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IP網(wǎng)絡(luò)上信息服務(wù)問題內(nèi)容分發(fā)技術(shù) |
| 1、概述 進(jìn)入2l世紀(jì)，IP網(wǎng)絡(luò)上的信息越來越多，人們對信息的需求也越來越多。盡管IP網(wǎng)絡(luò)的傳輸帶寬越來越寬，用于存儲內(nèi)容信息的服務(wù)器性能和容量越來越高，但人們依然抱怨信息網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度低，獲得的信息不夠準(zhǔn)確、不夠快。造成這種現(xiàn)象的原因是作為信息存儲媒體的服務(wù)器性能(存儲容量、存取速度)的提高速度趕不上眾多用戶提取信息的需求。目前，視頻信息占IP網(wǎng)絡(luò)上傳輸信息總量的很大一部分。為了解決這個困擾業(yè)界的內(nèi)容分發(fā)問題，研究人員嘗試采用各種方式。本文將從信息業(yè)務(wù)存在的問題入手，介紹幾種IP網(wǎng)絡(luò)上的內(nèi)容分發(fā)技術(shù)。 2、IP網(wǎng)絡(luò)上的信息服務(wù)存在的問題 與PSTN主要提供交互式端對端對稱的電話業(yè)務(wù)不同，IP網(wǎng)絡(luò)主要提供服務(wù)器到客戶端的非對稱數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。IP網(wǎng)絡(luò)上的信息服務(wù)方式基本上是由用戶向存儲有各種信息的服務(wù)器申請其希望得到的信息，由服務(wù)器根據(jù)用戶的請求向用戶發(fā)送其欲得到的信息內(nèi)容。IP網(wǎng)絡(luò)上最受用戶歡迎的Web業(yè)務(wù)是一種基于服務(wù)器/客戶端的業(yè)務(wù)，其業(yè)務(wù)模型如圖1所示。  圖1 以服務(wù)器/客戶端方式提供信息服務(wù)的業(yè)務(wù)模型 從圖l中可以看出，在每一個web網(wǎng)站存儲有不同信息內(nèi)容的情況下，由于IP網(wǎng)絡(luò)本身訪問的無地域性和距離性，分布在世界不同地點的用戶均可以到相同的服務(wù)器中訪問內(nèi)容，這樣一方面會造成服務(wù)器本身的處理速度的瓶頸，另一方面會造成骨干網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)量的擁塞。 VOD業(yè)務(wù)是一種主要向用戶提供視頻信息的Web業(yè)務(wù)，由于其信息服務(wù)器中所存儲的信息以視頻信息為主，因此處理速度及擁塞問題尤為突出。為解決這兩個問題需要有很好的內(nèi)容分發(fā)技術(shù)。簡單的思路便是將作為信息源的服務(wù)器分布式配置，使用戶盡可能地“分散”訪問，以減輕個別服務(wù)器和局部骨干網(wǎng)絡(luò)的壓力。但是，將信息源分布放置后，會出現(xiàn)如何管理內(nèi)容信息在這些服務(wù)器中的存放，用戶如何找到其欲訪問的信息源的問題。 3、內(nèi)容分發(fā)技術(shù) 基于客戶端/服務(wù)器方式的非對稱的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的大量應(yīng)用，會造成網(wǎng)絡(luò)不同方向和不同局部的業(yè)務(wù)流量的不平衡，特別是服務(wù)于所有用戶的服務(wù)器的壓力尤為突出。為此人們便開始研究各種解決IP網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容分發(fā)問題的技術(shù)。下面主要介紹用于內(nèi)容分發(fā)的CDN技術(shù)、組播技術(shù)和端到端下載技術(shù)。 3.1 CDN技術(shù) CDN是構(gòu)建在IP網(wǎng)絡(luò)之上的內(nèi)容發(fā)布網(wǎng)絡(luò)，其主要目的是通過該網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建減小IP骨干網(wǎng)絡(luò)的傳輸壓力，將連接到IP網(wǎng)絡(luò)上的內(nèi)容信息更迅速地分發(fā)到全球范圍內(nèi)連接到IP網(wǎng)絡(luò)上的用戶終端。CDN技術(shù)最先應(yīng)用于全球范圍內(nèi)最受歡迎的Web網(wǎng)站。如圖2所示，CDN網(wǎng)絡(luò)主要由初始服務(wù)器、分布在網(wǎng)絡(luò)“邊緣”的緩存服務(wù)器、重定向DNS服務(wù)器和內(nèi)容交換服務(wù)器組成。其中，初始服務(wù)器負(fù)責(zé)完成生成服務(wù)器信息內(nèi)容；緩存服務(wù)器負(fù)責(zé)存儲初始服務(wù)器的部分或全部信息內(nèi)容；為用戶進(jìn)行地址解析的DNS服務(wù)器判斷出用戶所訪問的網(wǎng)站采用了CDN技術(shù)進(jìn)行內(nèi)容分發(fā)時，將用戶申請內(nèi)容解析用的URL信息轉(zhuǎn)發(fā)給重定向DNS服務(wù)器，重定向DNS服務(wù)器根據(jù)接收到的URL信息、轉(zhuǎn)發(fā)URL的DNS服務(wù)器的地址信息以及網(wǎng)站在構(gòu)建CDN時緩存網(wǎng)站的配置情況，將距離轉(zhuǎn)發(fā)URL的DNS服務(wù)器最近的緩存網(wǎng)站的IP地址發(fā)送給DNS服務(wù)器，DNS服務(wù)器再將接收到的IP地址信息轉(zhuǎn)發(fā)給用戶，最終用戶利用所接收到的IP地址完成與其“較近”的緩存網(wǎng)站的連接，通過接受“就近”的緩存網(wǎng)站所提供的服務(wù)達(dá)到減輕骨干IP網(wǎng)絡(luò)的傳輸壓力、提高服務(wù)質(zhì)量的目的。  CDN的內(nèi)容交換服務(wù)器和內(nèi)容管理服務(wù)器為選用部分，其中，內(nèi)容交換服務(wù)器主要配置在一個物理地點具有較多的緩存服務(wù)器情況下，完成各緩存服務(wù)器之間的負(fù)載均衡等功能；內(nèi)容管理服務(wù)器主要完成整個CDN中各緩存服務(wù)器中存儲的內(nèi)容的管理，為各緩存服務(wù)器制訂各自相應(yīng)的緩存策略，以提高緩存服務(wù)器的服務(wù)質(zhì)量。 目前，IETF在CDN方面已陸續(xù)發(fā)布了一系列相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，主要的標(biāo)準(zhǔn)有： IETF RFC3040(2001)Internet Web復(fù)制和緩存分類、IETFRFC3466(2003)內(nèi)容互聯(lián)(CDI)模型、IETFRFC3568(2003)已知內(nèi)容網(wǎng)絡(luò)(CN)請求路由機(jī)制、IETF RFC3570(2003)內(nèi)容互聯(lián)(CDI)場景等，分別規(guī)定了CDN(CN)的模型、應(yīng)用場景、復(fù)制和緩存分類以及請求路由機(jī)制等方面的技術(shù)內(nèi)容。 雖然CDN技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于Web網(wǎng)站和VOD業(yè)務(wù)等方面來解決內(nèi)容分發(fā)問題，已經(jīng)有一些可以商用的設(shè)備，但從技術(shù)的角度上來講還有一些需要改進(jìn)的方面。例如：在重定向方面包括有DNS重定向和最短接收時間重定向兩種方案，采用DNS重定向服務(wù)器實現(xiàn)重定向時，實際上最終選定的緩存網(wǎng)站是距離為用戶進(jìn)行地址解析的DNS最近的網(wǎng)站，而不是距請求用戶最近的網(wǎng)站；采用最短接收時間重定向方式是指用戶向所有的網(wǎng)站發(fā)送請求，最先接收到響應(yīng)的網(wǎng)站被認(rèn)為是距離用戶“最近”的網(wǎng)站，但由于IP網(wǎng)絡(luò)本身的信息流量的不確定性，最先到達(dá)的響應(yīng)信息并非一定來自距離用戶“最近”的網(wǎng)站。另一個問題在于內(nèi)容存儲策略，目前還沒有一種非常有效的緩存信息內(nèi)容的機(jī)制，通常情況下，本地采用兩種信息存儲方式：存儲用戶點擊率最高的信息或根據(jù)對信息的分析選擇近期是熱點的信息。但這兩種方式并非是最佳的選擇策略。策略選擇的好壞直接關(guān)系到提供業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量和對骨干網(wǎng)絡(luò)帶寬的壓力。 3.2 組播技術(shù) 在內(nèi)容分發(fā)方面存在兩個瓶頸，一個是占用骨干網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬問題，另一個則是作為信息源的服務(wù)器的并發(fā)處理能力問題。目前存儲器的存儲容量不斷提高，單位存儲容量的價格下降很快，但相對而言，從存儲器中存取信息的速度提高得不夠快。因此，若為請求相同內(nèi)容的用戶同時發(fā)送一份信息將大大減輕服務(wù)器的存取壓力。這種方式類似于廣播電視所采用的方式，不同點在于廣播電視采用無線方式傳輸，只要用戶接收設(shè)備所采用的頻率與發(fā)射機(jī)發(fā)射信號時所采用的頻率相同，用戶便可接收到發(fā)送的信息。在以有線傳輸為主的IP網(wǎng)絡(luò)上，不可能向所有的地址均發(fā)送相同的信息，為此通常是選擇一組地址來作為信息的接收者，也就是說，采用組播的方式來實現(xiàn)同時向一組用戶同時發(fā)送信息的目的。 早期利用IP組播主要是在IP網(wǎng)絡(luò)上的會議業(yè)務(wù)，其實現(xiàn)方式是在普通的IP網(wǎng)絡(luò)上架構(gòu)了MBONE網(wǎng)絡(luò)，加入到MBONE的用戶可采用組播的形式發(fā)送信息，同時可以接收采用組播形式發(fā)送來的信息。其工作原理是組成MBONE的路由器均具有組播功能，同時進(jìn)行組播通信的端到端所經(jīng)過的路由器均為組播路由器。當(dāng)IP網(wǎng)絡(luò)上的路由器均具有組播功能時，MBONE將成為IP網(wǎng)絡(luò)的一部分而不再作為獨立的網(wǎng)絡(luò)存在。在利用路由器所具有的組播功能進(jìn)行組播通信時，主要的技術(shù)難點在于：(1)用戶如何找到進(jìn)行組播發(fā)送的源；(2)組播源用何種方式建立組播樹。 在提供組播業(yè)務(wù)時可采用兩種實現(xiàn)方式。一種是利用組建IP網(wǎng)絡(luò)的具有組播功能的路由器提供對一組用戶的組播，信息源僅需將需要進(jìn)行組播的信息發(fā)送給具有組播功能的路由器，組播路由器將為該信息所提供的組播組編號返回給信息源，信息源將該組播組編號向擬獲得該信息的用戶公布，用戶通過加入相應(yīng)的組播組編號加入到組播組從而接收到發(fā)送到組播組的組播信息。另一種實現(xiàn)方式是，信息源將信息發(fā)送到一個內(nèi)容分發(fā)設(shè)備，并將欲發(fā)送到的用戶的地址信息發(fā)送到該分發(fā)設(shè)備，由該分發(fā)設(shè)備將信息同時發(fā)送到列表中的所有用戶，完成組播服務(wù)。 目前在IP網(wǎng)絡(luò)上所提供的視訊直播節(jié)目是采用IP網(wǎng)絡(luò)所具有的組播功能向用戶提供的。為保護(hù)信息擁有者的數(shù)字版權(quán)，受控組播將是使用的主要方式。目前在一些國家正在進(jìn)行在移動網(wǎng)絡(luò)上提供流媒體業(yè)務(wù)的試驗，為保持越區(qū)切換媒體流的連續(xù)性，在流媒體直播時，采用多地點組播方式來實現(xiàn)。 若組播組用戶的數(shù)量較大同時用戶的分布比較分散時，組播技術(shù)通常與CDN技術(shù)一起使用，利用CDN技術(shù)組建CDN網(wǎng)絡(luò)，由初始信息源將信息組播到緩存信息節(jié)點，各緩存信息節(jié)點將接收到的信息再以組播的方式轉(zhuǎn)發(fā)到用戶，從而減少主干網(wǎng)絡(luò)的擁塞和減輕信息服務(wù)器并發(fā)處理的壓力。 3.3 端到端下載技術(shù) 上述兩種內(nèi)容分發(fā)技術(shù)實施的主體通常是網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商，內(nèi)容分發(fā)技術(shù)的使用費(fèi)用通常較高�？紤]到目前用戶所使用的計算機(jī)能力(存儲能力和信息存取處理能力)較強(qiáng)，同時用戶所擁有的巨大的存儲空間通常處于閑置狀態(tài)，若能將這些閑置的存儲空間和處理能力利用起來，就可以在不增加用戶使用費(fèi)用的同時增加巨大的網(wǎng)絡(luò)能力，同時用戶也可以在將自己的計算機(jī)能力貢獻(xiàn)出來的同時將自己的信息與其它人共享。為達(dá)到此目的，便出現(xiàn)了像BT一類的軟件，利用該類軟件可以實現(xiàn)用戶和用戶之間直接進(jìn)行信息互換的對等通信。 采用端到端通信的方式進(jìn)行內(nèi)容分發(fā)有兩種形式：純端到端的對等方式和橋方式對等通信。 純端到端的對等方式如圖3所示。在該方式下，用戶向周圍用戶詢問是否有其所要的信息，根據(jù)所收到的應(yīng)答消息，選擇向存儲有所需信息的用戶中的一個請求發(fā)送信息。  圖3中，用戶Tn向周圍的用戶T1、T2、T3、T4和T5發(fā)送查找某種信息的請求，若先收到T1所發(fā)送來的信息，該用戶便開始從T1處下載所要的信息。若在此之后用戶Tn又接收到來自其它用戶的應(yīng)答信息，該用戶將拒絕接收。 橋方式對等通信如圖4所示，其工作方式是所有擁有信息的用戶均登錄到稱為橋的服務(wù)器，該服務(wù)器將登錄上來的用戶所擁有的信息和用戶所在的IP地址均發(fā)送給登錄來的用戶，供用戶選擇。 |
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【責(zé)任編輯:Chuan】
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