CDN

CDN(Content Delivery Network)是指內容分發網絡，也稱為內容傳送網絡，這個概念始於1996年，是美國麻省理工學院的一個研究小組為改善互聯網的服務質量而提出的。為了能在傳統IP網上發佈豐富的寬帶媒體內容，他們提出在現有互聯網基礎上建立一個內容分發平台專門為網站提供服務，並於1999年成立了專門的CDN服務公司，為Yahoo提供專業服務。由於CDN是為加快網絡訪問速度而被優化的網絡覆蓋層，因此被形象地稱為“網絡加速器”。 ^[2] 

CDN網絡的誕生大大地改善了互聯網的服務質量，因此傳統的大型網絡運營商紛紛開始建設自己的CDN網絡，如AT&T、德國電信、中國電信等。隨着市場需求的不斷增加，甚至出現了純粹的CDN網絡運營商，美國的Akamai就是其中最大的一個，擁有分佈在世界各地的1000多個節點。我國第一家純粹的CDN網絡服務公司是北京藍汛公司，已從2000年開始建立了一個專門的CDN服務網絡一ChinaCache。目前CDN網絡已經突破50個節點，覆蓋中國六大骨幹網絡一中國電信、中國網通、中國移動、中國聯通、中國鐵通網絡以及中國教育網，帶寬資源儲備超過35G，服務的客户數量達到300多家。 ^[2] 

CDN網絡中包含的功能實體包括內容緩存設備、內容交換機、內容路由器、CDN內容管理系統等組成。 ^[3] 

內容緩存為CDN網絡節點，位於用户接入點，是面向最終用户的內容提供設備，可緩存靜態Web內容和流媒體內容，實現內容的邊緣傳播和存儲，以便用户的就近訪問。 ^[3] 

內容交換機處於用户接入集中點，可以均衡單點多個內容緩存設備的負載，並對內容進行緩存負載平衡及訪問控制。 ^[3] 

內容路由器負責將用户的請求調度到適當的設備上。內容路由通常通過負載均衡系統來實現，動態均衡各個內容緩存站點的載荷分配，為用户的請求選擇最佳的訪問站點，同時提高網站的可用性。內容路由器可根據多種因素制定路由，包括站點與用户的臨近度、內容的可用性、網絡負載、設備狀況等。負載均衡系統是整個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。 ^[3] 

內容管理系統負責整個CDN的管理，是可選部件，作用是進行內容管理，如內容的注入和發佈、內容的分發、內容的審核、內容的服務等。 ^[3] 

歸納起來，CDN具有以下主要功能：

(1)節省骨幹網帶寬，減少帶寬需求量； ^[4] 

(2)提供服務器端加速，解決由於用户訪問量大造成的服務器過載問題； ^[4] 

(3)服務商能使用Web Cache技術在本地緩存用户訪問過的Web頁面和對象，實現相同對象的訪問無須佔用主幹的出口帶寬，並提高用户訪問因特網頁面的相應時間的需求； ^[4] 

(4)能克服網站分佈不均的問題，並且能降低網站自身建設和維護成本； ^[4] 

(5)降低“通信風暴”的影響，提高網絡訪問的穩定性。 ^[4] 

CDN的基本原理是廣泛採用各種緩存服務器，將這些緩存服務器分佈到用户訪問相對集中的地區或網絡中，在用户訪問網站時，利用全局負載技術將用户的訪問指向距離最近的工作正常的緩存服務器上，由緩存服務器直接響應用户請求。 ^[5] 

CDN的基本思路是儘可能避開互聯網上有可能影響數據傳輸速度和穩定性的瓶頸和環節，使內容傳輸的更快、更穩定。通過在網絡各處放置節點服務器所構成的在現有的互聯網基礎之上的一層智能虛擬網絡，CDN系統能夠實時地根據網絡流量和各節點的連接、負載狀況以及到用户的距離和響應時間等綜合信息將用户的請求重新導向離用户最近的服務節點上。其目的是使用户可就近取得所需內容，解決 Internet網絡擁擠的狀況，提高用户訪問網站的響應速度。 ^[6] 

內容分發網絡（CDN）是一種新型網絡構建方式，它是為能在傳統的IP網發佈寬帶豐富媒體而特別優化的網絡覆蓋層；而從廣義的角度，CDN代表了一種基於質量與秩序的網絡服務模式。 ^[7] 

簡單地説，內容分發網絡（CDN）是一個經策略性部署的整體系統，包括分佈式存儲、負載均衡、網絡請求的重定向和內容管理4個要件，而內容管理和全局的網絡流量管理（Traffic Management）是CDN的核心所在。通過用户就近性和服務器負載的判斷，CDN確保內容以一種極為高效的方式為用户的請求提供服務。 ^[7] 

總的來説，內容服務基於緩存服務器，也稱作代理緩存（Surrogate），它位於網絡的邊緣，距用户僅有"一跳"（Single Hop）之遙。同時，代理緩存是內容提供商源服務器（通常位於CDN服務提供商的數據中心）的一個透明鏡像。這樣的架構使得CDN服務提供商能夠代表他們客户，即內容供應商，向最終用户提供儘可能好的體驗，而這些用户是不能容忍請求響應時間有任何延遲的。 ^[7] 

1、本地Cache加速：提高了企業站點（尤其含有大量圖片和靜態頁面站點）的訪問速度，並大大提高以上性質站點的穩定性。 ^[8] 

2、鏡像服務：消除了不同運營商之間互聯的瓶頸造成的影響，實現了跨運營商的網絡加速，保證不同網絡中的用户都能得到良好的訪問質量。 ^[8] 

3、遠程加速：遠程訪問用户根據DNS負載均衡技術智能自動選擇Cache服務器，選擇最快的Cache服務器，加快遠程訪問的速度。 ^[8] 

4、帶寬優化：自動生成服務器的遠程Mirror（鏡像）cache服務器，遠程用户訪問時從cache服務器上讀取數據，減少遠程訪問的帶寬、分擔網絡流量、減輕原站點WEB服務器負載等功能。 ^[8] 

5、集羣抗攻擊：廣泛分佈的CDN節點加上節點之間的智能冗餘機制，可以有效地預防黑客入侵以及降低各種D.D.o.S攻擊對網站的影響，同時保證較好的服務質量 。 ^[8] 

它藉助於建立索引、緩存、流分裂、組播（Multicast）等技術，將內容發佈或投遞到距離用户最近的遠程服務點（POP）處。 ^[9] 

內容分發包含從內容源到CDN邊緣的Cache的過程。從實現上，有兩種主流的內容分發技術：PUSH和PULL。 ^[10] 

PUSH是一種主動分發的技術。通常，PUSH由內容管理系統發起，將內容從源或者中心媒體資源庫分發到各邊緣的 Cache節點。分發的協議可以採用 Http/ftp等。通過PUSH分發的內容一般是比較熱點的內容，這些內容通過PUSH方式預分發（ Preload）到邊緣Cache，可以實現有針對的內容提供。對於PUSH分發需要考慮的主要問題是分發策略，即在什麼時候分發什麼內容。一般來説，內容分發可以由CP（內容提供商）或者CDN內容管理員人工確定，也可以通過智能的方式決定，即所謂的智能分發，它根據用户訪問的統計信息，以及預定義的內容分發的規則，確定內容分發的過程PULL是一種被動的分發技術，PULL分發通常由用户請求驅動。當用户請求的內容在本地的邊緣 Cache上不存在（未命中）時， Cache啓動PUL方法從內容源或者其他CDN節點實時獲取內容。在PULL方式下，內容的分發是按需的。 ^[10] 

它是整體性的網絡負載均衡技術，通過內容路由器中的重定向（DNS）機制，在多個遠程POP上均衡用户的請求，以使用户請求得到最近內容源的響應。 ^[9] 

CDN負載均衡系統實現CDN的內容路由功能。它的作用是將用户的請求導向整個CDN網絡中的最佳節點。最佳節點的選定可以根據多種策略，例如距離最近、節點負載最輕等。負載均衡系統是整個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。通常負載均衡可以分為兩個層次:全局負載均衡（GSLB）和本地負載均衡（SLB）。全局負載均衡主要的目的是在整個網絡範圍內將用户的請求定向到最近的節點（或者區域）。因此，就近性判斷是全局負載均衡的主要功能。本地負載均衡一般侷限於一定的區域範圍內，其目標是在特定的區域範圍內尋找一台最適合的節點提供服務，因此，CDN節點的健康性、負載情況、支持的媒體格式等運行狀態是本地負載均衡進行決策的主要依據。 ^[10] 

對於CDN系統而言，需要考慮兩個方面的內容存儲問題。一個是內容源的存儲，一個是內容在 Cache節點中的存儲。 ^[10] 

對於內容源的存儲，由於內容的規模比較大（通常可以達到幾個甚至幾十個TB），而且內容的吞吐量較大，因此，通常採用海量存儲架構，如NAS和SON。對於在 Cache節點中的存儲，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、穩定性。 ^[10] 

其中，多種內容格式的支持要求存儲系統根據不同文件格式的讀寫特點進行優化，以提高文件內容讀寫的效率。特別是對針對流媒體文件的讀寫。部分緩存能力指流媒體內容可以以不完整的方式存儲和讀取。部分緩存的需求來自用户訪問行為的隨機性，因為許多用户並不會完整地收看整個流媒體節目。事實上，許多用户訪問單個流媒體節目的時間不超過10分鐘。因此，部分緩存能力能夠大大提高存儲空間的利用率，並有效提高用户請求的響應時間。但是部分緩存可能導致內容的碎片問題，需要進行良好的設計和控制。 ^[10] 

Cache存儲的另一個重要因素是存儲的可靠性，目前，多數存儲系統都採用了獨立磁盤冗餘陣列（RAID）技術進行可靠存儲。但是不同設備使用的RAID方式各有不同。 ^[10] 

它通過內部和外部監控系統，獲取網絡部件的狀況信息，測量內容發佈的端到端性能（如包丟失、延時、平均帶寬、啓動時間、幀速率等），保證網絡處於最佳的運行狀態。 ^[9] 

內容管理在廣義上涵蓋了從內容的發佈、注入、分發、調整、傳遞等一系列過程。在這裏，內容管理重點強調內容進人 Cache點後的內容管理，稱其為本地內容管理。本地內容管理主要針對一個ODN節點（有多個 CDN Cache設備和一個SLB設備構成）進行。本地內容管理的主要目標是提高內容服務的效率，提高本地節點的存儲利用率。通過本地內容管理，可以在CDN節點實現基於內容感知的調度，通過內容感知的調度，可以避免將用户重定向到沒有該內容的 Cache設備上，從而提高負載均衡的效率。通過本地內容管理還可以有效實現在ODN節點內容的存儲共享，提高存儲空間的利用率。 ^[10]