简介

因特网作为传递所有媒体类型的聚合途径，带宽要求高的内容如流媒体等对其网络容量提出了很高的要求。而且除带宽问题外，通过因特网连续、大量的内容传递尚有许多问题需要解决。内容配送网络（CDN）这一新的网络形式就是专门为解决这类需求而产生的。CDN的解决方案是在现有的网络基础设施之上新建立一层重叠网，实现对因特网中信息流的优化，从而提高用户访问的响应速度，实现多媒体在网络上的实时传输，解决网络拥塞问题，保障服务质量，提高网站的安全性、可用性。CDN是一种可以传递任何类型媒体的业务，如音频或视频的流媒体、Web页面、文献、软件或任何其它的数字内容。

CDN在传递媒体时有两种方式：·

• 实况：内容编码后“立即”传递给媒体服务器，然后“立即”传递给媒体的客户端，如音乐会或广播电视等要求这种传输方式。

• 点播：内容编码后作为流媒体文件存储在媒体服务器上。然后根据客户端的请求来获取内容。这种方式主要用于后来播放的视频或音频片段的内容，如视频点播、音乐片段等。

CDN的基本思想是在距离用户较近的位置分散地放置多个边缘服务器，内容提供商将所发布的内容复制到这些边缘服务器中，并由它们代表源服务器向用户提供内容服务。研究表明，CDN的应用能够有效地降低服务器端的负载，缓解网络拥塞，降低业务在网络中传输的延迟。根据IETF定义，一个完整的CDN架构应包括如下四个组件：路由请求系统、分发系统、计费系统和边缘服务器。路由请求系统将用户的请求重定向到一个“最佳”的边缘服务器上(最佳的含义可以是地理位置最近或者服务器负载最轻)；分发系统将源服务器的内容发布到边缘服务器上，使得内容更加靠近用户；计费系统负责跟踪、记录数据在CDN各组件问的流动信息，并以此为依据实施计费；边缘服务器则是内容分发的目的地，也是向用户直接提供服务的实体。

CDN网络结构

对一个CDN网络进行剖析，可以看到在网络基础设施之上有三个独立的组成部分：

• 内容路由———为终端用户提供来自正确地点的正确内容，组成技术有：域名服务器（DNS）重定向、第4~7层交换和Web缓存通信协议（WCCP）；

• 内容传递———涉及整个内容的工作流，从编码和索引到边缘传递，以及如何保证内容安全和管理内容；

• 性能度量———客户使用CDN业务时需要整个CDN网络性能的反馈，这就涉及使用内部测量技术以及外部业务。

图从网络技术的角度描述了各部分的关系。

内容传递

内容传递是指内容从编码到传递给终端用户的整个工作流。内容传递最特殊的模式是实况内容的传递，通常为音频和视频内容，也可以用于传递其他类型的内容如金融市场的数据。

内容传递大致有以下几个组成部分：

1. 1.

   编码：数字媒体需要编码以作为流媒体来传递。编码过程有两个步骤：压缩和打包。音频和视频编码可以使用各种各样的编解码器。

2. 2.

   安全/加密：为了防止对媒体资源的未授权使用，媒体需要进行加密。媒体保护模式被称为数字版权管理（DRM）系统。

3. 3.

   索引：与Web通常由文本内容组成不同，音频或视频内容不能直接做索引，因此音频和视频内容需要专门的索引软件包来处理，这类软件包通常在索引内容的时候同时进行编码，这样在产生元数据（metadata）的同时也生成了流媒体。

4. 4.

   媒体服务器：媒体服务器是一种特殊的服务器，常常服务于内容的数字化和编码。媒体服务器通常由运行在普通服务器之上的媒体服务器软件组成。

5. 5.

   Web服务器：Web服务器的基础设施包括元数据和指向流媒体的链接，以及其它所有CDN需要处理的基于Web的内容。

6. 6.

   缓存：如果所有的内容服务都从相同的点提供，即服务器在某个点上，所有的媒体客户端内容（无论是实况内容还是点播内容）的获取都是从那一点上传递，这将对网络和服务器都造成巨大的冲击。为了避免这种情况的发生，在每一个战略POP点等直接提供内容服务的地点上都需要建立缓存结构。这种结构对终端用户来说是透明的，好象他们仍然是从中央服务器上获得服务。缓存基础设施为客户端提供了更好的传递方式，因为这种情况下内容的“驻地”离用户更近，网络链接的等待时间缩短、可获得性提高、负载降低。另外还获得了对“爆发”访问的保护，由于有了分布式的基础设施，没有一台设备需要承担大量的负载，而且在需要时可以很容易地扩充这一基础设施。

7. 7.

   媒体客户端：CDN传递链上的最终设备是媒体终端，它运行在终端用户的工作站上。媒体客户端的功能相当于是从一台Web服务器上获得服务的Web客户端。

8. 8.

   内容流：由于内容产生自CDN客户的站点，所以它需要传递到CDN上。对于点播或常规的Web内容，这些内容可以按文件方式传递到CDN。对于实况内容就需要有另一种传递的方式。如果内容始终来自同一个地点，可以使用一种固定的链接，如果内容源是一个临时的地点，通常可以使用卫星的传递方式。

内容路由

内容路由解决的问题是从最合适的位置给发出请求的客户端传递内容。内容路由有两个方面，一个是全球路由运算法则，关注的是如何从客户端路由到最合适的POP点；另一个问题是内部路由，关注的是在一个POP点中的多个服务器之间如何传播请求。

1. 1.

   全球重定向———DNS：这是最简单的一种重定向形式，当一个域名如www.cdn.com有多个IP记录与之关联时，一个客户端向该域名的IP地址发出请求，IP记录池中的任何一个IP地址都可以为之服务。这种情况下只需要采用简单的直接循环算法，只需要一个普通的DNS服务器就可以完成。由于循环算法对请求的重定向是盲目的，不考虑服务器的好坏，所以实际使用的是一种更复杂的决策过程，包括在重定向之前检查系统状态和远程系统的负载。

2. 2.

   本地重定向———第4~7层交换：也被称为智能交换，是根据有关信息如请求的URL、内容类型、用户名等进行交换，由分组中OSI栈的4~7层完成。这一技术用于有相同内容的服务器或缓存簇之间的负载均衡，从CDN的角度看，一个POP点可以由一个以上的缓存或服务器组成，这一技术用于为每个POP点生成本地簇。

3. 3.

   本地重定向———WCCP：这一重定向技术是Cisco的专利技术，用于Cisco路由器与各种缓存产品Cisco和非Cisco的产品）之间，允许一台路由器截获从某个客户端向某个服务器发出的对各种业务（如流媒体和Web通信）的请求，并将客户端的请求重定向到缓存。

CDN网络的性能度量

通常对某个网络元素的管理、性能的度量结果可以提供监测、了解、规划CDN的端到端性能的能力。通过分布在CDN网络中的硬件和软件相结合的探针来获取有关信息，并结合使用各种服务器上的日志信息就可以实现CDN网络的度量。性能的度量将是针对所有内容形式传递的完成来进行，包括流媒体（实况和点播）和基于Web的内容。