Web缓存层次结构可以增强缓存效率、提高服务质量,己经成为解决网络拥塞的有效方法之一。而Web缓存层次模型的性能受到缓存替换算法的影响,为此本文重点研究缓存替换算法对Web缓存层次模型不同缓存层性能的影响,采用命中率(HR)、字节命中率(BHR)作为性能评价指标,并使用代价函数方法分析不同层采用不同替换算法组合时的Web缓存层次模型的性能。论文首先介绍解决网络访问延迟的常用措施,着重阐述了Web缓存技术的相关概念及体系结构,接着采用形式化方法描述Web缓存模型；针对现有缓存替换算法进行归纳分析,并给出评价缓存的性能指标；然后针对Web缓存层次模型提出请求分发的三种基本模式,利用代价函数分析Web缓存层次模型的性能；最后实验采用数学建模的方法产生模拟日志,验证模拟日志的真实性；并针对Web缓存层次模型采用不同替换算法(LRU、LFU、GDS)组合时的缓存性能进行评价和代价函数分析。实验结果表明：与其他替换算法组合相比,当Web缓存层次模型采用LFU-GDS组合(LFU-GDS代表低层缓存采用LFU替换算法,高层缓存采用GDS替换算法)或LRU-GDS组合时,Web缓存层次模型在BHR方面呈现较好的性能,并获得较低的请求代价。