CDN的關(guān)鍵技術(shù)

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隨著寬帶網(wǎng)絡(luò)和寬帶流媒體應(yīng)用的興起，CDN(通常被稱為內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)Content distribution network，有時也被稱作內(nèi)容傳遞網(wǎng)絡(luò)Contentdeliverynetwork)作為一種提高網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容，特別是提高流媒體內(nèi)容傳輸?shù)姆?wù)質(zhì)量、節(jié)省骨干網(wǎng)絡(luò)帶寬的技術(shù)，在國內(nèi)外得到越來越廣泛的應(yīng)用。

CDN的關(guān)鍵技術(shù)主要有內(nèi)容路由技術(shù)、內(nèi)容分發(fā)技術(shù)、內(nèi)容存儲技術(shù)、內(nèi)容管理技術(shù)等。

內(nèi)容路由技術(shù)

CDN負(fù)載均衡系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)CDN的內(nèi)容路由功能。它的作用是將用戶的請求導(dǎo)向整個CDN網(wǎng)絡(luò)中的最佳節(jié)點(diǎn)。最佳節(jié)點(diǎn)的選定可以根據(jù)多種策略，例如距離最近、節(jié)點(diǎn)負(fù)載最輕等。負(fù)載均衡系統(tǒng)是整個CDN的核心，負(fù)載均衡的準(zhǔn)確性和效率直接決定了整個CDN的效率和性能。

通常負(fù)載均衡可以分為兩個層次:全局負(fù)載均衡(GSLB)和本地負(fù)載均衡(SLB)。全局負(fù)載均衡(GSLB)主要的目的是在整個網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)將用戶的請求定向到最近的節(jié)點(diǎn)(或者區(qū)域)。因此，就近性判斷是全局負(fù)載均衡的主要功能。本地負(fù)載均衡一般局限于一定的區(qū)域范圍內(nèi)，其目標(biāo)是在特定的區(qū)域范圍內(nèi)尋找一臺最適合的節(jié)點(diǎn)提供服務(wù)，因此，CDN節(jié)點(diǎn)的健康性、負(fù)載情況、支持的媒體格式等運(yùn)行狀態(tài)是本地負(fù)載均衡進(jìn)行決策的主要依據(jù)。

負(fù)載均衡可以通過多種方法實(shí)現(xiàn)，主要的方法包括DNS、應(yīng)用層重定向、傳輸層重定向等等。

對于全局負(fù)載均衡而言，為了執(zhí)行就近性判斷，通常可以采用兩種方式，一種是靜態(tài)的配置，例如根據(jù)靜態(tài)的IP地址配置表進(jìn)行IP地址到CDN節(jié)點(diǎn)的映射。另一種方式是動態(tài)的檢測，例如實(shí)時地讓CDN節(jié)點(diǎn)探測到目標(biāo)IP的距離(可以采用RRT，Hops作為度量單位)，然后比較探測結(jié)果進(jìn)行負(fù)載均衡。當(dāng)然，靜態(tài)和動態(tài)的方式也可以綜合起來使用。

對于本地負(fù)載均衡而言，為了執(zhí)行有效的決策，需要實(shí)時地獲取Cache設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。獲取的方法一般有兩種，一種是主動探測，一種是協(xié)議交互。主動探測針對SLB設(shè)備和Cache設(shè)備沒有協(xié)議交互接口的情況，通過ping等命令主動發(fā)起探測，根據(jù)返回結(jié)果分析狀態(tài)。另一種是協(xié)議交互，即SLB和Cache根據(jù)事先定義好的協(xié)議實(shí)時交換運(yùn)行狀態(tài)信息，以便進(jìn)行負(fù)載均衡。比較而言，協(xié)議交互比探測方式要準(zhǔn)確可靠，但是目前尚沒有標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議，各廠家的實(shí)現(xiàn)一般僅是私有協(xié)議，互通比較困難。

內(nèi)容分發(fā)技術(shù)

內(nèi)容分發(fā)包含從內(nèi)容源到CDN邊緣的Cache的過程。從實(shí)現(xiàn)上看，有兩種主流的內(nèi)容分發(fā)技術(shù):PUSH和PULL。

PUSH是一種主動分發(fā)的技術(shù)。通常，PUSH由內(nèi)容管理系統(tǒng)發(fā)起，將內(nèi)容從源或者中心媒體資源庫分發(fā)到各邊緣的Cache節(jié)點(diǎn)。分發(fā)的協(xié)議可以采用HTTP/FTP等。通過PUSH分發(fā)的內(nèi)容一般是比較熱點(diǎn)的內(nèi)容，這些內(nèi)容通過PUSH方式預(yù)分發(fā)(Preload)到邊緣Cache，可以實(shí)現(xiàn)有針對的內(nèi)容提供。對于PUSH分發(fā)需要考慮的主要問題是分發(fā)策略，即在什么時候分發(fā)什么內(nèi)容。一般來說，內(nèi)容分發(fā)可以由CP(內(nèi)容提供商)或者CDN內(nèi)容管理員人工確定，也可以通過智能的方式?jīng)Q定，即所謂的智能分發(fā)。它根據(jù)用戶訪問的統(tǒng)計(jì)信息，以及預(yù)定義的內(nèi)容分發(fā)的規(guī)則，確定內(nèi)容分發(fā)的過程。

PULL是一種被動的分發(fā)技術(shù)，PULL分發(fā)通常由用戶請求驅(qū)動。當(dāng)用戶請求的內(nèi)容在本地的邊緣Cache上不存在(未命中)時，Cache啟動PULL方法從內(nèi)容源或者其他CDN節(jié)點(diǎn)實(shí)時獲取內(nèi)容。在PULL方式下，內(nèi)容的分發(fā)是按需的。

在實(shí)際的CDN系統(tǒng)中，一般兩種分發(fā)方式都支持，但是根據(jù)內(nèi)容的類型和業(yè)務(wù)模式的不同，在選擇主要的內(nèi)容分發(fā)方式時會有所不同。通常，PUSH的方式適合內(nèi)容訪問比較集中的情況，如熱點(diǎn)的影視流媒體內(nèi)容;PULL方式比較適合內(nèi)容訪問分散的情況。

在內(nèi)容分發(fā)的過程中，對于Cache設(shè)備而言，關(guān)鍵的是需要建立內(nèi)容源URL、內(nèi)容發(fā)布的URL、用戶訪問的URL，以及內(nèi)容在Cache中存儲的位置之間的映射關(guān)系。

容存儲技術(shù)

對于CDN系統(tǒng)而言，需要考慮兩個方面的內(nèi)容存儲問題。一個是內(nèi)容源的存儲，一個是內(nèi)容在Cache節(jié)點(diǎn)中的存儲。

對于內(nèi)容源的存儲，由于內(nèi)容的規(guī)模比較大(通常可以達(dá)到幾個甚至幾十個TB)，而且內(nèi)容的吞吐量較大，因此，通常采用海量存儲架構(gòu)。如NAS和SON。

對于在Cache節(jié)點(diǎn)中的存儲，是Cache設(shè)計(jì)的一個關(guān)鍵問題。需要考慮的因素包括功能和性能兩個方面:在功能上包括對各種內(nèi)容格式的支持、對部分緩存的支持，在性能上包括支持的容量、多文件吞吐率、可靠性、穩(wěn)定性。

其中，多種內(nèi)容格式的支持要求存儲系統(tǒng)根據(jù)不同文件格式的讀寫特點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化，以提高文件內(nèi)容讀寫的效率，特別是對流媒體文件的讀寫。

部分緩存能力指流媒體內(nèi)容可以以不完整的方式存儲和讀取。部分緩存的需求來自用戶訪問行為的隨機(jī)性，因?yàn)樵S多用戶并不會完整地收看整個流媒體節(jié)目，事實(shí)上，許多用戶訪問單個流媒體節(jié)目的時間不超過10分鐘。因此，部分緩存能力能夠大大提高存儲空間的利用率，并有效地提高用戶請求的響應(yīng)時間。但是部分緩存可能導(dǎo)致內(nèi)容出現(xiàn)碎片問題，需要進(jìn)行良好的設(shè)計(jì)和控制。

Cache存儲的另一個重要因素是存儲的可靠性，目前，多數(shù)存儲系統(tǒng)都采用了RAID技術(shù)進(jìn)行可靠存儲。但是不同設(shè)備使用的RAID方式各有不同。

內(nèi)容管理技術(shù)

內(nèi)容管理在廣義上涵蓋了從內(nèi)容的發(fā)布、注入、分發(fā)、調(diào)整、傳遞等一系列過程。在這里，內(nèi)容管理重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)內(nèi)容進(jìn)入Cache點(diǎn)后的內(nèi)容管理，我們稱為本地內(nèi)容管理。

本地內(nèi)容管理主要針對一個CDN節(jié)點(diǎn)(由多個CDN Cache設(shè)備和一個SLB設(shè)備構(gòu)成)進(jìn)行。本地內(nèi)容管理的主要目標(biāo)是提高內(nèi)容服務(wù)的效率，提高本地節(jié)點(diǎn)的存儲利用率。通過本地內(nèi)容管理，可以在CDN節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)基于內(nèi)容感知的調(diào)度，通過內(nèi)容感知的調(diào)度，可以避免將用戶重定向到?jīng)]有該內(nèi)容的Cache設(shè)備上，從而提高負(fù)載均衡的效率。通過本地內(nèi)容管理還可以有效地實(shí)現(xiàn)在CDN節(jié)點(diǎn)內(nèi)容的存儲共享，提高存儲空間的利用率。

在實(shí)現(xiàn)上，本地內(nèi)容管理主要包括如下幾個方面。

一是本地內(nèi)容索引。本地內(nèi)容管理首先依賴于對本地內(nèi)容的了解。包括每個Cache設(shè)備上內(nèi)容的名稱、URL、更新時間、內(nèi)容信息等。本地內(nèi)容索引是實(shí)現(xiàn)基于內(nèi)容感知的調(diào)度的關(guān)鍵。

二是本地內(nèi)容拷貝。通常，為了提高存儲效率，同一個內(nèi)容在一個CDN節(jié)點(diǎn)中僅存儲一份，即僅存儲在某個特定的Cache上。但是一旦對該內(nèi)容的訪問超過該Cache的服務(wù)提供能力，就需要在本地(而不是通過PUSL的方式)實(shí)現(xiàn)內(nèi)容的分發(fā)。這樣可以大大提高效率。

三是本地內(nèi)容訪問狀態(tài)信息收集。搜集各個Cache設(shè)備上各個內(nèi)容訪問的統(tǒng)計(jì)信息，Cache設(shè)備的可用服務(wù)提供能力及內(nèi)容變化的情況。

可以看出，通過本地內(nèi)容管理，可以將內(nèi)容的管理從原來的Cache設(shè)備一級，提高到CDN節(jié)點(diǎn)一級，從而大大增加了CDN的可擴(kuò)展性和綜合能力。

綜上所述，CDN作為一種支持大規(guī)模高質(zhì)量的流媒體服務(wù)的關(guān)鍵技術(shù)，目前已經(jīng)基本成熟，具備了廣泛應(yīng)用的能力。

來源：KMCENTER