TWI647935B - 節省骨幹網路頻寬的系統與方法 - Google Patents

Abstract

本案提供一種節省骨幹網路頻寬的系統與方法。在至少一些實施例中，可使用封包分析伺服器來分析邊界伺服器自骨幹網域中的檔案伺服器所擷取到的網路封包以產生用以紀錄熱門檔案的檔案快取清單。爾後，區域快取伺服器可根據檔案快取清單以自檔案伺服器下載熱門檔案，以供客戶端下載，藉此節省骨幹網路頻寬。

Description

節省骨幹網路頻寬的系統與方法

本發明係關於一種節省骨幹網路頻寬的技術，特別是一種分析網路封包來產生檔案快取清單，以針對檔案快取清單上的熱門檔案進行快取來節省骨幹網路頻寬的系統與方法。

隨著資訊時代的來臨，每天都有大量的資訊產生，例如：熱門的軟體、音樂、視頻、遊戲等檔案。而位於骨幹網域中的伺服器經常會接到客戶端提出存取這些熱門檔案的要求。

比較麻煩的是，隨著存取熱門檔案之客戶端要求的增加，骨幹網域中的頻寬漸漸不敷使用，這樣對於其它亦想使用骨幹網域中的線路來傳送訊息的使用者會造成許多不便。

鑑於前述問題，著實有必要提供一有效節省骨幹網路頻寬的系統與方法，來解決骨幹網域中頻寬不足的問題。

基於先前技術所存在的問題，本發明揭示了節省骨幹 網路頻寬的系統與方法。相較於先前技術，本發明之一實施例揭示了針對熱門檔案產生檔案快取清單，以將該檔案快取清單中前幾名的檔案儲存於區域快取伺服器以供客戶端下載，藉此避免客戶端直接從骨幹網域中的檔案伺服器下載檔案而消耗大量頻寬，以達到節省骨幹網路頻寬之效果。

本發明之一實施例提供了一種節省骨幹網路頻寬的系統，包含一邊界伺服器、一封包分析伺服器、及一區域快取伺服器。

該邊界伺服器自一或多個客戶端接收存取一檔案伺服器上之一或多個檔案的要求，以依據該等要求自該檔案伺服器下載該一或多個檔案，其中，該檔案伺服器係位於骨幹網域中。

該封包分析伺服器自該邊界伺服器擷取網路封包，以針對該等網路封包進行分析來產生一檔案快取清單，其中，該等網路封包包括由該邊界伺服器自該檔案伺服器所下載之一或多個檔案及描述該一或多個檔案的檔案資訊。

該區域快取伺服器自該封包分析伺服器取得該檔案快取清單，以根據該一或多個檔案是否列於該檔案快取清單中，來決定是否從該檔案伺服器下載該一或多個檔案，其中，若該一或多個檔案列於該檔案快取清單中，則該區域快取伺服器會自該檔案伺服器下載該一或多個檔案，而若該一或多個檔案並未列於該檔案快取清單中，則該區域快取伺服器不會自該檔案伺服器下載該一或多個檔案。

在另一實施例中，該封包分析伺服器會將該檔案快取清單傳送給該邊界伺服器，以供該邊界伺服器判斷該一或多個檔案是否列於該檔案快取清單中；若否，則該邊界伺服器會自該檔案伺服器下載該一或多個檔案傳送給該一或多個客戶端。

在另一實施例中，若該一或多個檔案係列於該檔案快取清單中，則該邊界伺服器會通知該一或多個客戶端至該區域快取伺服器下載該一或多個檔案。

本發明之又一實施例提供了一種節省骨幹網路頻寬的方法，包含以下步驟：(1)擷取通過一邊界伺服器的網路封包，其中，該等網路封包包括該邊界伺服器自一檔案伺服器所下載的一或多個檔案及描述該一或多個檔案的檔案資訊；(2)針對該等網路封包進行統計分析及排序以產生一檔案快取清單；(3)將該檔案快取清單傳送給該邊界伺服器及一區域快取伺服器，以將該邊界伺服器及該區域快取伺服器中的舊有清單更新為該檔案快取清單；及(4)依據該區域快取伺服器基於該檔案快取清單所取得針對該一或多個檔案的節降流量(offload)來驗證檔案快取成效。

在又一實施例中，該等檔案資訊包含該一或多個檔案的來源網域及檔案大小。

在又一實施例中，該步驟(2)包含以下步驟：(2-1)分析該一或多個檔案，以依據該一或多個檔案的來源網域來對該一或多個檔案進行第一次排序；(2-2)依據該一或多個檔案的下載標量(HitVolume)來對該一或多個檔案進行第二 次排序，其中，該等下載標量係指同一來源網域中，同一檔案被多次存取的總流量；(2-3)計算第二次排序後排序在預設排名前(如前5名)之檔案的MD5數值來確認該等第二次排序後排序在預設排名前(如前5名)之檔案是否為靜態檔案；(2-4)剔除該等第二次排序後排序在預設排名前(如前5名)之檔案中不是靜態檔案者，以針對未被剔除者進行第三次排序；及(2-5)根據第三次排序的結果，產生一檔案快取清單。

在又一實施例中，該步驟(2-2)更包含以下步驟：計算該一或多個檔案與其來源網域的下載標量；根據該等下載標量來對該一或多個檔案進行排序；及根據排序結果，表列出前幾名的檔案。

在又一實施例中，若該一或多個檔案係於第一次週期中自該檔案伺服器下載，則第一次週期中的下載標量係由以下公式計算得出：第一次下載標量(HV)=下載率(HitRate)x總流量(Volume)，其中，總流量係來自同一來源網域且於同一週期內，總通過的流量數；及下載率係為同一來源網域中，同一檔案被多次下載的頻率，其定義為：來自同一來源網域中某一檔案的下載次數除以來自該同一來源網域中所有檔案的總下載次數。

在又一實施例中，若該一或多個檔案係於第二次以上週期中自該檔案伺服器下載，則第二次以上週期中的下載標量係由以下公式計算得出：多次下載標量=HV *(1-W)+ROV * W，其中，W為第二次以上週期中的下載標量之權重；而ROV為前一次週期中所取得的節降流量。

在又一實施例中，W係由網路管理者視前一次週期中的節降流量之成效來進行設定。

應理解，以上描述的標的可實施為電腦控制的設備、電腦程式、計算系統，或作為製品，諸如，電腦可讀取儲存媒體。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明。在以下描述內容中將部分闡述本發明之額外特徵及優點，且此等特徵及優點將部分自所述描述內容顯而易見，或可藉由對本發明之實踐習得。本發明之特徵及優點借助於在申請專利範圍中特別指出的元件及組合來認識到並達到。應理解，前文一般描述與以下詳細描述兩者均僅為例示性及解釋性的，且不欲約束本發明所主張之範圍。

100‧‧‧客戶端

101‧‧‧邊界伺服器

102‧‧‧檔案伺服器

103‧‧‧大數據封包分析伺服器

104‧‧‧區域快取伺服器

S11~S14‧‧‧步驟

S121~S125‧‧‧步驟

S1221~S1223‧‧‧步驟

第1圖為一般網路架構示意圖；第2圖為本發明之網路架構示意圖；第3圖為本發明之一實施例中節省骨幹網路頻寬之方法流程圖；第4圖為本發明之一實施例中分析快取標的之方法流程圖；及第5圖為本發明之一實施例中取得排序後前幾名網域(TopN domain)及檔案之方法流程圖。

以下藉由特定的具體實施形態說明本發明之實施方 式，熟悉此技術之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地了解本發明之其他優點與功效，亦可藉由其他不同的具體實施形態加以施行或應用。

本發明揭示了一種節省骨幹網路頻寬的系統與方法。現在參閱第1圖，其係一般網路架構示意圖。

在一般網路架構圖中，位於骨幹網域中的檔案伺服器102通常儲存有許多檔案供客戶端(client)下載。每當檔案伺服器儲存有熱門檔案時，會有多個客戶端100提出向檔案伺服器102存取其上所儲存之熱門檔案的要求(request)。

此時，邊界伺服器101會根據多個客戶端100的要求，自檔案伺服器102多次下載該熱門檔案。舉例而言，若有N個客戶端100提出存取該熱門檔案的要求，則邊界伺服器101會從檔案伺服器102下載N次此一熱門檔案。此舉，無疑會在邊界伺服器101及檔案伺服器102之間產生大量的網路流量。

請參看第2圖，其係本發明之網路架構示意圖。在第2圖中，大數據封包分析伺服器103會週期性統計邊界伺服器101自檔案伺服器102下載熱門檔案的下載次數及下載流量，從而產生熱門檔案相關的檔案快取清單。之後，大數據封包分析伺服器103會將此檔案快取清單傳送給邊界伺服器101及區域快取伺服器104。

此時，區域快取伺服器104會根據檔案快取清單上的內容，直接自檔案伺服器102下載檔案快取清單中排序前 幾名的熱門檔案。

爾後，如果再有客戶端100向邊界伺服器101提出下載檔案伺服器102中之檔案的要求，則邊界伺服器101會先檢查該檔案是否是檔案快取清單中排序前幾名的熱門檔案。若是，則邊界伺服器101會通知客戶端100直接自區域快取伺服器104下載該熱門檔案。如此一來，便可有效節省邊界伺服器101與檔案伺服器102間的網路頻寬，並達到節降流量(offload)的效果。

本領域具通常知識者應瞭解，大數據封包分析伺服器103係為可用以分析封包的計算裝置，包含但不限於掌上型裝置、多處理器系統、基於微處理器的或可程式的消費者電子設備、迷你電腦、大型主機等。

以下請參閱第3圖，其係本發明之一實施例中節省骨幹網路頻寬之方法流程圖。

首先，在步驟S11中，大數據封包分析伺服器103會自邊界伺服器101擷取通過邊界伺服器101的網路封包，網路封包的內容包含但不限於客戶端100透過邊界伺服器101向檔案伺服器102要求下載的檔案(如：熱門影集、音樂、遊戲、影像等)及描述檔案的資訊(如：檔案的來源網域、檔案大小等資訊)等。

作為示例目的，大數據封包分析伺服器103自邊界伺服器101所擷取的網路封包內容可如表格1所示。

接著，在步驟S12中，大數據封包分析伺服器103會針對擷取到的網路封包，進行統計分析及排序以產生檔案快取清單。其中，統計分析及排序準則可參考第4及5圖。

之後，在步驟S13中，大數據封包分析伺服器103會將此檔案快取清單傳送給邊界伺服器101及區域快取伺服器104，以便邊界伺服器101及區域快取伺服器104將舊的檔案快取清單更新為此檔案快取清單。

最後，在步驟S14中，將區域快取伺服器104根據更新後檔案快取清單所取得節降流量的效果(即，所節省邊界伺服器101與檔案伺服器102間的網路頻寬)，回報給大數據封包分析伺服器103，來作為節降流量效果的驗證，並列為下一週期中，大數據封包分析伺服器103產生檔案快取清單的考量因素之一。

以下請參閱第4圖，其係本發明之一實施例中分析快取標的之方法流程圖。

首先，在步驟S121中，大數據封包分析伺服器103會分析擷取到的網路封包，以根據當中的檔案來源網域來進行排序，進而取得排序前幾名的網域(TopN domain)及其檔案之列表。

作為示例目的，大數據封包分析伺服器103根據封包中的來源網域進行排序後的結果可如表格2所示。

接著，在步驟S122中，大數據封包分析伺服器103會根據下載標量(HitVolume)對於封包內容進行再次排序。其中，HitVolume係為同一網域中，同一檔案被多次存取的總流量。此外，步驟S122中的詳細排序規則可參考第5圖。

在一實施例中，使用者可以設定排序前幾名的網域及其檔案最低的檔案存取次數，而將存取次數不到特定數值的檔案自列表中剔除。

作為示例目的，假設使用者設定最低的檔案存取次數係為3次，如表格3所示。

根據表格3的內容，存取次數不足3次的檔案會自列表中剔除，剔除後的內容如表格4所示。

之後，在步驟S123中，大數據封包分析伺服器103會針對前幾名檔案進行雜湊計算(如：利用MD5訊息摘要演算法)，以確認其是否為靜態檔案。

在一實施例中，大數據封包分析伺服器103會針對針對自邊界伺服器101所擷取到的前幾名檔案進行MD5計算。之後，大數據封包分析伺服器103再多次向檔案伺服器102發送存取該前幾名檔案的存取要求，以在自檔案伺服器102取得前幾名檔案後，對取得的檔案進行MD5計算。

之後，大數據封包分析伺服器103再比對自邊界伺服器101所擷取到的前幾名檔案所計算出的MD5數值與自檔案伺服器102取得前幾名檔案所計算出的MD5數值是否相同，進而確認自邊界伺服器101所擷取到的前幾名檔案是否為靜態檔案。

然後，在步驟S124中，大數據封包分析伺服器103會在步驟S122中所產生的列表中剔除非靜態檔案的來源網域及其檔案資料，藉此重新產生正確的檔案快取清單。

最後，在步驟S125中，大數據封包分析伺服器103可將此檔案快取清單傳送給邊界伺服器101與區域快取伺服器104，以供區域快取伺服器104根據此檔案快取清單，直接自檔案伺服器102取得檔案快取清單所列之快取標的(即，熱門檔案)。

應注意的是，上述靜態檔案通常包含但不限於jpg檔、bmp檔、gif檔、txt檔等；而動態網頁(如：jsp檔、php檔、asp檔、aspx檔等)通常不是靜態檔案。然而，判斷一個檔案是否為靜態檔案，不單僅以其副檔名作為判斷依據，而應經過雜湊計算(如：MD5訊息摘要演算法)後，方可斷定其是否為靜態檔案。 以下請參閱第5圖，其係本發明之一實施例中取得排序後前幾名網域及檔案之方法流程圖。

首先，在步驟S1221中，大數據封包分析伺服器103會計算邊界伺服器101自檔案伺服器102下載的所有檔案(檔案封包)及其網域的HitVolume。其中，HitVolume可定義為：HitVolume=(HitRate)x(Volume)

Volume(總流量)係為該網域於同一週期時間內，通過的總流量數。而HitRate(下載率)係為同一網域中，同一檔案被多次存取的出現率，其可定義為：某檔案被存取的次數(大於M次)除以該網域的總存取次數。

作為示例目的，HitVolume的計算如表格5所示。

在一實施例中，在計算熱門檔案的HitVolume時，需考量熱門檔案是否是第一次出現在檔案快取清單中。若已出現兩次以上，則在計算熱門檔案的HitVolume時，需同時考量上一次熱門檔案實際取得的offload數值(ROV， Real Offload Volume)。

進一步地，倘若根據前述HitVolume計算公式針對某一熱門檔案計算出來的HitVolume係為HV。如果此熱門檔案是第一次出現在檔案快取清單中，則此熱門檔案的HitVolume即為HV。

相反地，如果此熱門檔案並非第一次出現在檔案快取清單中(如：第二次、第三次、第四次等)，則在計算該熱門檔案之HitVolume時，則應將上一次取得的ROV納入計算，其計算公式如下所示：此次的HitVolume=HV *(1-W)+ROV * W

其中，W為可調整的變數，範圍為0~1之間的浮點數，其可由網路管理者視前一次週期中的節降流量之成效來進行調整、設定。W越大，代表越在意當下週期的結果；反之，則代表較為在意前一次週期的快取成效結果。

之後，在步驟S1222中，大數據封包分析伺服器103會依據各網域的HitVolume來對各網域及其檔案進行排序。

作為示例目的，針對表格5內容進行HitVolume排序後的結果如表格6所示。

最後，在步驟S1223中，大數據封包分析伺服器103能得到排序後前幾名的網域及其檔案名稱。

作為示例目的，大數據封包分析伺服器103所獲得排序後前幾名的網域及其檔案名稱之內容如表格7所示。

現在回到第4圖，在步驟S123中，大數據封包分析伺服器103確認前幾名檔案是否為靜態檔案的過程可如表格8所示。

而在第4圖的步驟S124中，大數據封包分析伺服器103會剔除非靜態檔案的來源網域及其檔案資料來產生正確的檔案快取清單，其內容如表格9所示。

最後，回到第3圖，在步驟S14中，區域快取伺服器104把依照檔案快取清單所取得的節降流量效果回報給大數據封包分析伺服器103，來作為節降流量效果的驗證。

以表格9的檔案快取清單為例，假設區域快取伺服器104針對網域b.com下的x.mp4檔案所取得的節降流量為144MB，而針對網域a.com下的1.png檔案所取得的節降流量為2MB。

此外，區域快取伺服器104回報給大數據封包分析伺服器 103的節降流量內容如表格10所示。

爾後，待下個週期中，大數據封包分析伺服器103針對網域b.com下的x.mp4檔案及網域a.com下的1.png檔案計算HitVolume時，即可以將前次中該二者所取得的節降流量納入計算HitVolume的考量。此時，HitVolume的計算公式為此次的HitVolume=HV *(1-W)+ROV * W

而針對網域b.com下的x.mp4檔案及網域a.com下的1.png檔案所計算出的HitVolume分別為：x.mp4：72 *(1-0.3)+144 * 0.3=50.4+43.2=93.6

1.png：0.857 *(1-0.3)+2 * 0.3=0.5999+0.6=1.1999

如此一來，隨著每次週期中區域快取伺服器104實際量測到節降流量的不同，大數據封包分析伺服器103可以動態調整HitVolume的計算來產生適用的檔案快取清單，如此便可達到有效節省骨幹網路頻寬的效果。

上述實施形態僅例示性說明本發明之原理、特點及其功效，並非用以限制本發明之可實施範疇，任何熟習此項技藝之人士均可在不違背本發明之精神及範疇下，對上述實施形態進行修飾與改變。任何運用本發明所揭示內容而完成之等效改變及修飾，均仍應為申請專利範圍所涵蓋。 因此，本發明之權利保護範圍，應如申請專利範圍所列。

Claims (9)

1. 一種節省骨幹網路頻寬的系統，包含：一邊界伺服器，其自一或多個客戶端接收存取一檔案伺服器上之一或多個檔案的要求，以依據該等要求自該檔案伺服器下載該一或多個檔案，其中，該檔案伺服器係位於骨幹網域中；一封包分析伺服器，其自該邊界伺服器擷取網路封包，以針對該等網路封包進行分析來產生一檔案快取清單，其中，該等網路封包包括由該邊界伺服器自該檔案伺服器所下載之一或多個檔案及描述該一或多個檔案的檔案資訊；及一區域快取伺服器，其自該封包分析伺服器取得該檔案快取清單，以根據該一或多個檔案是否列於該檔案快取清單中，來決定是否從該檔案伺服器下載該一或多個檔案，其中，若該一或多個檔案列於該檔案快取清單中，則該區域快取伺服器會自該檔案伺服器下載該一或多個檔案，且該封包分析伺服器將該檔案快取清單傳送給該邊界伺服器及該區域快取伺服器，以將該邊界伺服器及該區域快取伺服器中的舊有清單更新為該檔案快取清單。
2. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中，該封包分析伺服器會將該檔案快取清單傳送給該邊界伺服器，以供該邊界伺服器判斷該一或多個檔案是否列於該檔案快取清單中；若是，則該邊界伺服器會通知該一或多個客 戶端至該區域快取伺服器下載該一或多個檔案；若否，則該邊界伺服器會自該檔案伺服器下載該一或多個檔案傳送給該一或多個客戶端。
3. 一種節省骨幹網路頻寬的方法，包含以下步驟：(1)擷取通過一邊界伺服器的網路封包，其中，該等網路封包包括該邊界伺服器自一檔案伺服器所下載的一或多個檔案及描述該一或多個檔案的檔案資訊；(2)針對該等網路封包進行統計分析及排序以產生一檔案快取清單；(3)將該檔案快取清單傳送給該邊界伺服器及一區域快取伺服器，來將該邊界伺服器及該區域快取伺服器中的舊有清單更新為該檔案快取清單；及(4)依據該區域快取伺服器基於該檔案快取清單所取得針對該一或多個檔案的節降流量(offload)來驗證檔案快取成效。
4. 如申請專利範圍第3項所述之方法，其中，該等檔案資訊包含該一或多個檔案的來源網域及檔案大小。
5. 如申請專利範圍第4項所述之方法，其中，該步驟(2)包含以下步驟：(2-1)分析該一或多個檔案，以依據該一或多個檔案的來源網域來對該一或多個檔案進行第一次排序；(2-2)依據該一或多個檔案的下載標量(HitVolume)來對該一或多個檔案進行第二次排序，其中，該等下載標量係指同一來源網域中，同一檔案被多次存取的總流 量；(2-3)計算第二次排序後排序在預設排名前之檔案的MD5數值來確認該等第二次排序後排序在預設排名前之檔案是否為靜態檔案；(2-4)剔除該等第二次排序後排序在預設排名前之檔案中不是靜態檔案者，以針對未被剔除者進行第三次排序；及(2-5)根據第三次排序的結果，產生一檔案快取清單。
6. 如申請專利範圍第5項所述之方法，其中，該步驟(2-2)更包含以下步驟：計算該一或多個檔案與其來源網域的下載標量；根據該等下載標量來對該一或多個檔案進行排序；及根據排序結果，表列出前幾名的檔案，其中，該排序結果係根據第一次下載標量(HV)的數值大小由大至小進行排序。
7. 如申請專利範圍第6項所述之方法，其中，若該一或多個檔案係於第一次週期中自該檔案伺服器下載，則第一次週期中的下載標量係由以下公式計算得出：第一次下載標量(HV)=下載率(HitRate)x總流量(Volume)，其中，總流量係來自同一來源網域且於同一週期內，總通過的流量數；及下載率係為同一來源網域中，同一檔案被多次下載的頻率，其定義為：來自同一來源 網域中某一檔案的下載次數除以來自該同一來源網域中所有檔案的總下載次數。
8. 如申請專利範圍第7項所述之方法，其中，若該一或多個檔案係於第二次以上週期中自該檔案伺服器下載，則第二次以上週期中的下載標量係由以下公式計算得出：多次下載標量=HV*(1-W)+ROV*W，其中，W為第二次以上週期中的下載標量之權重；而ROV為前一次週期中所取得的節降流量。
9. 如申請專利範圍第8項所述之方法，其中，W係由網路管理者視前一次週期中的節降流量之成效來進行設定。