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-- 發布時間：2010-12-6 11:45:40
-- CDMA WAP系統的性能優化 | 國內
一 引言
CDMA 20001x系統為移動數據增值業務的開展提供了高速的空中傳輸保證，運營商基于CDMA移動分組網開展了豐富多彩的移動數據業務。其中WAP業務以其業務內容豐富、使用簡單等特點得到迅速發展。隨著業務的開展，如何從技術上優化WAP系統性能，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業務上HTTP重定向的應用 CDMA WAP業務和計費系統中大量采用重定向技術，完成CP內容掛接，相關的瀏覽、下載以及后臺計費等業務。WAP計費網關、WAP網關對于HTTP重定向的缺省處理是簡單轉發，也就是將來自WAP Portal或者CP服務器的HTTP重定向響應，返回給移動終端，由終端的瀏覽器進行解析和處理。網絡拓撲結構圖如圖1所示。
圖1 CDMA WAP業務上HTTP重定向網絡拓撲圖 終端瀏覽器在收到HTTP重定向響應后，提取其中響應頭Location的值，作為新的URL，重新發起HTTP請求，這些操作并沒有用戶的干預，用戶并不知曉是否發生了重定向操作。重新發起的HTTP請求經過服務器處理后，將得到新資源對應的結果，并顯示給用戶。 2. WAP業務中HTTP重定向對業務性能的負面影響 WAP1.x系列移動終端通過WAP1.x網關進行WAP業務的訪問。在重定向過程中，由于存在重定向，終端瀏覽器從發起瀏覽請求到最后看到響應結果，至少額外需要兩個Round-Trip的時間開銷。除此之外，還在WAP實際數據通路上的各個功能部件上，額外增加了很多計算開銷。這些開銷增加了通信過程的遲滯時間，嚴重地影響了用戶的使用體驗。 而在WAP2.0系列移動終端通過WAP2.0網關進行WAP業務訪問時，在重定向過程中，由于存在重定向，WAP2.0網關和終端之間增加了兩個Round-Trip的時間開銷，而在WAP2.0網關和業務系統之間增加了兩個Round-Trip和一次建立TCP連接的三路握手的時間開銷。除此之外，還增加了額外的各功能模塊的計算開銷。 3.HTTP重定向所導致性能損耗的解決方案 WAP業務系統中頻繁發生的重定向操作將是整個WAP業務訪問的致命障礙，額外的時間開銷和運算消耗將會大大降低這些業務的使用性能，在實際應用中，是不能允許的。 理論分析和實際測試數據都表明，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，實際情況一般在9k-100k之間。而WAP網關、WAP業務平臺等后臺網絡系統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生的空中來回傳輸過程轉移到后臺網絡系統上來，將本該由低效緩慢的移動終端處理的重定向計算功能轉移到后臺系統上來，是本解決方案的核心思想。 在后臺系統中，設計添加一個功能部件，專門負責攔截過濾所有的HTTP請求和響應，對于發生重定向操作的HTTP響應，WAP網關和計費網關缺省處理是透明地轉發給客戶端，而本模塊將攔截所有發生重定向的HTTP響應，進行特殊處理，如圖2所示。
圖2 HTTP重定向性能損耗解決方案 每個從業務系統（WAP Portal、計費網關或CP服務器）返回的HTTP響應，需要進行過濾處理：獲取HTTP響應的狀態碼，如果為301，302，303，則判斷發生了重定向操作。從響應的HTTP頭中讀取Location頭域的值，這個值就是要重定向過去的真實的絕對URL。對這個URL進行解析，分析出主機地址、端口、路徑等信息。清除掉或者緩沖剛才建立到業務系統的TCP連接，清除此刻前的HTTP響應的內容，重新發起新的HTTP請求，并等候新請求對應的結果。得到結果后進行判斷，如果是正常響應，就生成客戶的HTTP響應，并在返回給客戶的響應頭中添加Content-Location頭域，域值為剛才Location域值的內容，以便終端能識別出本系統處理重定向后的新的內容。 重定向操作全部被重定向代理攔截并代理移動終端來予以處理，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間。 此外，系統設計時根據需要添加了特殊措施，防止出現無限次的相互遞歸重定向，從而導致系統出現工作邏輯上的死循環。遞歸重定向是一個常見的網絡陷阱，很多攻擊手段中都利用處理重定向操作的漏洞來使整個后臺網絡系統癱瘓。 二 TCP連接優化 WAP1.x的所有業務訪問，在到達WAP網關之后，全部是基于TCP連接上的HTTP數據傳輸；而WAP2.0的業務訪問，從移動終端開始，經過WAP2.0網關的所有環節全部都是采用TCP連接和HTTP數據通信。通過TCP連接承載的HTTP數據業務內容，將嚴重依賴TCP連接的建立機制、拆除方法、連接維持及數據傳輸效率等。對于成千上萬的并發用戶的訪問，TCP連接的建立、拆除、數據傳輸、等候響應等變得異常頻繁。TCP連接的任何一點變動，經過瞬間成千上萬用戶的同時在線請求，在宏觀上將出現非常明顯的變化，直接影響到用戶的使用體驗。 1. CDMA WAP 系統中存在的TCP連接 先從微觀分析發生一次用戶瀏覽操作必須經歷的TCP連接全部過程，通過對這個過程的詳細分析，來探討技術上的改進方案。 第一步，用戶通過移動終端，發起瀏覽請求，WAP1.x首先建立WSP會話，在這個會話基礎上發送WSP-Method請求到網關，WAP2.0終端先建立到WAP2.0網關的TCP連接，在這個連接基礎上發送HTTP-Method請求到網關。對這一步，本優化方案將不涉及任何內容。 第二步，從WAP網關開始，隨后發生的數據通信全部是基于TCP連接的。WAP網關收到移動終端的Method請求后，進行相關處理，開始建立到計費網關的TCP連接，建立成功后，通過這個連接將HTTP請求數據發送過去，并等待響應結果。等待一定時間后，可能會出現兩種結果：一是計費網關長時間沒有發送響應，網關等候超時了，這時網關將給移動終端反饋超時等候信息提示；二是計費網關發送回來了響應，網關將這些結果反饋給移動終端顯示。 第三步，從計費網關之后，所有的數據交換全部是基于TCP連接。通過TCP連接進行數據傳輸的全部過程完全類似WAP網關。 2. WAP網關到計費網關和CP的TCP連接分析及優化措施 （1） 網關到計費網關之間需要建立很多個TCP連接，一般是WAP網關接收到一個終端請求，就建立一個到計費網關的TCP連接。TCP連接建立過程要經歷三路握手，三路握手的時間開銷是很大的，至少消耗掉1.5個Round-Trip的時延。此外，用戶請求成千萬，每來一個請求就建立一個TCP連接，很容易讓系統產生大量的激活TCP連接，而操作系統瞬間能支撐的并發TCP連接個數非常有限。在TCP連接數目達到一定極限后，隨后的TCP連接請求將會失敗，這導致很多用戶的請求不被受理，用戶被告知系統繁忙，而無法得到正確結果。 優化措施： ● 采用TCP連接池機制，維持一定數目的連接數量。每個TCP連接完成數據傳輸后，并不是馬上被拆除掉，而是將它回收到連接池中進行管理。當一個新的請求到來時，無需花費三路握手過程來新建立一個連接，而是從連接池中取出一個TCP連接即可。 ● 采用請求隊列來排隊用戶的請求，采用先進先出的策略，防止大并發訪問量下的用戶請求被拒絕的情況發生。為了保障系統能滿負荷，但又高效快速的工作，到計費網關之間的TCP連接總數必須保證低于一個極限值，超過這個極限值的請求將被送到緩沖隊列中，排隊等候，等系統騰出時間或者不忙時，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網關到計費網關之間的數據傳輸時間，提高系統處理終端用戶的并發訪問量。 （2） 終端用戶每次發起一個瀏覽請求，都在WAP網關那里激活一個事務處理流程：接受并理解用戶的請求，將請求轉發到計費網關，等候結果。所以，這個流程大部分時間出于等待狀態。在某一個瞬間，并發存在的事務處理流程總個數是有一定數目限制的，超過這個限制的后續終端用戶請求將被拒絕，用戶被告知系統繁忙或者訪問錯誤，而無法得到正確結果。 優化措施： 這個問題導致的結果是影響用戶單位時間內的并發訪問量。優化的關鍵是如何提高單位時間內事務處理的流程數量。提高數量有兩種途徑： ● 提高硬件系統的配置，增加內存、增加CPU數量、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。 ● 將每一個處理流程的等候時間縮短，縮短到用戶體驗被認可的最高值。比如，用戶發起一個請求后，10秒鐘還沒有結果顯示，可能用戶就放棄這次瀏覽，但WAP網關可能在處理這個請求的等待時間是60秒。我們將等候時間從60秒縮短到20秒，那么原來要等候60秒，現在只能等候20秒，騰出來的40秒用于別的用戶請求。這樣，將大大增加了單位時間內用戶請求的數量，從而提高效率。 但計費網關不同于WAP網關的地方是，WAP網關只需將所有的HTTP請求全部通過與計費網關相連的TCP通道，轉發給計費網關；而計費網關則需要對所有的HTTP請求進行域名解析，根據解析的地址，建立能到達該地址的TCP連接。所以，計費網關建立TCP連接的情形比WAP網關要復雜很多。 計費網關TCP連接比較復雜的原因主要是：用戶請求的內容是位于互聯網上的CP服務器里的，CP服務器的位置和網絡環境是千差萬別的，有的CP服務器與計費網關之間的帶寬足夠寬，有的則很窄，有的CP服務器域名或者IP地址解析和反向解析消耗的時間非常長，有的則很短。正是由于這些因素的存在，從計費網關到CP服務器的TCP連接建立可能很容易，也可能非常費時，甚至很長時間都建立不起來。這樣，計費網關在長時間得不到CP服務器的響應時，將一直不給WAP網關應答，WAP網關也不給用戶應答，用戶將守候移動終端屏幕，看不到任何結果。 這個過程的最糟糕情況是：如果很多用戶同時在訪問這種建立TCP連接有問題的CP服務器，將會使得WAP網關、計費網關全部處于等候狀態，這些系統資源將會全部消耗在長時間的等候中，新的用戶請求不能得到處理，如同整個后臺系統完全崩潰一樣。 對于計費網關這一步，出現這種異常情況的概率非常大，系統很容易處于休克狀態，從而使計費網關在整個WAP業務訪問環節中，顯得比較脆弱和易受攻擊。 針對這種情況，對計費網關的TCP連接管理和控制，提出了若干改進措施，分別如下： ● 改善網絡硬件環境，尤其是對DNS服務器的全球同步和緩存進行優化配置。計費網關的域名查找效率提高了很多，對外建立TCP連接的速度從網絡環境上得到保障。 ● 采用非阻塞通信機制，優化計費網關的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致的系統處于服務停滯現象，如當某個CP提供的URL對應的主機域名不存在或者剛剛申請，全球域名系統還沒有完全同步時，域名的解析將非常耗時；或者某個CP的IP地址是個虛擬IP，或者是個IP陷阱，那么建立到這個IP的連接會非常耗時，等待時間一般都是以分鐘為數量級的，且有大量的并發用戶同時訪問這個陷阱CP時，阻塞通信方式的結果是所有的工作進程/線程全部被阻塞，新的用戶請求就會被拒絕，系統處于休克死亡狀態。非阻塞通信方式并不會將工作進程/線程阻塞，而是將這種等待操作交給事件監聽模塊，采用異步通知機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，并輔以定時器的控制，系統仍然繼續如常地處理(下轉第5頁)(上接第23頁)和響應用戶的新請求。 ● 提高單位時間內計費網關的用戶請求通過和處理量。這個措施主要包括兩項內容：一是縮短每一個請求的處理時間，從以前的60秒，縮短到20秒，如果20秒內TCP連接沒有建立成功，或者沒有得到響應結果，系統將終止這個請求的處理，返回異常給WAP網關。二是系統太繁忙而來不及處理新的請求時，不能拒絕新的請求，而是將這些請求放到請求隊列中緩沖起來，等系統不忙時，繼續處理緩沖中保存的客戶請求。 通過對WAP網關到計費網關和CP的TCP連接優化，WAP后臺業務處理系統從處理性能上得到了顯著改善，系統崩潰和服務被拒絕的可能性大大降低。 以上論述主要針對CDMA WAP系統中對用戶訪問速度和系統性能影響比較大的方面進行有針對性地分析，并進而提出若干優化措施，希望能夠對運營商CDMA WAP系統的建設有所幫助。