ， 硕士研 究生 ， 研
南
轶 ， ： 于． Ｅ ａｈ ＋Ｍ ｍｃｃ ｅ ｂ 等 基 Ｎ ＴＣ ｃ ｅ ｅ ａｈｄＷｅ 缓存技术 的研究 与应用
的稳定性所 提 出 的解决 方案 ， 其体 系结 构如 图 １
所示 。
扩 展性 的 Ｗｅ 用 。Ｍｅ ｃｃｅ ｂ应 ｍ ａｈｄ的分 布式如 图 ２
所示。
１ Ｗｅ ｂ缓存技术的研究
１１ Ａ ｐ ｎ ｔ ａｈ ． ｓ ． ｅ ｃ ｅ的研究 Ｃ
日
日
日
在． ｅ Ｆａ ｅｏ Ｎｔ ｒ ｗｒ ｍ ｋ中， 用程序缓 存通过 Ｓｓ 应 ｙ．
ｔ Ｗｅ ． ｔＲ ｎｉ ｅ Ｃ ｃ ｅ ｔ ｕ ｔ ＇ ａｈ ｐ ｍ．
Ｍｅ ａｈｄ解 决 了 在 分 布 式 应 用 中 Ａ ｐ ｎｔ ｍｃｃｅ ｓ． ｅ ｃｃｅ 能提 供 数 据 共 享 的 缺 陷 ， 部 署 在 整个 缓 ａｈ 不 它 存 的外层 ， 用户 对 服务 器 的数 据请 求 到达 外 部 缓 存
webcache
1.1 Web Cache重定向简介通常情况下，用户通过HTTP（Hypertext Transfer Protocol，超文本传输协议）访问Web页面，获取所需信息。
在典型的组网环境中，用户通过局域网连接到Internet。
随着局域网内用户数量的增多、获取信息的内容不断丰富，连接局域网与Internet 之间的链路需要处理大量的HTTP流量，影响其他业务流量的正常处理。
通过设置Web缓存服务器，可以减少局域网与Internet连接链路的压力，同时提高用户获取信息的速度。
S3600-EI系列以太网交换机提供了Web Cache重定向功能，可以将用户访问Web 页面的报文重定向到Web缓存服务器。
Web Cache重定向功能实现如图1-1所示。
图1-1 Web Cache重定向功能示意图在上图中，PC 1和PC 2代表交换机下挂的局域网中的用户，分为属于VLAN 10和VLAN 20；PC 1的网关设置为VLAN 10接口的IP地址，PC 2的网关设置为VLAN 20接口的IP地址。
Web Cache Server是存储了局域网用户经常访问的Internet信息的服务器，属于VLAN 30。
交换机通过VLAN 40与路由器连接。
正常情况下，PC 1和PC 2访问Internet的报文通过VLAN 40转发给路由器，然后通过路由器发送到Internet。
在交换机上启动了Web Cache重定向功能以后，PC 1和PC 2通过HTTP 协议访问Internet的流量会经过VLAN 30被重定向到Web Cache Server上：●如果Web Cache Server上有用户需要的内容，Web Cache Server就会直接将这些内容返回给用户，用户无需访问Internet即可获取信息；●如果Web Cache Server上没有用户需要的内容，Web Cache Server会从Internet上获取信息，然后返回给用户。
WEB缓存加速
Web Workers和WebAssembly
并发处理
性能优化
安全性
Web Workers和 WebAssembly都提供了在浏 览器端进行并发处理的能力， 使得可以同时执行多个任务而 不会阻塞用户界面。
Web Workers和 WebAssembly都可以用于优 化Web应用程序的性能，特别 是在处理大量计算任务时。
web缓存加速
2023-11-08
目 录
• web缓存概述 • 客户端缓存 • 服务器端缓存 • 数据库缓存 • 前端缓存技术 • 后端缓存技术 • 缓存的监控和维护
01
web缓存概述
什么是web缓存
• Web缓存是指将Web资源（如网页、图像、视频等）存储在本 地或远程服务器上，以便在后续请求时能够更快地提供给用户 。这种缓存机制可以减少网络延迟，提高用户访问速度，并减 轻服务器的负载。
缓存查询结果
01
缓存数据库查询结果可以避免重复查询，提高响应速度。
02
使用内存数据库作为缓存：内存数据库的读写速度比磁盘数据
库快很多，可以将经常使用的数据存储在内存数据库中。
使用分布式缓存：对于大型网站，可以考虑使用分布式缓存来
03
提高缓存效率。
NoSQL数据库的应用
01
02
03
NoSQL数据库是一种非 关系型数据库，适用于 处理大量数据和高并发
IndexedDB
存储结构
IndexedDB是一种基于事务的持久化键值对 存储数据库，支持在浏览器端存储大量结构 化数据。
数据查询
IndexedDB支持通过使用索引来查询数据，这使得 它能够高效地处理大量数据。
异步操作
IndexedDB的操作是异步的，可以使用回调 函数或Promise来处理结果。
计算机网络_湖南科技大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年
计算机网络_湖南科技大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.若甲向乙发起一个TCP连接，最大段长MSS=1KB，RTT=8ms，乙开辟的接收缓存为32KB，则甲从连接建立成功至发送窗口达到16KB，需经过的时间至少是参考答案:32ms2.以太网交换机的自学习是指参考答案:记录帧的源MAC地址与该帧进入交换机的端口号3.假设交换机的转发表是空的，当交换机收到某个单播帧后，会将该帧参考答案:泛洪4.若路由器因为检查出IP分组首部误码而将其丢弃，则此时路由器向该IP分组的源主机发送的ICMP报文类型是参考答案:参数问题5.在TCP/IP体系结构中，网际层的相邻下层为参考答案:网络接口层6.在OSI体系结构中，运输层的相邻上层为参考答案:会话层7.某路由表中有转发接口相同的4条路由表项，其目的网络地址分别为212.56.132.0/24、212.56.133.0/24、212.56.134.0/24、212.56.135.0/24，这4条路由聚合后的目的网络地址为参考答案:212.56.132.0/228.OSI体系结构、TCP/IP体系结构、原理体系结构的分层数量分别为参考答案:7，4，59.以下关于ARP协议的描述，错误的是参考答案:ARP协议不存在安全隐患10.某主机的IP地址为166.77.88.99，子网掩码为255.255.240.0，若该主机向其所在子网发送广播分组，则目的地址可以是参考答案:166.77.95.25511.某网络的IP地址空间为192.168.9.0/24，采用定长子网划分，子网掩码为255.255.255.224，则可划分出的子网数量、每个子网内可分配地址数量分别是参考答案:8, 3012.在CSMA/CD协议中，“争用期”指的是参考答案:信号在最远两个端点之间往返传输的时间13.在OSI参考模型中，直接为人类用户提供服务的是参考答案:应用层14.在TCP/IP参考模型中，运输层的相邻下层实现的主要功能是参考答案:IP数据报在多个网络间的传输15.下列选项中，不属于物理层接口规范定义范畴的是参考答案:传输媒体16.在OSI参考模型中，控制两个对等实体进行逻辑通信的规则的集合称为参考答案:协议17.同步卫星链路的往返时间RTT比较小，这是因为其带宽比较大。
计算机网络中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年
计算机网络中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.DNS系统中所有的域名解析的查询都要经过DNS的根结点。
参考答案:错误2.HTTP可以提供加密服务。
参考答案:错误3.HTTP响应报文决不会具有空的报文体。
参考答案:错误4.在HTTP响应报文中的Date：首部指出了该响应中对象最后一次修改的时间。
参考答案:错误5.在浏览器和初始服务器之间使用非连续连接的话，一个TCP报文段是可能携带两个不同的HTTP服务请求报文的。
参考答案:错误6.两个不同的Web页面可以通过同一个持续连接发送。
参考答案:正确7.假设用户请求由一些文本和3幅图像组成的Web页面，对于这个页面，客户将发送一个请求报文并接收4个响应报文。
参考答案:错误8.RIP属于常见动态路由算法中的路由算法。
参考答案:距离矢量##%_YZPRLFH_%##DV9.下列哪个或者哪些设备可以隔离广播域：参考答案:路由器10.主机A经过一条TCP连接向主机B发送一个大文件，假设主机B没有数据发往主机A，因为主机B不能随数据捎带确认，所以主机B将不会向主机A发送确认。
参考答案:错误11.假定希望尽快处理从远程客户到服务器的事务，应使用TCP。
参考答案:错误12.运行在一台主机上的一个进程，使用目的主机的IP地址和目标进程中套接字的端口号来标识运行在另一台主机上的进程。
参考答案:正确13.远程登录使用的协议是ftp。
参考答案:错误14.下列哪些属于端到端时延中的时延组成成分：参考答案:排队时延_传输时延_传播时延15.在第8题的条件下，请问在该链路上一个比特的宽度（以米计）是参考答案:125m16.排队论中有一个著名公式——李特尔公式：N=a x d，其中N表示在缓存中的分组加上被传输的分组的平均数，a表示到达该链路的分组速率，d表示一个分组历经的平均总时延即排队时延加传输时延。
假定该缓存平均包含10个分组，并且平均分组排队时延是10ms，该链路的传输速率是100分组/秒，则在没有丢包的情况下，平均分组到达率是分组/秒参考答案:55017.一台分组交换机接收一个分组并决定该分组应当转发的出链路。
缓存的基本原理及应用
缓存的基本原理及应用1. 什么是缓存？缓存是计算机系统中的一种高速存储区域，用于临时存放数据，以加快对数据的访问速度。
在计算机应用中，缓存被广泛应用于提升系统性能和减少对底层资源的访问压力。
缓存的基本原理是通过将频繁访问的数据存储在高速缓存中，以降低对慢速媒介的访问次数，从而提高系统的响应速度。
2. 缓存的基本工作原理缓存的基本工作原理包括以下几个关键步骤：•当系统需要访问数据时，首先检查缓存中是否存在该数据；•如果缓存中存在该数据，则直接从缓存中读取，无需访问底层数据源；•如果缓存中不存在该数据，则从底层数据源读取，并将该数据存储在缓存中；•下次系统需要访问该数据时，直接从缓存中读取，而不是再次访问底层数据源。
3. 缓存的应用缓存在计算机系统中有广泛的应用场景，主要包括：3.1. 数据库缓存数据库缓存是一种常见的应用场景，通过将数据库中的部分数据缓存到内存中，可以大幅提升数据库的读取性能。
数据库缓存常用于缓存频繁读取的数据表或查询结果，以减少对磁盘的访问次数。
3.2. Web缓存Web缓存是指在Web服务器和客户端之间插入一层缓存服务器，对经常访问的静态资源进行缓存，以提高Web应用的响应速度。
常见的Web缓存服务器有Nginx和Varnish等。
3.3. CPU缓存CPU缓存是现代计算机架构中的重要组成部分，用于提高CPU对内存的访问速度。
CPU缓存包括多级缓存，每一级缓存的容量和速度逐级递减，但访问速度仍远远高于内存。
3.4. 文件缓存文件缓存是将常用的文件数据存储在内存中，以减少对磁盘的访问次数。
文件缓存常用于缓存图片、音频、视频等大型文件，以提高文件读取的性能。
3.5. CDN缓存CDN（内容分发网络）缓存是指通过在全球范围内部署服务器节点，将静态资源缓存到离用户最近的节点，以提供更快的访问速度和更稳定的服务。
CDN缓存广泛应用于网站、视频、游戏等大型内容分发场景。
4. 缓存的优缺点4.1. 优点•提高系统性能：缓存可以减少对底层资源（如磁盘、内存）的访问次数，从而提高系统的响应速度和吞吐量。
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client
缓存既充当客户端，也充当服务器 一般由ISP(Internet服务提供商)架设
client
origin server
计算机网络 之 网尽其用
主讲人：聂兰顺
4
Web缓存示例(1)
假定：
对象的平均大小=100,000比特 机构网络中的浏览器平均每秒有15个到原始服 务器的请求 从机构路由器到原始服务器的往返延迟=2秒
计算机网络 之 网尽其用
主讲人：聂兰顺
3
Web缓存/代理服务器技术
Web缓存/代理服务器
用户设定浏览器通过缓存进行Web访问 浏览器向缓存/代理服务器发送所有的 HTTP请求
• 如果所请求对象在缓存中，缓存返回对象 • 否则，缓存服务器向原始服务器发送HTTP 请求，获取对象，然后返回给客户端并保存 该对象 Proxy server
课后作业
检索文献，分析、总结Web技术近 年来有哪些新进展？其关键思想和 技术是什么？
计算机网络 之 网尽其用
主讲人：聂兰顺
9
谢 谢！
计算机网络之网尽其用
主讲人：聂兰顺
本讲主题
Web缓存/代理服务器技术
计算机网络 之 网尽其用
主讲人：聂兰顺
2
Web缓存/代理服务器技术
功能
在不访问服务器的前提下满足客户端的HTTP请求。
为什么要发明这种技术？
缩短客户请求的响应时间 减少机构/组织的流量 在大范围内(Internet)实现有效的内容分发
public Internet
原始服 务器
网络性能分析：
局域网(LAN)的利用率=15% 接入互联网的链路的利用率=100% 总的延迟=互联网上的延迟+访问延迟+局域网 延迟=2秒+几分钟+几微秒
计算机网络 之 网尽其用
机构网络
1.5 Mbps access link 10 Mbps LAN
计算机网络 之 网尽其用 主讲人：聂兰顺
7
1.5 Mbps access link institutional network 10 Mbps LAN
institutional cache
条件性GET方法
目标：
如果缓存有最新的版本，则不需要发送请 求对象 cache
HTTP request msg
机构网络
10 Mbps access link 10 Mbps LAN
问题：
成本太高
计算机网络 之 网尽其用 主讲人：聂兰顺
6
Web缓存示例(3)
解决方案2：
安装Web缓存 假定缓存命中率是0.4
public Internet
origin servers
网络性能分析：
40%的请求立刻得到满足 60%的请求通过原始服务器满足 接入互联网的链路的利用率下降到60%，从而 其延迟可以忽略不计，例如10微秒 总的平均延迟=互联网上的延迟+访问延迟+局 域网延迟=0.6×2.01秒+0.4×n微秒<1.4秒
If-modified-since: <date>
服务器：
如果缓存的版本是最新的，则响应消息中 不包含对象 HTTP/1.0 304 Not Modified
计算机网络 之 网尽其用
HTTP response
HTTP/1.0 200 OK
object modified
<data>
8
主讲人：聂兰顺
主讲人：聂兰顺
5
Web缓存示例()
解决方案1：
提升互联网接入带宽=10Mbps 原始服 务器
public Internet
网络性能分析：
局域网(LAN)的利用率=15% 接入互联网的链路的利用率=15% 总的延迟=互联网上的延迟+访问延迟+局域网 延迟=2秒+几微秒+几微秒
If-modified-since: <date>
server
object not modified
缓存：
在HTTP请求消息中声明所持有版本的日 期 If-modified-since: <date>
HTTP response
HTTP/1.0 304 Not Modified
HTTP request msg