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분산 웹 서버 시스템에서의 DNS 기반 동적 부하분산 기법
DNS-based Dynamic Load Balancing Method on a Distributed Web-server System 원문보기

정보과학회논문지. Journal of KIISE. 시스템 및 이론, v.33 no.3, 2006년, pp.193 - 204  

문종배 (숭실대학교 컴퓨터학과) ,  김명호 (숭실대학교 컴퓨터학과)

초록
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대부분의 분산 웹 시스템은 Domain Name System(DNS)을 이용하여 사용자 요청을 분산한다. DNS 기반 부하분산 시스템은 구성하기 쉬운 장점이 있지만, 주소 캐싱 매커니즘에 의해 서버들 사이의 부하 불균형이 발생한다. 또한, 서버의 상태를 파악하기 위해서 DNS의 수정이 필요하다. 본 논문에서는 DNS의 동적 갱신(dynamic update)과 라운드로빈 방법을 이용한 새로운 부하분산 기법을 제안한다. 본 논문에서 제안하는 방법은 DNS의 수정 없이 동적인 부하분산을 한다. 본 논문에서 제안하는 시스템은 서버의 부하량에 따라 서버를 DNS 리스트에 동적으로 추가, 삭제한다. 부하가 많은 서버를 DNS 리스트에서 제거함으로써 사용자 응답시간이 빠르다. 동적인 부하분산을 위하여 CPU와 메토리 네트워크 자원의 사용률에 따른 부하분산 알고리즘을 제안한다. GUI 기반의 관리도구를 이용하여 손쉽게 제안하는 시스템을 관리할 수 있다. 실험을 통하여 본 논문에서 구현한 모듈들이 제안된 시스템의 성능에 많은 영향을 주지 않는다는 것을 보여준다. 또한 기존 라운드로빈 DNS와의 비교실험을 통하여 사용자 응답시간과 파일전송률이 더 빠르다는 것을 보여준다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In most existing distributed Web systems, incoming requests are distributed to servers via Domain Name System (DNS). Although such systems are simple to implement, the address caching mechanism easily results in load unbalancing among servers. Moreover, modification of the DNS is necessary to load c...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 또한 DNS 프로그램 교체에 의해 서비스가 중단될 수 있다. 따라서 본 논문에서는 DNS 프로토콜을 수정하지 않고 서비스 중단 없이 호환성을 유지하기 위하여 부하분산 모듈을 주가하는 방법을 사용한다.
  • 따라서 본 논문에서는 기존 DNS를 이용한 부하분산방식의 단점을 해결하기 위해 DNS를 수정하지 않고 사용자 응답시간이 빠른 새로운 부하분산 시스템을 제안한다. 제안하는 시스템은 사용자 요청을 균형적으로 분배하기 위해 라운드로빈 DNS를 기반으로 하며, DNS를 수정하지 않기 위해 BIND에서 제공하는 동적 DNS 갱신(dynamic DNS update)[10,ll] 방식을 이용한 부하분산 모듈을 추가한다.
  • 본 논문에서 제안한 부하분산 시스템의 효율성을 측정하기 위하여 DNS의 부하를 측정하는 실험을 하였다. DNS에 등록된 서버들을 증가시키면서 DNS의 CPU와 네트워크의 사용량을 측정하였다.
  • 할 요구사항들을 살펴본다. 본 논문에서는 기존 DNS를 이용하여 동적인 부하분산을 할 수 있는 시스템 구축을 목표로 하고 있다. DNS를 이용한 부하분산 시스템을 구현하기 위해서 DNS 프로토콜을 수정한다면 기존 DNS를 모두 바꾸고 재구성해야 하기 때문에 많은 시간과 비용이 소요된다.
  • 본 논문에서는 기존의 라운드로빈 DNS 방식의 단점을 보완하고 다양한 컨텐츠에 대하여 분산 웹 서버의 동적 부하 분산을 위하여 DNS를 이용한 새로운 방식의 부하분 산시스템을 제안하였다. 이 시스템은 기존 라운드로빈 DNS에 부하분산 모듈을 추가하여 DNS를 수정하지 않고 부하분산 시스템을 구성하였다.
  • 표 1은 기존 DNS 기반 부하분산 방법들의 장점과 단점을 정리한 표이다. 본 논문에서는 이러한 단점을 보완한 DNS를 수정하지 않고 서버와 네트워크의 동적인 부하를 고려하는 부하분산 시스템을 제안한다.
  • 불균형이 발생한다. 본 논문에서는 캐싱에 의한 부하의 불균형을 막기 위하여 TTL 값을 최소로 설정한다. 작은 TTL 값이 시스템에 미치는 영향을 측정하기 위하여 TTL 값을 0에서 20초까지 증가하면서 CPU와 네트워크의 사용률을 측정하였다.
  • 본 장에서는 기존 DNS 기반 부하분산 시스템의 단점을 보완한 새로운 부하분산 시스템을 제안한다. 본 논문에서 제안하는 DNS 기반의 부하분산 시스템은 라운드로빈 방식을 기반으로 하며, 부하가 많은 서버들을 감시하여 사용자 요청을 받지 못하도록 한다.
  • 실험을 통하여 본 논문에서 구현한 DNS 기반 부하분산 시스템이 제대로 동작하는지 살펴보았다. 서버를 모니터링하고 부하를 측정하여 최적의 서버 리스트를 유지하는 동안 DNS에 부하가 많이 발생하지 않는 것올 보였다.

가설 설정

  • 부하가 많은 서버에 사용자 요청을 할당하지 않음으로써 사용자 응답시간이 느려지는 것을 방지할 수 있다. 또한 제안하는 시스템의 가장 큰 장점은 DNS를 수정하지 않는다는 것이다.
  • 그러나 1초 이상일 경우에는 많이줄어들어는 것을 볼 수 있다. 온라인 방송이나 온라인교육과 같은 서비스들이 DNS에서 응답한 서버의 IP를가지고 오는 서비스 초기화 시간보다 서비스 받는 시간이 길기 때문에 한 클라이언트가 작은 TTL 값 동안 많은 질의가 발생하지 않는다고 가정한다.
  • 반면에 TTL 값을 작게 함으로써 DNS의 처리가 많아져 부하가 증가할 수 있다. 하지만 인터넷 방송이나 VOD 서비스 같은 자원 사용이 많고 서비스 받는 시간이 긴 서비스에서는 크게 고려하지않아도 된다고 가정한다.
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참고문헌 (21)

  1. Balachander Krishnarnurthy, Craig Wills and Yin Zhang, 'On the Use and Performance of Content Distribution Networks,' Proceedings of the First ACM SIGCOMM Workshop on Internet Measurement, pp, 169-182, 2001 

  2. Valerial Cardellini, Michele Colajanni and Philip S. Yu, 'Geographic Load Balancing for Scalable Distributed Web Systems,' Proceedings of the International Symposium on Modeling, Analysis and Simulation of Computer and Telecommunication Systems (MASCOTS), pp. 20-28, 2000 

  3. Valleria Cardellini, Michele Colajanni and Philip S. Yu, 'Dynamic Load Balancing on Web-server Systems,' IEEE Internet Computing, Vol. 3, No.3, pp. 28-39, 1999 

  4. T. Kwan, R. McGrath and A. Reed, 'NCSA's World Wide Web Server: Design and Perrormance,' IEEE Computer, Vol. 28, No. 11, pp. 67-74, 1995 

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  8. Cisco's DistributedDirector, http://www.cisco.com/ 

  9. Michele Colajanni, Philip S. Yu, 'A Performance Study of Robust Load Sharing Strategies for Distributed Heterogeneous Web Server Systems,' IEEE Transactions on Knowledge and Data Engineering, Vol. 14, No.2, pp. 398-414, 2000 

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  11. RFC 2137, 'Secure Domain Name Dynamic Update,' http://www.ietf.org/rfc/rfc2137.txt, 1997 

  12. Micah Beck, Terry Moor, 'The Internet2 Distributed Storage Infrastructure Project: An Architecture for Internet Content Channels,' Computer Networking and ISDN Systems, pp. 2141-2148, 1998 

  13. Anees Shaikh, Renu Tewari and Mukesh Agrawal, 'On the Effectiveness of DNS-based Server Selection, 

  14. Zhuoquing Morley Mao, Charles D. Cranor, Fred Douglis, Michael Rabinovich, Olvier Spatscheck and jia Wang, 'A Precise and Efficient Evaluation of the Proximity between Web Clients and their Local DNS Servers,' Proceedings of USENIX Annual Technical Conference, 2002 

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  16. Valerial Cardellini, Michele Colajanni and Philip S. Yu, 'DNS Dispatching Algorithms with State Estimators for Scalable Web-server Clusters,' World Wide Web Journal, Baltzer Science, Vol. 2, No.2, pp. 101-113, 1999 

  17. Daniel Andresen, Tao Yang and Oscar H. Ibarra, 'Towards a Scalable WWW Server on Networked Workstations,' Journal of Parallel and Distributed Computing, Vol. 42, pp. 91-100, 1997 

  18. Luis A versa, Azer Bestavros, 'Load Balancing a Cluster of Web Servers Using Distributed Packet Rewriting,' IEEE International Performance, Computing, and Communications Conference, pp. 24-29, 2000 

  19. Ashish Singhai, Swee-Boon Lim and Sanjay R. Radia, 'The SunSCALR Framework for Internet Servers,' Proceedings of the 28th Annual International Symposium on Fault-Tolerant Computing, pp. 108-117, 1998 

  20. Roland J Schemers, 'lbnamed: A Load Balancing Name Server in Perl,' Proceeding 9th systems Administration Conference, Monterey, CA, 1995 

  21. SIEGE, http://joedog.org/siege/ 

저자의 다른 논문 :

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