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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(fù)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(diǎn)處，通過(guò)負(fù)載均衡等算法實(shí)現(xiàn)資源的就近分配和就近訪問(wèn)原則，能達(dá)到對(duì)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(duì)Internet內(nèi)容和應(yīng)用的需要正在飛速增長(zhǎng)，但是網(wǎng)絡(luò)用戶對(duì)多媒體內(nèi)容的訪問(wèn)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(dāng)單一，造成這種局面的根本原因是用戶訪問(wèn)網(wǎng)站的速度太慢。通常都認(rèn)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(wèn)，但仔細(xì)分析網(wǎng)絡(luò)速度緩慢的原因，會(huì)發(fā)現(xiàn)Internet通道的加速不是導(dǎo)致互聯(lián)網(wǎng)連接速度慢的惟一因素。 二、Web訪問(wèn)的性能分析 在Web訪問(wèn)時(shí)是通過(guò)HTTP實(shí)現(xiàn)的，HTTP是在TCP層之上的請(qǐng)求/響應(yīng)（Request-Response）協(xié)議。在HTTP請(qǐng)求發(fā)出之前，Web服務(wù)器的IP地址必須通過(guò)DNS請(qǐng)求查詢來(lái)得到，因此最終用戶感覺到的訪問(wèn)性能取決于DNS和HTTP應(yīng)答的反應(yīng)時(shí)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(guò)程。通常每個(gè)HTTP請(qǐng)求需要打開一個(gè)新的TCP連接，這就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)往返的延時(shí)。然后，用戶發(fā)出HTTP請(qǐng)求，服務(wù)器接收到請(qǐng)求后對(duì)其進(jìn)行處理，并將被請(qǐng)求的數(shù)據(jù)傳出，用戶在第二個(gè)往返延時(shí)后收到這個(gè)HTTP應(yīng)答。當(dāng)這個(gè)應(yīng)答是一個(gè)HTML對(duì)象時(shí)（通常網(wǎng)頁(yè)的第一個(gè)對(duì)象是HTML對(duì)象），用戶端瀏覽器軟件將為其中嵌入的每個(gè)對(duì)象（比如各種多媒體信息）發(fā)出一個(gè)新的HTTP請(qǐng)求。 假定平均往返延遲時(shí)間是RTT，則對(duì)單個(gè)Web對(duì)象的訪問(wèn)響應(yīng)時(shí)間為2×RTT，其中一個(gè)RTT用于打開TCP連接，一個(gè)用于HTTP請(qǐng)求和應(yīng)答信息的交換。 典型情況下，Web頁(yè)面都包含多個(gè)嵌入的對(duì)象，每個(gè)對(duì)象都會(huì)增加2×RTT的延遲時(shí)間，這樣一個(gè)Web頁(yè)面的訪問(wèn)響應(yīng)時(shí)間是2（n+1）*RTT，其中：n是一個(gè)網(wǎng)頁(yè)中嵌入對(duì)象的數(shù)量；RTT取決于當(dāng)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(shí)，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(yè)面訪問(wèn)時(shí)不用多次打開TCP連接，所以頁(yè)面訪問(wèn)的延遲將是（2+N）*RTT.減少這個(gè)延遲的方法是用戶端同時(shí)打開多個(gè)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(guò)以上分析可以看出，帶寬并不是影響Web訪問(wèn)速度的決定因素。為了能提高用戶訪問(wèn)網(wǎng)站的響應(yīng)速度，優(yōu)化現(xiàn)有Internet上信息的流動(dòng)，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(gè)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(fù)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(shí)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(shí)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(qǐng)求最近的區(qū)域，達(dá)到快速響應(yīng)以滿足用戶對(duì)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(wèn)量大所造成的服務(wù)器過(guò)載問(wèn)題；服務(wù)商可以使用Web Cache技術(shù)在本地緩存用戶訪問(wèn)過(guò)的Web頁(yè)面和對(duì)象，實(shí)現(xiàn)對(duì)相同對(duì)象的訪問(wèn)無(wú)需占用主干的出口帶寬，并提高用戶訪問(wèn)Internet頁(yè)面的響應(yīng)時(shí)間的要求；可以克服網(wǎng)站網(wǎng)點(diǎn)分布不均的問(wèn)題，并且可以降低網(wǎng)站自身建設(shè)和維護(hù)成本；降低“通信風(fēng)暴”的影響，提高網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)的穩(wěn)定性。 一個(gè)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(jìn)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(shí)現(xiàn)內(nèi)容的邊緣傳播和存儲(chǔ)，以便最終用戶的就近訪問(wèn)，因此一般部署于集中的用戶接入點(diǎn)，完成內(nèi)容邊緣存儲(chǔ)的設(shè)備通常都采用Cache技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。 內(nèi)容路由系統(tǒng)的主要作用是動(dòng)態(tài)均衡各個(gè)內(nèi)容緩存站點(diǎn)的負(fù)荷分配，為用戶的請(qǐng)求選擇最佳的訪問(wèn)站點(diǎn)，同時(shí)提高網(wǎng)站的可用性。內(nèi)容路由根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)延時(shí)、服務(wù)器負(fù)荷與規(guī)則等策略設(shè)定，指定最優(yōu)站點(diǎn)向特定的內(nèi)容請(qǐng)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(diǎn)與用戶的臨近度、內(nèi)容的可用性、網(wǎng)絡(luò)負(fù)載、設(shè)備狀況等。 內(nèi)容交換系統(tǒng)可以均衡單點(diǎn)多個(gè)內(nèi)容緩存設(shè)備的負(fù)載，它基于最終用戶會(huì)話和特定的內(nèi)容請(qǐng)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(duì)于較大型的用戶接入點(diǎn)，內(nèi)容交換系統(tǒng)可以提高站點(diǎn)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(shí)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(wèn)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(fù)載均衡GSLB（Global Server Load Balance）方式實(shí)現(xiàn)。本文將著重介紹基于DNS系統(tǒng)的內(nèi)容路由實(shí)現(xiàn)方式。 采用服務(wù)器全局負(fù)載均衡GSLB方式實(shí)現(xiàn)時(shí) ，主要采用HTTP重定向技術(shù)實(shí)現(xiàn)。由于GSLB往往是通過(guò)具有4層交換能力的交換機(jī)實(shí)現(xiàn)，因此該設(shè)備的性能將決定對(duì)CDN性能影響較大；為了保證系統(tǒng)可靠性，可以采用多個(gè)GSLB交換機(jī)，但是如果采用多個(gè)GSLB交換機(jī)，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(jì)算用戶請(qǐng)求的最佳訪問(wèn)站點(diǎn)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(wèn)請(qǐng)求在域名解析階段即可得到最佳的訪問(wèn)站點(diǎn)IP地址。CDN的專用解釋服務(wù)器的作用就是實(shí)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(wèn)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(qǐng)求對(duì)該域名的解析。 �。�2）本地DNS代理服務(wù)器決定是否將請(qǐng)求發(fā)到下一個(gè)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(qǐng)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(dāng)時(shí)最適當(dāng)?shù)哪承〤DN節(jié)點(diǎn)，并將解析的結(jié)果（不少于3個(gè)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(gè)NS中的一個(gè)，并向其發(fā)出地址記錄請(qǐng)求；如果該NS響應(yīng)此請(qǐng)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(diǎn)建立通信并向其請(qǐng)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(diǎn)中的內(nèi)容緩存器中存在用戶請(qǐng)求的內(nèi)容，則將內(nèi)容返回給用戶。 b. 如果該CDN節(jié)點(diǎn)中的內(nèi)容緩存器中不存在用戶請(qǐng)求的內(nèi)容，則該節(jié)點(diǎn)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(duì)于Web應(yīng)用來(lái)說(shuō)的確是一項(xiàng)非常重要的補(bǔ)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(yuǎn)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(duì)于特定網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容訪問(wèn)的增多。同時(shí)多媒體信息通過(guò)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(zé)任編輯:Chuan】
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文章評(píng)論
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