Non-renewal TTL-based Cache Replacement Policy and Applications: Case of Modern DNS Hierarchy
Résumé
Caching is undoubtedly one of the most popular solution that easily scales up with a world-wide deployment of resources. Records in Domain Name System (DNS) caches are kept for a pre-set duration (time-to-live or TTL) to avoid becoming outdated. "Modern" caches are those that set locally the TTL regardless of what authoritative servers say. In this report, we introduce analytic models to study the modern DNS cache behavior based on renewal arguments. For both the single cache case and the network of caches case, we derive the cache performance metrics and characterize at each cache the miss process and the aggregate request process. We address the problem of the optimal caching duration and find that if inter-request times have a concave CDF, then the deterministic policy is the best. We validate our single cache model using real DNS traces and our network of caches model using event-driven simulations. Our models consider general caching durations and are tested with deterministic, hypo-exponential, exponential and hyper-exponential distributions. Our models are very robust as the relative error between empirical and analytic values stays within 1% in the first case and within 5% at the highest cache level in the network case. Our models successfully predict the CDF of the miss process even when the renewal assumption is not met.
Le cache est sans doute l'une des solutions les plus populaires et les mieux adaptées pour un déploiement mondial de ressources. Les enregistrements concernant les noms de domaines sur Internet sont conservés dans les caches DNS (Système de noms de domaine) pour une durée prédéterminée nommée TTL ("time-to-live"), évitant ainsi l'obsolescence des enregistrements dans le cache. Les caches DNS dits "modernes" implantent leur propre valeur TTL, indépendamment de la valeur recommandée par les serveurs de noms autoritaires du domaine concerné. Dans ce rapport, nous nous appuyons sur la théorie du renouvellement pour développer des modèles analytiques afin d'étudier les DNS modernes. Nous calculons les performances d'un cache en termes d'occupation et des probabilités de "hit"/"miss" et caractérisons le processus en sortie du cache (le processus des "miss"). Ces résultats, obtenus d'abord pour un cache isolé, sont par la suite étendus aux cas d'un réseau de caches. Dans ce dernier cas, nous caractérisons également le processus issu de l'agrégation des requêtes dans les caches de niveau supérieur. Nous abordons le problème de la distribution optimale du TTL dans un cache et trouvons que si les temps inter-requêtes ont une fonction de répartition concave alors l'optimalité est obtenue en imposant un TTL déterministe. Nos résultats pour un cache isolé sont validés sur une trace réelle de trafic DNS et ceux pour un réseau de caches sont validés par des simulations à événements discrets, considérant des TTLs de distribution déterministe, hypo-exponentielle, exponentielle ou hyper-exponentielle. Nos modèles s'avèrent être très robustes puisque l'erreur relative entre les valeurs empiriques et analytiques reste inférieure à 1% dans le cas d'un cache isolé et à 5% dans le cas du réseau, chez le cache de plus haut niveau. Ainsi, même si le processus de requêtes n'est pas de renouvellement, notre modèle donne avec précision la distribution du processus en sortie d'un cache.
| Origine | Fichiers produits par l'(les) auteur(s) |
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