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2009-11-251ContentDeliveryNetworks（内容分发网络）王洪波北京邮电大学网络与交换技术国家重点实验室2009-11-252互联网基本特点及不足以IP为基础的互联网的特点是效率高，但是相对于传统的电信网，其没有较好的服务质量（QoS,QualityofService）保证。如:较大的时延、时延抖动、丢包、乱序等2009-11-253传统内容分发方式在传统的内容发布模式中，网络只表现为一个透明的数据传输通道ISPPOPISPPOPISPInternetInternetContentContentEndUserEndUser2009-11-254传统内容分发缺点热点效应导致服务器和骨干网络过载和瘫痪远距离服务导致QoS无法保证NetworkNetworkUsersInAsiaUsersInAsiaUsersInEuropeUsersInEuropeUsersInUsersInEasterU.S.EasterU.S.UsersInUsersInWestU.S.WestU.S.ContentsInContentsInWestU.S.WestU.S.2009-11-255当前视频传输的基本解决技术解决方式：在基本架构不能改变的情况下，在工程上比较现实的方法就是覆盖网技术：CDNP2P2009-11-256Contents用于视频传输的CDN2CDN基本概念1.1CDN技术基础1CDN体系结构及组成要素1.2CDN关键技术及评价指标1.3视频应用CDN体系架构2.1构建视频应用CDN关键问题2.2系统性能测量及评价2.32009-11-257CDN概念CDN的全称是ContentDelivery(Distribution)Network，即内容分发网络。构建CDN的目的：是通过在现有的互联网中增加一层新的网络架构，将网络内容发布到最接近用户的网络“边缘”，使用户可以就近取得所需的内容，解决互联网网络拥挤的状况，提高用户所能获取服务或业务的服务质量。其实质是在互联网上构建一个覆盖网络CDN的能力：从技术上全面解决由于网络带宽小、用户访问量大、网点分布不均而产生的用户使用互联网业务服务质量差的根本原因。2009-11-258CDN提高服务质量的基本思路及措施基本思路：就是尽可能避开互联网上有可能影响数据传输速度和稳定性的瓶颈和环节，使内容传输的更快、更稳。通过用户就近性和服务器负载的判断，CDN确保内容以一种极为高效的方式为用户的请求提供服务。基本措施：将内容推到网络的边缘，为用户提供就近性的边缘服务，从而保证服务的质量和整个网络上的访问秩序，这也是就是CDN的服务模式措施1：把业务的服务点尽可能的延伸网络边缘，也就是最靠近用户的地方，避免远距离的IP转发，减少互联网内部引入的服务质量衰减措施2：提供分布式的负载均衡，从而减少服务器端的瓶颈2009-11-259CDN提高服务质量的基本思路及措施（续）互联网内容提供商接入点全局负载均衡内容分发管理本地负载均衡内容服务引擎内容推向边缘负载均衡2009-11-2510CDN内容分发与传统内容分发的区别与目前现有的内容发布模式相比较，CDN强调了网络在内容发布中的重要性。通过引入主动的内容管理层的和全局负载均衡，CDN从根本上区别于传统的内容发布模式。在传统的内容发布模式中，内容的发布由ICP的应用服务器完成，而网络只表现为一个透明的数据传输通道，这种透明性表现在网络的质量保证仅仅停留在数据包的层面，而不能根据内容对象的不同区分服务质量。此外，由于IP网的“尽力而为”的特性使得其质量保证是依靠在用户和应用服务器之间端到端地提供充分的、远大于实际所需的带宽通量来实现的。在这样的内容发布模式下，不仅大量宝贵的骨干带宽被占用，同时ICP的应用服务器的负载也变得非常重，而且不可预计。当发生一些热点事件和出现浪涌流量时，会产生局部热点效应，从而使应用服务器过载退出服务。2009-11-2511CDN所能提供的服务（应用）用户终端：PC、PDA，手机等服务类型网页加速文件传输加速流媒体加速2009-11-2512CDN的历史及趋势CDN最早来源于代理服务器，服务器集群等技术第一代CDN主要用于静态、动态网页的加速目前正在向第二代CDN转变，即以提供视频流媒体业务为主未来的CDN有可能是基于社团的CDN（处于研究中）2009-11-2513Contents用于视频传输的CDN2CDN基本概念1.1CDN技术基础1CDN体系结构及组成要素1.2CDN关键技术及评价指标1.3视频应用CDN体系架构2.1构建视频应用CDN关键问题2.2系统性能测量及评价2.32009-11-2514CDN基本体系结构PCIPTVIPAccessNetworkPCIPTVIPAccessNetworkPCIPTVIPAccessNetworkIPBackboneNetwork核心流媒体系统流媒体管理系统流媒体系统层流媒体系统层CDNCDN网络层网络层客户端层客户端层2009-11-2515CDN基本组成元素(1/2)源服务器（OriginServer）:网页、文件、流媒体等内容源服务器复制服务器（replicaservers）或者称边缘服务器、代理缓存：存有源服务器中的全部或部分内容，它们直接向服务于用户内容交付（content-delivery）组件：由源服务器及位于网络边缘的边缘服务器组成，提供向用户的内容传送2009-11-2516CDN基本组成元素（2/2）请求重路由（request-routing）或重定向组件:负责把用户向的请求转向最合适的边缘服务器。最合适是指：距离用户最近、满足负载均衡等参数。内容分布组件（distributioncomponent）：负责把位于源服务器的内容分布到边缘服务器，并维护内容的一致性记账组件（accountingcomponent）：维护用户访问及CDN使用情况，便于后续的计费2009-11-2517现有商业CDN国外：Akamai：占美国85%市场LimelightNetworks：主要提供音视频类业务AT&T：网络运营商自建CDN的代表…国内：ChinaCache：独立的CDN运营商，主要为门户等大型网站服务，主要提供网页加速及flash类视频点播加速中国联通CDN中国电信CDN2009-11-2518CDN服务价值链纵观整个宽带业务（服务）的价值链，内容提供商和用户位于整个价值链的两端，中间依靠网络服务提供商将其串接起来随着互联网工业的成熟和商业模式的变革，在这条价值链上的角色越来越多也越来越细分。比如内容／应用的运营商、托管服务提供商、骨干网络服务提供商、接入服务提供商等等。随着我国电信运营商的重组，未来的多（全）业务运营商不再只是网络管道或接入运营商或者单一业务（电话业务）运营商，必然想着多业务方向发展，也必然在价值链上占有多重角色，在就有核心竞争力的地方寻找盈利增长点未来的互联网主流宽带业务必然是视频多媒体应用2009-11-2519价值链上各角色的主要需求业务需求任务内容提供商提供编辑、加工的内容；保证内容的版权；内容收费内容制作、加工工具DRM系统内容运营商流媒体门户管理媒体资产库管理业务包装运营防盗联内容访问状况统计、监控认证、收费（代）流媒体内容服务系统基于应用的认证流媒体后台系统完成后台管理功能内容网络运营商统一的业务和应用管理统一的服务承载平台认证、计费用户管理等业务支撑系统CDN系统对SP的服务系统用户观看内容方便付费现有网络运营商既可以发挥网络优势，作为骨干网络、接入网络运营商，还可以成为内容网络运营商、内容运营商，从而带动新的应用及业务2009-11-2520CDN的特点本地Cache加速：提高了企业站点（尤其含有大量图片和静态页面站点）的访问速度，并大大提高以上性质站点的稳定性镜像服务：消除了不同运营商之间互联的瓶颈造成的影响，实现了跨运营商的网络加速，保证不同网络中的用户都能得到良好的访问质量远程加速：远程访问用户根据DNS负载均衡技术智能自动选择Cache服务器，选择最快的Cache服务器，加快远程访问的速度带宽优化：自动生成服务器的远程Mirror（镜像）cache服务器，远程用户访问时从cache服务器上读取数据，减少远程访问的带宽、分担网络流量、减轻原站点WEB服务器负载等功能集群抗攻击：广泛分布的CDN节点加上节点之间的智能冗于机制，可以有效地预防黑客入侵以及降低各种DDoS（DistributionDenialofservice，分布式拒绝服务攻击）对网站的影响，同时保证较好的服务质量2009-11-2521Contents用于视频传输的CDN2CDN基本概念1.1CDN技术基础1CDN体系结构及组成要素1.2CDN关键技术及评价指标1.3视频应用CDN体系架构2.1构建视频应用CDN关键问题2.2系统性能测量及评价2.32009-11-2522CDN中的关键技术内容发布：它借助于建立索引、缓存、流分裂、组播等技术，将内容发布到距离用户最近的边缘服务器请求路由：它是整体性的网络负载均衡技术，通过内容路由器中的重定向机制，在多个边缘服务器间均衡用户的请求，以使用户请求得到最近内容源的响应负载均衡：它根据内容的可用性、服务器的可用性以及用户情况，在边缘服务器上，利用应用层交换、流分裂、重定向等技术，智能地平衡负载流量性能管理：它通过内部和外部监控系统，获取网络部件的状况信息，测量内容发布的端到端性能（如包丢失、延时、平均带宽、启动时间、帧速率等），保证网络处于最佳的运行状态2009-11-2523CDN中的关键技术-内容发布根据内容发布的方式可以分为三类发布技术协作式推送技术（cooperativepush-based）：即当源服务器有新内容时，它把内容推送到合适的边缘服务器，边缘服务器间互相协而共享各自的内容，避免一个内容被发布到所有边缘服务器，从而减少了复制及更新成本。在此种方式中，CDN维护一个内容与边缘服务器的映射表，当用户请求时，可以查询此表，把请求转到距离用户最近的具有请求该内容的边缘服务器上。非协作式拉取技术（non-cooperativepull-based）：用户请求总是被重定向到距离最近的边缘服务器，如果边缘服务器没有所请求的内容，则边缘服务器向源服务器请求该内容。该技术简单，易实现，缺点是负责向用户提供服务的边缘服务器不总是最优的。大部分主流的CDN提供商采用此方式如Akamai协作式拉取技术（cooperativepull-based）：它与非协作式拉取技术主要不同在于，当一个边缘服务器没有用户请求内容时，它可以从其它边缘服务器请求本地所没有的内容。此种方式的优点是减少源服务器处带宽成本。目前此技术仍处于研究实验阶段2009-11-2524CDN中的关键技术-请求路由基于DNS的内容请求路由机制RootOriginSiteDNSDNSDNSServers1122446688DNSDNSAuthoritativeDNSCDNPOPs33NS55NSSurrogateLocalDNSA77101011119912122009-11-2525实例：Akamai对网页加速的处理2009-11-2526评价CDN系统的性能指标（1/2）缓存命中率（Cachehitratio）：在一定时间内，假设用户总请求次数为N，其中，用户请求内容不在边缘服务器上而需要向源服务器获取内容的请求次数为M，则H=(N-M)/N即为缓存命中率。命中率越高意味CDN系统效率越高。用户得到的平均响应越快保留带宽RB（Reservedbandwidth）：在一定时间内，源服务器端所使用的网络带宽。RB越小，说明CDN发挥作用越大，为源服务器节省带宽成本约多2009-11-2527评价CDN系统的性能指标（2/2）响应时延（Latency）：指用户发出请求至得到请求响应间的时间。平均响应时