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多媒體通信中內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)分析 |
| 摘 要：內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)（Content Distribution Network，CDN）是建立在內(nèi)容分發(fā)技術(shù)上的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和整體系統(tǒng)。內(nèi)容分發(fā)技術(shù)是在流量管理、負載均衡和分布式技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展的一種分發(fā)緩存（Cache）技術(shù)，采用將緩存服務(wù)器放置于Internet的邊緣節(jié)點處，通過負載均衡等算法實現(xiàn)資源的就近分配和就近訪問原則，能達到對多媒體信息快速響應(yīng)的目的。本文著重闡述內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)的工作原理。 關(guān)鍵詞：內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò) DNS 內(nèi)容緩存 內(nèi)容路由 一、引言 隨著多媒體通信的發(fā)展和普及，人們對Internet內(nèi)容和應(yīng)用的需要正在飛速增長，但是網(wǎng)絡(luò)用戶對多媒體內(nèi)容的訪問率卻提升很慢，網(wǎng)絡(luò)上應(yīng)用業(yè)務(wù)的種類仍舊相當單一，造成這種局面的根本原因是用戶訪問網(wǎng)站的速度太慢。通常都認為網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不完善是Web性能差的原因，相信增加網(wǎng)絡(luò)帶寬、采用高速的路由器或千兆以太等技術(shù)就能夠很大地加速Web訪問，但仔細分析網(wǎng)絡(luò)速度緩慢的原因，會發(fā)現(xiàn)Internet通道的加速不是導致互聯(lián)網(wǎng)連接速度慢的惟一因素。 二、Web訪問的性能分析 在Web訪問時是通過HTTP實現(xiàn)的，HTTP是在TCP層之上的請求/響應(yīng)（Request-Response）協(xié)議。在HTTP請求發(fā)出之前，Web服務(wù)器的IP地址必須通過DNS請求查詢來得到，因此最終用戶感覺到的訪問性能取決于DNS和HTTP應(yīng)答的反應(yīng)時間。下圖1顯示了在Web用戶、DNS服務(wù)器和Web服務(wù)器間的通訊包的交互過程。通常每個HTTP請求需要打開一個新的TCP連接，這就會出現(xiàn)一個往返的延時。然后，用戶發(fā)出HTTP請求，服務(wù)器接收到請求后對其進行處理，并將被請求的數(shù)據(jù)傳出，用戶在第二個往返延時后收到這個HTTP應(yīng)答。當這個應(yīng)答是一個HTML對象時（通常網(wǎng)頁的第一個對象是HTML對象），用戶端瀏覽器軟件將為其中嵌入的每個對象（比如各種多媒體信息）發(fā)出一個新的HTTP請求。 假定平均往返延遲時間是RTT，則對單個Web對象的訪問響應(yīng)時間為2×RTT，其中一個RTT用于打開TCP連接，一個用于HTTP請求和應(yīng)答信息的交換。 典型情況下，Web頁面都包含多個嵌入的對象，每個對象都會增加2×RTT的延遲時間，這樣一個Web頁面的訪問響應(yīng)時間是2（n+1）*RTT，其中：n是一個網(wǎng)頁中嵌入對象的數(shù)量；RTT取決于當前網(wǎng)絡(luò)的狀況和服務(wù)器的擁擠情況，包括Web服務(wù)器的延遲，路由器、網(wǎng)關(guān)、Proxy和防火墻產(chǎn)生的延時，在端到端通信鏈路上的數(shù)據(jù)傳輸速度等。 如果瀏覽器和服務(wù)器之間采用永久TCP連接，頁面訪問時不用多次打開TCP連接，所以頁面訪問的延遲將是（2+N）*RTT.減少這個延遲的方法是用戶端同時打開多個連接，很多瀏覽器提供了這樣的能力，但這種技術(shù)引起了服務(wù)器端的擁擠，抵消了期望的增益。 通過以上分析可以看出，帶寬并不是影響Web訪問速度的決定因素。為了能提高用戶訪問網(wǎng)站的響應(yīng)速度，優(yōu)化現(xiàn)有Internet上信息的流動，提高網(wǎng)站的安全性和可用性，在現(xiàn)有的Internet網(wǎng)絡(luò)中建立一個完善全面的中間層——內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)（CDN），可以使用戶能以最快的速度，從最接近用戶的地方獲得所需的信息，解決網(wǎng)絡(luò)擁塞、提高相應(yīng)速度。 三、CDN的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu) CDN即內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)（Content Distribution Network），就是采用高速緩存、負載均衡和內(nèi)容重定向等技術(shù)在一定的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)基礎(chǔ)上實現(xiàn)內(nèi)容加速、內(nèi)容分發(fā)、減少網(wǎng)絡(luò)帶寬和用戶響應(yīng)時間的一種內(nèi)容分發(fā)服務(wù)網(wǎng)絡(luò)。 CDN的目的就是：將內(nèi)容提供商（ICP）的內(nèi)容分發(fā)到離用戶請求最近的區(qū)域，達到快速響應(yīng)以滿足用戶對瀏覽Internet的快速要求。 CDN有以下一些主要功能：節(jié)省骨干網(wǎng)帶寬，減少帶寬需求量；提供服務(wù)器端加速，解決由于用戶訪問量大所造成的服務(wù)器過載問題；服務(wù)商可以使用Web Cache技術(shù)在本地緩存用戶訪問過的Web頁面和對象，實現(xiàn)對相同對象的訪問無需占用主干的出口帶寬，并提高用戶訪問Internet頁面的響應(yīng)時間的要求；可以克服網(wǎng)站網(wǎng)點分布不均的問題，并且可以降低網(wǎng)站自身建設(shè)和維護成本；降低“通信風暴”的影響，提高網(wǎng)絡(luò)訪問的穩(wěn)定性。 一個典型的CDN系統(tǒng)包含多種內(nèi)容設(shè)備（Content Equipment），具體的講包括：內(nèi)容緩存（Content Cache）、內(nèi)容路由（Content Route）、內(nèi)容交換（Content Switch）和內(nèi)容管理（Content Manage）等組成部分，如下圖2所示。其中內(nèi)容緩存和內(nèi)容路由是CDN中必不可少的核心部分，內(nèi)容交換和內(nèi)容管理根據(jù)CDN的規(guī)模進行集成。CDN的核心技術(shù)是Cache技術(shù)加高層交換技術(shù)和一些智能判斷算法組成。 內(nèi)容緩存系統(tǒng)的主要作用是實現(xiàn)內(nèi)容的邊緣傳播和存儲，以便最終用戶的就近訪問，因此一般部署于集中的用戶接入點，完成內(nèi)容邊緣存儲的設(shè)備通常都采用Cache技術(shù)來實現(xiàn)。 內(nèi)容路由系統(tǒng)的主要作用是動態(tài)均衡各個內(nèi)容緩存站點的負荷分配，為用戶的請求選擇最佳的訪問站點，同時提高網(wǎng)站的可用性。內(nèi)容路由根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)延時、服務(wù)器負荷與規(guī)則等策略設(shè)定，指定最優(yōu)站點向特定的內(nèi)容請求提供服務(wù)。內(nèi)容路由系統(tǒng)可根據(jù)多種因素制定路由，包括站點與用戶的臨近度、內(nèi)容的可用性、網(wǎng)絡(luò)負載、設(shè)備狀況等。 內(nèi)容交換系統(tǒng)可以均衡單點多個內(nèi)容緩存設(shè)備的負載，它基于最終用戶會話和特定的內(nèi)容請求提供內(nèi)容服務(wù)。內(nèi)容交換系統(tǒng)是CDN的可選部件之一，對于較大型的用戶接入點，內(nèi)容交換系統(tǒng)可以提高站點的可用性。 內(nèi)容管理系統(tǒng)也是CDN的可選部件，能夠讓網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容分布和傳輸服務(wù)的用戶或者服務(wù)供應(yīng)商可以根據(jù)需要監(jiān)視、管理或者控制網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容的分布、設(shè)備狀態(tài)等。 四、基于DNS系統(tǒng)的內(nèi)容路由的實現(xiàn) 內(nèi)容路由是內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)的核心，它決定了在CDN架構(gòu)中用戶如何訪問所需內(nèi)容的方式。內(nèi)容路由通�；贒NS系統(tǒng)或服務(wù)器全局負載均衡GSLB（Global Server Load Balance）方式實現(xiàn)。本文將著重介紹基于DNS系統(tǒng)的內(nèi)容路由實現(xiàn)方式。 采用服務(wù)器全局負載均衡GSLB方式實現(xiàn)時 ，主要采用HTTP重定向技術(shù)實現(xiàn)。由于GSLB往往是通過具有4層交換能力的交換機實現(xiàn)，因此該設(shè)備的性能將決定對CDN性能影響較大；為了保證系統(tǒng)可靠性，可以采用多個GSLB交換機，但是如果采用多個GSLB交換機，則還需要在網(wǎng)絡(luò)中配置任播（Anycast）特性。 基于DNS系統(tǒng)的內(nèi)容路由就是將計算用戶請求的最佳訪問站點的智能算法納入到分布式DNS系統(tǒng)中，使其成為DNS系統(tǒng)樹型結(jié)構(gòu)的一部分。與GSLB方式不同的是，用戶的訪問請求在域名解析階段即可得到最佳的訪問站點IP地址。CDN的專用解釋服務(wù)器的作用就是實現(xiàn)DNS的功能，作為授權(quán)網(wǎng)站的DNS主域名解析服務(wù)器。 �。�1）用戶在瀏覽器中輸入要訪問的網(wǎng)站的域名，例如：www.yahoo.com，瀏覽器向本地DNS代理服務(wù)器請求對該域名的解析。 �。�2）本地DNS代理服務(wù)器決定是否將請求發(fā)到下一個授權(quán)的DNS服務(wù)器（也就是CDN中的內(nèi)容路由）。 �。�3）本地DNS將域名解析請求轉(zhuǎn)發(fā)到CDN內(nèi)容路由。 �。�4）CDN內(nèi)容路由根據(jù)一系列策略，確定當時最適當?shù)哪承〤DN節(jié)點，并將解析的結(jié)果（不少于3個網(wǎng)絡(luò)服務(wù)NS：Network service）發(fā)回本地DNS代理服務(wù)器。 （5）DNS代理服務(wù)器選擇3個NS中的一個，并向其發(fā)出地址記錄請求；如果該NS響應(yīng)此請求，向DNS代理送回其IP地址。 �。�6）用戶瀏覽器收到IP地址信息，與給定的CDN節(jié)點建立通信并向其請求相應(yīng)的內(nèi)容。 �。�7）包括以下兩種情況： a. 如果該CDN節(jié)點中的內(nèi)容緩存器中存在用戶請求的內(nèi)容，則將內(nèi)容返回給用戶。 b. 如果該CDN節(jié)點中的內(nèi)容緩存器中不存在用戶請求的內(nèi)容，則該節(jié)點的內(nèi)容緩存器從原始服務(wù)器中將該內(nèi)容pull到本地（內(nèi)容緩存器），并返回給用戶。 五、總結(jié) 目前，基于服務(wù)的內(nèi)容傳輸對于Web應(yīng)用來說的確是一項非常重要的補充，許多Internet服務(wù)提供商都構(gòu)建了自己的CDN網(wǎng)絡(luò)。這種網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容的分布服務(wù)可以將服務(wù)內(nèi)容卸載到遠程網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容服務(wù)器或緩存服務(wù)器上，以適應(yīng)對于特定網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容訪問的增多。同時多媒體信息通過內(nèi)容分布網(wǎng)絡(luò)發(fā)送后，也可以大大的提高其業(yè)務(wù)質(zhì)量。 |
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【責任編輯:Chuan】
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