CDN 体系架构及部署方案探索*

赵力钧

（中移铁通甘肃分公司，甘肃 兰州 730000）

0 引言

CDN 技术的特点是，以目前既有的互联网网络为基础，通过在网络各边缘节点设置缓存服务器作为边缘服务节点，由此构成一套完整的智能虚拟化网络，通过内容管理和内容调度进行资源分发，使用流量重定向机制，通过路由优化计算，重定向用户的访问到CDN 网络中最接近用户的边缘服务节点上，缩短访问路径，加快访问时间，减小网络拥塞，控制网络成本、提升网络的整体服务质量。

1 CDN 技术与典型内容网络技术的比较

内容网络技术是指能够改善用户互联网访问体验的应用层技术的总称。通过内容网络技术可以将使用URL 唯一标识的内容分发到互联网的不同节点，并采用重定向技术和就近原则，引导用户访问距离最近的边缘服务节点上的一个内容的缓存副本[1]。典型的内容网络技术分别有CDN 技术、IDC技术、Cache 技术等。

CDN 技术即内容分发网络，是在传统互联网内容加速技术的基础上发展而来的。CDN 技术的基本原理是，使用一个完善的智能算法体系，优化流量路径，计算出一条动态的最优路径，使分发的内容在网络中能够更快速、更稳定的传输，确保用户可以命中网络中最近的缓存节点，并获取所需要的内容，有效解决互联网流量拥塞的问题，缩短用户访问WEB 页面、点播视频和下载资源等操作的响应速度。

IDC 是互联网数据中心的缩写，是网络运营商依靠现有的互联网基础网络资源建立起来的运营商级专业的标准化数据中心，分布在运营商的各大核心机房中，能够为各大企业、政府部门提供专业的服务器托管、租用以及技术配套服务。

Cache 是一种典型的传统缓存技术，需设置缓存服务器。它的原理是被动地将用户访问或下载的TOP 热点内容缓存在服务器中，作为一个内容副本，如果遇到之前的内容再次被请求访问的时候，不需要再一次访问源站，而是使用Cache 缓存服务器中已经缓存好的内容副本提供访问，实现请求访问加速的目的。一般可分为大文件缓存和小文件缓存两类。

CDN 技术与典型内容网络技术相比具有很多优点，弥补了传统技术的不足。相关技术特点如表1所示。

表1 CDN、IDC、Cache 比较

2 CDN 的基本原理和体系架构

2.1 CDN 关键技术

在CDN 技术中包含了路由、分发、存储和管理4 个关键环节[2]。四个环节缺一不可，每个环节具有相互独立的功能，同时又相互紧密地联系在一起。具体功能如下。

（1）路由：原理是依靠负载均衡系统，通过优化算法实现网络中内容资源的路由径路选择。它的作用是利用CNAME 重定向机制，经过动态路径算法计算出一条最优的路由径路，然后将用户的资源访问请求引导至CDN 网络中最靠近用户的边缘服务节点上。

（2）分发：实质是通过互联网基础承载网络，将各类内容资源如文档、图片、网页、音频、视频等，从源站传送到边缘Cache 服务器的过程，可使用的相关技术有PUSH 技术和PULL 技术，其中PUSH属于主动型，而PULL 属于被动型[3]。

（3）存储：是将网络内容资源作为副本缓存下来的过程。它主要涉及到两类：一是内容源的缓存，二是内容在CDN 节点中的缓存。

（4）管理：一个完整的CDN 网络包括两个管理系统，即内容管理和网络管理。整体管理流程经过了内容发布、内容注入、内容分发、内容调整、内容传输等一系列过程，依靠完善的管理和分配模式，体现出整个CDN 网络的智能化与先进性。

2.2 CDN 逻辑组成

一个完整的CDN 系统，总体上是由源服务器、内容管理系统、网络管理系统、本地负载均衡服务器、边缘节点缓存服务器和全局负载均衡控制服务器几个核心模块组成[4]。它的功能逻辑组成如图1 所示。

源服务器一般以集群的形式部署，分布在各大内容提供商的数据中心机房，由内容提供商统一管理，负责提供网络中所需的各类内容资源。

内容管理系统的职责，是实现CDN 网络中的内容管理，按照网络环境决定内容的分发方式，依靠智能管理，优化内容缓存节点和缓存时间，提高资源访问效率。

网络管理系统的职责，是实现CDN 网络的监控和管理，实时、动态地监控网络中各节点缓存服务器的工作状态，同时监控各路由径路的流量负载情况、各接入节点的带宽占用情况以及用户请求访问Cache 资源节点的命中率等信息。

本地负载均衡控制器即SLB，主要功能完成流量的分配，通过高效的流量调度算法实现流量的实时调度，提高资源利用率，缓解流量拥塞的状况，缩短资源访问时间。

边缘节点Cache 服务器分布在CDN 网络的各个边缘节点上，是源站的资源镜像，保存着与源站内容相同的内容副本，以响应用户的访问请求，通过节点缓存服务器可以有效缩短资源访问时间，提升用户使用感知。

图1 CDN 功能逻辑组成

全局负载均衡控制服务器即GSLB，实现对CDN 网络中各个边缘服务节点的监控和管理，监控服务器的工作状态和性能指标，使用智能管理机制定位用户请求来源，采用就近原则，确保用户被快速有效分配到离用户最近的边缘缓存节点上。

2.3 CDN 体系架构

CDN 网络具有一套完善的体系架构，各环节之间协同配合，以实现对网络内容的高效而快捷分发。体系架构总体可分为3 层结构，分别是内容管理层、调度分发层和边缘服务层[5]。体系架构如图2 所示。

图2 CDN 体系架构

内容管理层：功能是实现CDN 网络资源内容的集中管理和智能分析，实现资源内容的呈现、资源质量的评估、缓存需求的分析、调度方案的设计、热点资源的识别、就近缓存的命中。

调度分发层：由控制中心、分发中心和溯源中心3 个功能模块组成。其中，控制中心的功能是实现对CDN 网络边缘服务节点进行调度和控制；分发中心的功能是实现将所需内容资源以最优的路由径路快速而稳定地传送到边缘服务节点上；溯源中心的功能是实现对网络TOP 热点内容的缓存，在缓存服务器上保存相关内容的副本，提供对用户请求的重定向访问。各级缓存节点均需要统一向资源池进行回源。

边缘服务层：功能是以分析网络TOP 热点内容为基础条件，实现网络TOP 热点内容的分布式存储，面向用户提供就近资源接入服务，支撑调度优化，提供充足的资源，实现布局的最佳优化，最大限度保证内容资源的就近命中，缩短内容访问时间，提高内容访问效率。

3 CDN 的主要服务模式及特点

3.1 CDN 服务模式

CDN 系统是通过建立全局分布式缓存架构服务模式，依靠完善的资源管理和资源调度对内容进行分发，采用重定向机制缩短资源访问时的延迟，引导用户访问最接近用户网络位置的边缘服务节点来获取所需要的资源。通过路由优化计算，内容访问路由径路不需要经过长距离的网络传输，通过设置多节点分布式的缓存服务器，解决了网络链路拥塞的问题，提高了资源利用率，同时也明显缩短了用户的资源访问时间，以此改善用户体验。CDN 资源节点设在整个网络中尽可能接近用户的地方，有自己的资源负载平衡解析服务器。根据用户不同的网络位置，无论用户在什么地方，都可以将用户引向最近的资源节点。

3.2 相关特点

3.2.1 内容发布

CDN 网络是通过建立一套完善的智能算法机制，利用既有的互联网基础网络，通过使用路由计算、内容缓存、组播、重定向、流分裂等技术手段，以最快的速度将内容资源传送到最接近用户的边缘服务节点处。

3.2.2 内容路由

它是一种网络资源负载均衡技术，通过建立智能DNS，依靠CNAME 机制，重定向用户访问请求，使访问请求最大化命中到最接近用户的边缘服务节点上。

3.2.3 内容交换

识别内容的区域性，采集服务器的可用性，分析用户请求的差异性，选取指定的缓存服务器，利用重定向、流分裂、应用层交换等技术，动态的实现内容的交换和负载流量的平衡。

3.2.4 性能管理

通过设立监控管理系统，采集CDN 网络中各边缘节点的资源使用情况和各个资源服务器的性能参数，测量内容发布径路的端到端性能，实现对整个CDN 网络资源全方位的动态监控与调度管理，保证整个CDN 网络的高效稳定运行，时刻保持最佳的状态。

4 CDN 运营部署方案的相关建议

4.1 加强监控系统部署

监控系统对于CDN 而言，是为了能够提供更加稳定可靠的服务。一个完善的监控系统，对于CDN 来说非常重要。人们能够通过建设三方监测平台，结合自有监控系统，实现CDN系统的多元化监测，做到对各个网络节点及资源服务节点的实时监控，并做好随时切换的准备，实现资源的统一调度。

4.2 注重调度中心系统部署

调度中心是整个CDN 系统的核心组成部分，担负着资源的调度与分配的职能，也控制着整个CDN 系统的运行成本和运行效率。通过部署智能DNS，依靠CNAME 重定向机制，可以做到对内容资源的高效调度，从而保障CDN 系统平台稳定和高效的运行。

4.3 CDN 服务域名规划

对于不同的CDN 服务内容，应该部署不同的服务域名和服务器组。针对不同的服务器内容采用不同的调度与部署方案，增加内容部署的灵活性。只有这样，才可以保证能够获得优质的服务质量，实现对网络运行成本的有效控制。

4.4 通过内容资源管理手段，实现签约与非签约内容的协同

分析全网内容视图，生成全局调度策略；对于签约内容，将被动缓存配置为黑名单，由主动分发提供服务；对于非签约内容，由被动缓存提供服务，并根据实际应用情况指导主动分发的授权谈判与引入。

4.5 建立资源双轨机制

建立1+1 双线机制，实现被动缓存与主动分发相结合，实现资源的最大化共享，提高内容资源的利用率；依靠内容资源管理手段，分工协作，服务不同的内容；边缘节点主动与被动服务能力融合设计，协同支撑。

5 结语

在信息化高速发展的新时期背景下，互联网行业进行了前所未有的重大技术革新，而这种转型，也是为了能够跟上时代发展的步伐，满足人们日益增长的需求的要求。基于此，各大运营商和内容提供商都已经开始积极探索和部署各自的CDN 网络。未来，CDN 技术将随着互联网技术的飞速发展而不断演进。在面对未来高速发展机会的同时，CDN 技术也必将面临各类互联网新技术的挑战。