一 CDN技術的產(chǎn)生
據(jù)CCNIC調查統(tǒng)計，至2005年6月為止，上網(wǎng)用戶總人數(shù)為10300萬人,國內(nèi)WWW站點數(shù)約為677500個，上網(wǎng)計算機數(shù)4560萬臺。由此可見，上網(wǎng)的用戶數(shù)越來越多;Web站點的數(shù)量繼續(xù)在增加;可供訪問的資源日趨豐富，特別是文本、圖像、音樂、廣告、流媒體、動畫等大量涌現(xiàn);網(wǎng)上業(yè)務量成倍遞增，造成了對網(wǎng)絡帶寬的大量需求，并且網(wǎng)絡訪問的延遲與等待總是普遍存在，這些情況導致了網(wǎng)絡擁塞，服務器過載，網(wǎng)上應用等待時間過長等諸多問題，使整個互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)容傳送性能下降。
如何緩解網(wǎng)絡擁塞，提高用戶獲取信息的速度，成為困擾眾多企業(yè)和服務商的一大難題。依靠增加帶寬來解決這一問題是一個方面，另外它還受到傳輸途中的路由阻塞和延遲、網(wǎng)站服務器的處理能力等因素的影響，并且和訪問者與網(wǎng)站服務器之間的距離有密切的關系。因此，即使各個ISP將網(wǎng)絡帶寬加大后，如果訪問者和網(wǎng)站之間的距離較遠，它們之間的通信一樣需要經(jīng)過重重的路由轉發(fā)和處理，網(wǎng)絡延誤不可避免。而用戶對網(wǎng)絡系統(tǒng)性能的要求越來越高，如對訪問的響應時間、網(wǎng)站內(nèi)容和服務提供的可靠性等的要求。因此CDN(Content Delivery Network)技術應運而生。
在1996年由麻省理工學院一個小組提出了CDN的概念，并開始對CDN技術進行研究，他們在1999年成立了一個專業(yè)CDN服務公司，為Yahoo提供了專業(yè)服務。如今在國內(nèi)外已經(jīng)有很多的企業(yè)和服務商開始使用內(nèi)容傳送網(wǎng)絡CDN技術來提高網(wǎng)絡服務質量，以滿足用戶的需求。
二 CDN的定義
CDN的英文全稱是Content Delievery Network，即為內(nèi)容傳送網(wǎng)絡。CDN是建立在現(xiàn)有IP網(wǎng)絡基礎結構之上的一種增值網(wǎng)絡，是在應用層部署的一層網(wǎng)絡架構。
提供CDN技術產(chǎn)品的廠商有各自的解決方案，CDN運營商的實現(xiàn)方式也不同，但CDN技術實現(xiàn)的功能是相同的。那就是將多點負載均衡，路由或緩存技術結合起來，利用智能分配技術，將內(nèi)容根據(jù)來訪用戶的地點，按照就近訪問的原則分配到多個節(jié)點。
在傳統(tǒng)的IP網(wǎng)絡中，用戶請求直接指向基于網(wǎng)絡地址的原始服務器，而CDN業(yè)務提供了一個服務層，補充和延伸了Internet網(wǎng)絡，把頻繁訪問的內(nèi)容盡可能向用戶推進，提供了處理基于內(nèi)容進行流量轉發(fā)的新能力，把路由導引到最佳服務器上，動態(tài)獲得需要的內(nèi)容，它改變了分布到使用者信息的方式，從被動的內(nèi)容恢復轉為主動的內(nèi)容轉發(fā)。
CDN的核心是邊緣訪問和透明訪問，在以前主要是用于WEB訪問加速，只是支持HTTP/FTP協(xié)議。在2003和2004年國內(nèi)流媒體業(yè)務的出現(xiàn)，CDN開始支持MMS/RTSP等協(xié)議，CDN得到了很大的發(fā)展，有時也稱為MDN(Media Delievery Network)。
三 CDN技術的特點和優(yōu)勢
CDN技術具有的特點：
根據(jù)用戶的地理位置和連接帶寬，讓用戶連接到最近的服務器上去，訪問速度快。
全局負載平衡，提高網(wǎng)絡資源的利用率，提高網(wǎng)絡服務的性能與質量。
熱點內(nèi)容主動傳送，自動跟蹤，自動更新。
網(wǎng)絡具有高可靠、可用性，能容錯且很容易擴展。
無縫地集成到原有的網(wǎng)絡和站點上去。
CDN技術具有的優(yōu)勢：
可減少消耗的網(wǎng)絡帶寬，減少網(wǎng)絡訪問的延遲和用戶響應時間，提高網(wǎng)絡性能和網(wǎng)站內(nèi)容的可用性。
提高網(wǎng)站資源的管理控制能力，智能分配路由和進行流量管理。
發(fā)送的內(nèi)容受到保護，未授權的用戶不能修改。
內(nèi)容提供商可在本地自己決定服務的內(nèi)容，內(nèi)容是動態(tài)的。
內(nèi)容提供商在降低成本的同時，提高了服務質量，提供的內(nèi)容更多、速度更快。
可線性、平滑地增加新的設備，保護原有的投資。
因為上述的特點和優(yōu)勢，CDN技術能加速和提高寬帶流媒體的使用，使互聯(lián)網(wǎng)的多媒體用更加普及，這些應用包括在線播放、音樂點播、
電視直播、游戲等，大大促進網(wǎng)上應用和服務的發(fā)展。
四 IPTV系統(tǒng)組成
IPTV(Internet Protocol TV或Interactive Personal TV)也叫交互式
網(wǎng)絡電視，是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的多媒體通信技術。IPTV利用寬帶網(wǎng)的基礎設施，以家用電視機或計算機作為主要終端設備，通過互聯(lián)網(wǎng)絡協(xié)議(IP)傳送電視信號，向家庭用戶提供包括電視節(jié)目在內(nèi)的多種交互式數(shù)字媒體服務。
IPTV的工作原理是把源端的電視信號數(shù)據(jù)進行編碼處理，轉化成適合IP網(wǎng)絡傳輸?shù)臄?shù)據(jù)形式，然后通過IP網(wǎng)絡傳送，最后在接收端進行解碼，再通過電腦或是電視播放。由于數(shù)據(jù)的傳輸速度要求比較高，所以要采用最新的高效視頻壓縮技術，例如H.264、MPEG4等。IPTV的系統(tǒng)組成如示：
(1)IPTV終端
目前IPTV終端主要有三種形式，即PC、
機頂盒+普通電視機和手機。
(2)接入系統(tǒng)
接入系統(tǒng)主要為IPTV終端提供接入功能，使IPTV終端能夠順利接入到IP承載網(wǎng)。目前ADSL作為寬帶接入網(wǎng)的一種方式在幾年內(nèi)仍然占主導地位，以太網(wǎng)接入方式也漸漸增多。采用FTTC/FTTB的方式，結合ADSL、SDSL、Cable Modem等技術，也可使用FTTC+HFC的方式向用戶提供寬帶接入。
(3)IP承載網(wǎng)絡
用于傳送IPTV的承載網(wǎng)絡，是基于TCP/IP協(xié)議的，可以是公網(wǎng)，也可以是專網(wǎng);
(4)內(nèi)容媒體服務系統(tǒng)
該部分主要完成節(jié)目的數(shù)字化，將原始節(jié)目進行編碼、壓縮，成為能夠在IP網(wǎng)絡上傳(5)節(jié)目源
節(jié)目源可以是攝像機、電視臺、VCD光盤、衛(wèi)星輸入信號等。
五 CDN技術在IPTV中的應用
IPTV系統(tǒng)對于用戶的服務質量有很高的要求，而且要保證播放的流暢。在廣域網(wǎng)內(nèi)，從用戶的客戶端到流媒體服務器之間經(jīng)過了一個很復雜的路由以后，就很難保證播放的流暢了。為了克服網(wǎng)絡復雜路線帶來的制約，在IPTV中必須通過邊緣服務來實現(xiàn)最終用戶的點播服務，所以要把內(nèi)容從中心服務器有效地分發(fā)到邊緣服務器，就可以通過CDN把內(nèi)容從中心存儲服務器分發(fā)到邊緣服務器。
CDN的核心思想是將內(nèi)容從中心推倒靠近用戶的邊緣，使用戶可以就近取得所需的內(nèi)容，這樣，不但有效提高了用戶訪問內(nèi)容的性能，而且有效減輕了中心設備和骨干網(wǎng)絡的壓力。通過CDN，可以將內(nèi)容分發(fā)從原來的單一中心結構變?yōu)榉植际降慕Y構，提高用戶訪問網(wǎng)站的響應速度。因而，CDN可以提高網(wǎng)絡中信息流動的效率，從技術上全面解決由于網(wǎng)絡帶寬小、用戶訪問量大、網(wǎng)點分布不均等問題，提高用戶訪問的響應速度。
雖然CDN不是一個新概念，它的發(fā)展也已經(jīng)有很多年的歷史，但是CDN并沒有統(tǒng)一的協(xié)議標準，各廠家的CDN解決方案在實現(xiàn)上各不相同，但在一個CDN網(wǎng)絡中主要包含的功能實體都相同，包括內(nèi)容緩存設備、內(nèi)容交換機、內(nèi)容路由器、CDN內(nèi)容管理等。
內(nèi)容緩存設備是CDN的業(yè)務提供點，是面向最終用戶的內(nèi)容提供設備，可緩存靜態(tài)的Web內(nèi)容和流媒體內(nèi)容，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)容邊緣存儲的設備通常都采用Cache技術來實現(xiàn)。對于在Cache節(jié)點中的存儲，是Cache設計的一個關鍵問題，需要考慮的因素包括功能和性能兩個方面：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。
內(nèi)容交換機處于用戶接入集中點和POP點，可對內(nèi)容進行緩存負載平衡及訪問控制。在很多設備情況下，和內(nèi)容緩存集中在一個設備上。內(nèi)容交換機可以均衡單點多個內(nèi)容緩存設備的負載，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。內(nèi)容交換機是CDN的可選部件之一，對于較大型的用戶接入點，內(nèi)容交換機可以提高站點的可用性。
內(nèi)容路由器負責將用戶的請求調度到適當?shù)脑O備上，內(nèi)容路由通常通過負載均衡系統(tǒng)來實現(xiàn)，負載均衡系統(tǒng)是實現(xiàn)CDN的內(nèi)容路由功能。它的作用是動態(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)絡拓撲結構、網(wǎng)絡延時、服務器負荷與規(guī)則等策略設定，指定最優(yōu)站點向特定的內(nèi)容請求提供服務。內(nèi)容路由器可根據(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)絡負載、設備狀況等。負載均衡系統(tǒng)是整個CDN的核心，負載均衡的準確性和效率直接決定了整個CDN的效率和性能。
內(nèi)容管理系統(tǒng)主要負責整個CDN系統(tǒng)的管理，是CDN的可選部件，它的作用是進行內(nèi)容管理，如內(nèi)容的注入和發(fā)布、內(nèi)容的分發(fā)、內(nèi)容的審核、內(nèi)容的服務等，并能夠讓網(wǎng)絡內(nèi)容分布和傳輸服務的用戶或者服務供應商可以根據(jù)需要監(jiān)視、管理或者控制網(wǎng)絡內(nèi)容的分布、設備狀態(tài)等。
六 CDN的技術實現(xiàn)
目前，關于CDN業(yè)務的產(chǎn)品和設備各廠商都不相同，解決方案也有很大的差別，各個廠家的產(chǎn)品并不兼容。下面介紹幾家有代表性的公司對于CDN業(yè)務的技術實現(xiàn)。
Inktomi公司的CDN系統(tǒng)是一套在分布式Web環(huán)境下提供Web內(nèi)容的分發(fā)和同步的軟件。它由主要由內(nèi)容分發(fā)器、內(nèi)容管理器以及它們的代理所組成。
內(nèi)容分發(fā)器通過可靠的和安全的手段，將Web內(nèi)容的分發(fā)到多個Web服務器以及緩存服務器，并保證其內(nèi)容的同步。
內(nèi)容管理器則采集各Web服務器和緩存服務器的狀態(tài)，提供集中的管理功能。對于內(nèi)容分發(fā)器和內(nèi)容管理器之間的通訊，由系統(tǒng)的控制器來完成。
Cisco公司的CDN系統(tǒng)由五種技術構成：內(nèi)容分布及管理、內(nèi)容路由選擇、內(nèi)容邊沿傳播、內(nèi)容交換和智能網(wǎng)絡服務。
內(nèi)容分布和管理技術可以實現(xiàn)自動分布內(nèi)容，同時提供實時監(jiān)控。內(nèi)容分發(fā)管理器(CDM 4670)能夠實現(xiàn)對整個CDN網(wǎng)絡的高效與集中控制，它與內(nèi)容引擎和內(nèi)容路由器協(xié)同工作。內(nèi)容路由選擇技術確保內(nèi)容的可用性，并提供全球負載能力;內(nèi)容交換技術可以根據(jù)內(nèi)容可用性、應用可用性及服務器負載，在POP(演示點)或分布式數(shù)據(jù)中心的提交節(jié)點處，智能地實現(xiàn)信息量負載平衡;
內(nèi)容路由器(CR 4450)可根據(jù)多種因素制定路由，包括站點與用戶的鄰近度、內(nèi)容可用性、網(wǎng)絡負載、設備狀況等，定位最適合的站點響應內(nèi)容請求;
內(nèi)容交換提供突發(fā)訪問保護、基于URL的服務器負載均衡、動態(tài)內(nèi)容復制以及動態(tài)的內(nèi)容重定向等功能，采用CiscoWebNS軟件提供內(nèi)容路由服務，通過將用戶與內(nèi)容劃入不同區(qū)域的方法，保證內(nèi)容請求選擇最佳的站點與服務器;
內(nèi)容邊沿傳播技術能夠確保網(wǎng)絡向最終用戶提交內(nèi)容，加速內(nèi)容傳播，減輕WAN和源內(nèi)容服務器的負擔內(nèi)容引擎是內(nèi)容邊緣傳播設備。內(nèi)容引擎是內(nèi)容邊緣傳播設備。內(nèi)容可以由內(nèi)容引擎根據(jù)特別指示將內(nèi)容從源內(nèi)容服務器中提取，通過透明緩存定制經(jīng)常被訪問的內(nèi)容;
智能網(wǎng)絡服務技術能夠提供包括各種IP基礎設施中的多項智能服務，如安全性、QoS、VPN和組播等。
F5公司的CDN解決方案是關于內(nèi)容發(fā)送網(wǎng)絡服務并建立在緩存的基礎上，它的基礎架構包括：內(nèi)容復制、高可靠性和負載平衡、緩存、對Web和緩存服務器的全面支持、網(wǎng)絡管理。
全球站點控制器負責在CDN內(nèi)管理內(nèi)容復制，將前置和復制內(nèi)容到適當?shù)木彺婧蚖eb服務器，自動地分布和同步到網(wǎng)絡內(nèi)的全部站點。
BIG-IP控制器和3-DNS控制器用于提供本地的和區(qū)域的高可靠性和智能負載平衡。BIG-IP把用戶流量引向性能最好的網(wǎng)絡服務和緩存服務器，為管理應用(Cookie交換、URL交換、穩(wěn)定復用方法、內(nèi)容和應用的探查和校驗等)提供豐富的特征。通過放到不同的緩存陣列中以區(qū)分個別對象(而不是域或URL)來保證效率最高。當內(nèi)容被更新時，管理服務器與全球站點間的通信，提供附加的安全特征(缺省網(wǎng)關、NAT、 SNAT、包過濾、 端口映射)。3-DNS解決用戶需求和指導他們到全球最好的站點，通過網(wǎng)絡和站點管理提供智能的全球負載平衡和高可靠性，為冗余的站點的起點/邊界點提供災難恢復，為監(jiān)視、報導和收費發(fā)送統(tǒng)計，使用基于性能的用戶重定向。
EDGE-FXTM緩存能增加網(wǎng)絡站點性能, 增加網(wǎng)絡帶寬能力, 加速對終端用戶的內(nèi)容傳送。在靠近終端用戶的網(wǎng)絡的邊緣，允許Web數(shù)據(jù)的存儲，從網(wǎng)絡邊緣而檢索數(shù)據(jù)。
支持地理分布的Web和緩存服務器以及非F5的產(chǎn)品集成包括了所有的基于IP的服務器技術，包括ERP應用、所有的基于Web的應用和電子郵件應用等。
SEE-IT網(wǎng)絡管理器為網(wǎng)絡實時傳送分析和報告，包括配置、計費和協(xié)調緩存內(nèi)容分布的規(guī)則等。
七 結束語
目前在IPTV網(wǎng)上CDN的邊緣訪問是提高IP承載網(wǎng)QoS的有效途徑，目前很多運營商在寬帶網(wǎng)上部署了CDN/MDN，為IPTV網(wǎng)絡的建設奠定了良好的基礎。CDN網(wǎng)絡的出現(xiàn)，使互聯(lián)網(wǎng)資源得到了最大限度的利用，將大大推動國內(nèi)IPTV業(yè)務的發(fā)展。
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