蔡志宏臺灣大學：電信工程學研究所陳立庭Chen, Li-TingLi-TingChen2007-11-272018-07-052007-11-272018-07-052004http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/58844由於目前網路頻寬的增加以及影片數目不斷增加，造成伺服器需要提供越來越多的視訊服務。然而在以往網路服務伺服器中主要提供之服務為網頁為主之小檔案需求，與影音檔案所需要的頻寬有所差異再加上視訊服務需及時送達之特性。因此當一群伺服器同時提供網頁以及視訊流服務時，應當在單一伺服器上只提供一種服務或是混合服務，便是一個可以研究的問題。 若要瞭解伺服器應當如何提供服務，便需要先將網頁伺服器以及視訊伺服器之效能進行分析。在傳統的研究中會將伺服器建立成為佇列模型並以數學分析之方式討論其可能的反應時間、處理量等的問題。在本論文中則是利用觀察伺服器傳送封包的行為，為其建立包含伺服器、網路介面以及傳輸層行為的伺服器佇列模型。基於此種模型並利用程式語言的幫助，模擬出伺服器在提供視訊流或網頁服務時的效能。此結果可與實際伺服器環境之實測結果作比較以瞭解模型的準確性。 最後基於所建立的網頁與視訊伺服器佇列模型，將其改變為能提供混合服務之伺服器，以觀察其效能之改變。並利用與單獨伺服器效能比較所得之結果提出在同時有網頁以及視訊流服務需求時，應採用何種方式提供服務。目錄 第一章 緒論…………………………………………1 § 1.1 研究動機與目標………………………………...1 § 1.2 問題描述………………………………………...3 § 1.3 章節架構………………………………………...6 第二章 網路伺服器運作模型………………………7 § 2.1 網頁伺服器……………………………………...7 § 2.2 視訊伺服器……………………………………..11 § 2.2.1 UDP……………………………………………….12 § 2.2.2 TCP………………………………………………..13 § 2.2.3 HTTP＋TCP………………………………………13 § 2.2.4 Multicast…………………………………………..13 § 2.3 視訊伺服器之架設與量測……………………..14 第三章 伺服器佇列模型…………………………….21 § 3.1 視訊伺服器佇列模型…………………………..21. § 3.1.1 視訊伺服器之節點介紹………………………….22 § 3.1.2 視訊伺服器模型之運作流程…………………….25 § 3.2 網頁伺服器佇列模型…………………………..29 § 3.2.1 網頁伺服器之節點介紹………………………….30 § 3.2.2 網頁伺服器模型之運作流程…………………….32 § 3.3 網頁與視訊伺服器混和佇列模型……………..37 第四章 模擬結果與分析……………………………41 § 4.1 視訊伺服器佇列模型之模擬………………….41. § 4.2 網頁伺服器佇列模型之模擬………………….48 § 4.3 ··合型伺服器佇列模型之模擬……………….51 § 4.4 伺服器佇列模型與實測之誤差………………..55 第五章 結論…………………………………………57 § 5.1 結論…………………………………………….57 § 5.2 未來研究方向………………………………….58 附表一………………………………………………..60 參考文獻……………………………………………..61 圖目錄 圖1-1 視訊伺服器與儲存伺服器環境圖，其FE代表Fast Ethernet，GE則代表Gigabit ethernet…………………………4 圖2-1 TCP視窗增長模式圖………………………………………9 圖2-2 使用者點選網頁行為模式圖……………………………..10 圖2-3 典型包含儲存伺服器之視訊伺服器架設環境圖………..14 圖2-4 視訊伺服器網路封包傳送之量測環境圖………………..15 圖2-5 視訊伺服器之傳送封包模式圖…………………………..17 圖2-6 視訊伺服器與儲存伺服器之傳送封包模式圖(1)……….17 圖2-7 視訊伺服器與儲存伺服器之傳送封包模式圖(2) ………19 圖2-8 UDP封包傳送模式圖…………………………………….20 圖2-9 視訊伺服器之傳送封包模式圖(二視訊流共存之情境)...20 圖3-1 視訊伺服器之佇列模型 ………………………………...21 圖3-2 視訊伺服器之佇列模型（要求檔案路徑）…………….26 圖3-3 Aggregate節點之運作圖…………………………………27 圖3-4 視訊伺服器之佇列模型（確認封包回覆路徑）………..28 圖3-5 視訊伺服器之佇列模型（UDP封包傳送路徑）……….29 圖3-6 網頁伺服器之佇列模型…………………………………..31 圖3-7 網頁伺服器佇列模型（要求檔案路徑）………………..33 圖3-8 網頁伺服器佇列模型（確認封包回覆路徑）…………..34 圖3-9 網頁伺服器佇列模型（網頁檔案傳送路徑）…………..35 圖3-10 token 2節點之反應動作圖……………………………...37 圖3-11 單一伺服器同時提供網頁與視訊服務時之佇列模型…...38 圖3-12 網頁、視訊以及混合型伺服器之三種架構圖，其(a)為1網頁伺服器、2儲存伺服器，(b)為1視訊伺服器、2儲存伺服器，(c)為1混合伺服器、1網頁儲存伺服器、1視訊儲存伺服器………………………………………………………....39 圖4-1 在不同數量視訊流情形下之UDP封包平均延遲(1)…….44 圖4-2 在不同數量視訊流情形下之UDP封包平均延遲(2)…….45 圖4-3 視訊伺服器提供81個視訊流服務時之UDP封包延遲時間變化圖………………………………………………………45 圖4-4 視訊伺服器之實測環境…………………………………....46 圖4-5 45個256Kbps視訊流之比較圖 平均誤差=2.05% 最大誤差=2.88%……………………………………………………...47 圖4-6 45個512Kbps視訊流之比較圖 平均誤差=1.52% 最大誤差=2.21%………………………………………..…………….47 圖4-7 網頁伺服器之實測環境…………………………………...49 圖4-8 模擬與實測皆為250 request/sec 檔案大小=735Bytes時之傳輸量比較圖，平均誤差=0.49% 最大誤差=7.88%….…50 圖4-9 模擬與實測皆為500 request/sec 檔案大小=735Bytes時之傳輸量比較圖，平均誤差=1.16% 最大誤差=8.17%…….50 圖4-10 模擬與實測皆為50 request/sec 檔案大小=11426Bytes時之傳輸量比較圖，平均誤差=4.70% 最大誤差=17.11%...…51 圖4-11 獨立型伺服器組與混合型伺服器組示意圖……………...53 圖4-12 視訊、網頁服務分開之伺服器與混合型伺服器之允入區間比較圖………………………………………………………54 表目錄 表1-1 常用伺服器軟體表……………………………………………..2 表3-1 視訊伺服器節點之服務時間與服務方式一覽表……………24 表3-2網頁伺服器節點之服務時間與服務方式一覽表…………….31 表4-1 模擬參數與伺服器個數………………………………………43 表4-2 程式模擬與實測所得之視訊伺服器容量上限比較表………48 表4-3 網頁要求檔案大小分佈表………………………...…………52 表4-4 模擬伺服器組使用之視訊流頻寬與網頁大小分佈 ……….53 表4-5達伺服器上限時之OS節點負載比較表…………….………55 表4-6程式模擬與實測所得之網頁伺服器反應時間比較表……….56en-US佇列模型queueing modelthesis