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Web Cache--网络加速利剑，提升上网体验
一、Web Cache技术背景
众所周知，网络速率和带宽是衡量互联网连接质量的两个重要指标，对于用户体验至关重要。更高的网络速率和带宽意味着更高质量的音视频流媒体、在线游戏、文件下载等应用体验。在实际应用中，网络的速率和带宽通常由网络服务提供商（ISP）所提供的服务决定。用户可以选择不同的网络服务套餐，但是高速率高带宽也意味着高投入。在各行业既要降本增效又要紧跟AI趋势的背景下，利用技术手段在不增加带宽的情况下提升用户体验就成了一种迫切需求，本文要介绍的 Web Cache缓存技术就可实现这个目标。
二、Web Cache技术介绍
在解释Web Cache缓存之前，让我们先来聊一聊有趣的缓存（cache）。这个词最早来源于计算机硬件系统。由于CPU运算速度极快，而内存和硬盘的读写速度相对来说又特别慢，所以CPU每次需要存取数据的时候，就必须等待磁盘的缓慢操作，这对于CPU的性能显然是极大的浪费。说到这里，或许你会联想起那部曾经风靡世界的《疯狂动物城》，车辆管理局里慢悠悠的树懒就好比磁盘，而动作迅捷的兔子朱迪就是满核运载的CPU，两者的对话无论如何都合拍不到一起。回到现实世界，为了快速响应CPU需求，就需要一种高速存储设备来临时存放数据，这便是缓存。Web Cache缓存与之类似，客户端浏览器在显示一个完整网页前，需要去服务器获取一些必要的数据信息，比如图片、网页脚本文件、样式表文件等，浏览器从服务器获取到这些数据，可以在一瞬间完成处理、显示在屏幕上。这个过程的处理速度远远高于通过获取数据的网络传输过程。因此，在加载数据量较多的页面，诸如有较多高清图片或者页面中插入视频的情况下，浏览器显示完整内容之前可能有较长时间的白屏。与此同时，在许多场景下，用户或同一用户群对于相同的网络资源往往有重复访问需求（比如学生观看在线课程或企业员工访问企业应用），此时如果把已经获取过的资源存到本地，下次要加载同样资源的时候就不用到服务器去获取，速度就能快很多。这种机制便是Web Cache缓存技术。
我们常说的缓存，根据资源存放在本地的位置、具体用途以及运行机制的不同，一般分为以下三种：客户端缓存、数据库缓存、服务器缓存
（1）客户端缓存
这种缓存机制从字面上很好理解，就是在客户端上进行的缓存技术，一般指浏览器缓存（Browser Caching）。为了节约网络资源并加速浏览体验，浏览器会在用户磁盘上对最近请求过的数据进行存储，当访问者再次请求这个页面时，浏览器发现申请的资源和本地存留的是一致的，就直接从本地磁盘获取信息并呈现给用户，这样就加速了页面的阅览体验。
（2）数据库缓存
常见的web应用特别是复杂的大型应用都会涉及数据库操作，而数据库中的数据表通常比较多，数据量也很大，在做数据查询时也涉及对服务器性能的消耗和请求访问带来的时间消耗。为了避免频繁的数据查询操作，数据库服务器会将查询到的部分数据暂存在内存数据库中，短时间内如果有相同数据查询，就直接从内存数据库中获取，极大的提高了数据查询性能。常见的数据库缓存技术有Memcache和Redis。
（3）服务器缓存
前面提到的两种方式虽然广泛应用，但都有一些限制。比如客户端缓存仅能缓存单一用户数据，而数据库缓存也只能完成服务端内部的加速，对于跨越网络的数据传输缓慢问题无法改善。针对上述的限制，就需要利用服务器缓存来进行应对。
服务器缓存又称为缓存代理服务器或者代理缓存，是通过部署在客户端和源服务器之间的中间服务器或代理缓存设备来实现数据缓存。这种代理设备接收多个客户端的数据请求，在应对多个客户端申请相同资源请求的场景下，能够有效降低源服务器的负载压力。新华三SR66以及MSR系列中低端路由器支持作为代理缓存设备，能够将用户访问过的Web 页面内容缓存到本地，在承接后续相同响应请求时直接使用缓存内容作为回应。这种代理缓存技术不仅减轻了服务器压力，还减少了WAN链路上传输的数据，节省了网络带宽资源；从用户角度，则缩短了页面加载时间，大大提升了用户上网体验。
三、Web Cache使用场景和流程原理
1、Web Cache产品典型使用组网场景
让我们先来了解下在分支Web客户端场景，用户访问Web服务器并获取信息的过程。首先，用户的访问请求会通过一台出口网关设备发出，经过专线或Internet互联网链路到达总部或数据中心的Web服务器。这个出口网关设备位于用户本地，处理所有出口流量，是提供Web Cache代理服务的最佳位置。
图1：Web Cache典型使用场景
新华三SR66以及MSR系列路由器本身不仅可以作为出口网关设备，同时还支持Web Cache代理服务。在设备上部署Web Cache 代理服务后，Web 客户端就可以不再直接与Web 服务器交互，而是通过向Web Cache 代理服务设备发送请求，由Web Cache 代理服务设备统一获取Web服务器资源并响应Web客户端的HTTP/HTTPS 请求。
我们可以形象地通过身边的例子来加深对这个使用场景的了解。一家小公司会定期组织员工学习某个知识平台关于营销案例的视频分享，员工可以在指定的时间段内通过自己的PC完成在线学习。员工A第一个完成了学习，这个营销案例视频数据就被缓存到了出口网关设备上。其他员工陆续开始学习，他们通过浏览器打开在线视频学习相同的内容就会发现，网页上在线视频打开的速度飞快，让人似乎感受到了绿灯起步跑车百米加速仅2秒的极致酷爽感。
Web Cache给用户带来访问体验提升的同时，对Web客户端和Web服务器来说，它的代理服务还是透明的，这也就意味着在客户端和服务器上无需进行任何设置操作，客户端和服务器也感知不到Web Cache代理服务设备的存在，这不禁让我们想起那些历史上 “事了拂衣去，深藏功与名”的无名侠客，这小小的Web Cache不也是当代网络中的一位提速英雄么？
2、Web Cache产品流程原理
Web Cache的流程原理取决于三个技术层面，一是判断，二是缓存，三是常态转发。
判断是需要对用户发出的Web请求进行判断，符合相应规则的才能进入到后续的缓存流程，一般是通过特定的Web服务器侦听端口来作为判断依据。
缓存是根据用户在设备上设定的信息，对Web服务器返回的数据信息进行缓存，数据有很多格式，仅仅是图片就有jpg、png、bmp等不同编码格式，所以需要用户在设备上预先设定需要缓存的内容。
常态转发是Web Cache 代理服务设备将用户侧的访问请求正常发给Web服务器，也包括将Web服务器返回的信息发回给用户。
简要的流程可以参考下面的图2：
（1） 用户A通过HTTP/HTTPS协议请求访问指定服务器的Web页面资源，出口路由器即Web Cache代理服务设备收到这个请求报文，根据端口的匹配规则匹配到了，先去缓存库里搜索是否有用户A想访问的资源，发现“咦？没有哎！”，就把报文按常态转发继续发送给Web服务器。
（2） Web服务器根据用户A的请求返回了资源数据，出口路由器即Web Cache代理服务设备先收到这个数据，然后根据设备上用户的配置，对数据中符合用户设定的配置进行缓存，诸如用户设定了视频文件即后缀名为mp4格式的数据进行缓存；在缓存的同时，这个Web服务器返回的报文，也会由Web Cache代理服务设备转发给用户A。
（3） 用户B也通过HTTP/HTTPS协议请求访问指定服务器的相同的Web页面资源，出口路由器即Web Cache代理服务设备收到这个请求报文，根据端口的匹配规则匹配到了，先去缓存库里搜索是否有用户A想访问的资源，发现“哈！有相同数据的缓存哎！”，然后由Web Cache代理服务设备来构建响应用户B的报文，将找到的缓存内容直接返回给用户B。
图2：Web Cache产品流程原理
四、Web Cache落地案例
随着金融业务的多样化发展，国内某股份制银行在基于广域网网络上的业务应用体验也开始呈现出一些问题，主要体现在以下几个方面：
（1） 带宽资源占用逐渐增大，带宽瓶颈也逐步体现。
（2） 跨支行关键业务高峰期抖动和丢包几率高，网络稳定性低，客户体验感下降。
（3） 线上培训、应用更新等业务占用专线链路带宽，导致网络拥堵，影响关键业务办理。
（4） 分行在运营商专线支出上每年费用昂贵，网络运营成本高。
客户在每个支行部署新华三MSR路由器设备并开启Web Cache功能，改造后组网拓扑如下。
基于改造后的网络运行一段时间后，各个支行用户反馈上网使用体验有了极大的提升，主要体现在带宽费用降低的同时员工满意度也得到了提升。有图有真相，客户广域网业务流量使用Web Cache代理功能前后对比如下：
（1） 业务高峰时，对比之前波峰降低约50%，降低网络拥堵的同时也提高了网络稳定性。
（2） 带宽节约率达40%，满足了客户对新业务提出的网络应用需求。
客户终端设备在使用Web Cache浏览相同文件速率对比：
（1） 开启Web Cache本地缓存功能，下载同样的资源速率提升30倍以上，大幅提升了用户体验度。
（2） 帮助客户5年直接节省专线成本上百万，在提升网络效率的同时降低了网络运营成本。
五、总结
新华三SR66以及MSR系列路由器通过Web Cache 代理服务来实现Web资源数据的缓存，以有效提升用户体验。在政企数字化加快的背景下，Web Cache技术必将成为网络加速时代的新利剑！
Web Cache--网络加速利剑，提升上网体验
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