内容分发网络技术分析

黄大伦 彭小英

摘 要：近年来，互联网业务发展迅猛。随着用户的增多，骨干网负荷增加，甚至出现调度出网的情况。为了应对未来互联网访问流量增长的需求，减少业务对宽带远程接入服务器-核心路由器（Broadband Remote Access Server-Core Router，BRAS-CR）链路及省干带宽的占用，更好地服务市场前端，选择合适的内容分发网络（Content Delivery Network，CDN）可以解决跨网访问感知差问题，为用户提供更好的互联网业务体验。

关键词：互联网;内容分发网络（CDN）;内容分发

中图分类号：TP393.02 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2021）28-00-03

Abstract： In recent years， Internet business has developed rapidly. With the increase of users， the load of backbone network increases and even dispatching out of the network， which has a great impact on the network. In order to cope with the growth demand of Internet access traffic in the future， reduce the occupation of business on Broadband Remote Access Server-Core Router（BRAS-CR） link and trunk saving bandwidth， better serve the front end of the market， and select appropriate Content Delivery Network（CDN） content distribution technology can solve the problem of poor perception of cross network access and provide users with a better Internet business experience.

Keywords： Internet;Content Delivery Network（CDN）;content distribution

1 CDN概述

內容分发网络（Content Delivery Network，CDN）[1]是部署在各地的缓存边缘节点以及现有的互联网基础之上的一层智能虚拟网络，可以为用户自动选择最佳网络访问路径，并将源站的内容分发到最接近用户的网络边缘节点，解决本地接入层及省干链路负荷高造成的Internet网络拥塞问题，提供更快、更稳定、更便捷的网络访问体验。

2 CDN平台基本技术

CDN平台基本技术[2]包括负载均衡技术、内容分发技术和内容存储技术。其中，内容分发包含从内容源到CDN边缘节点的过程。现网应用主要有PUSH推送和PULL拉取两种主流的内容分发技术。

3 CDN分发的域名和内容分析

3.1 大文件业务内容

大文件业务内容包括视频业务、游戏业务、音乐业务及动漫业务，特点是文件访问持续时间长，吞吐量大，需要考虑服务器整体的存储量和输入输出吞吐量。考虑到硬盘读文件由磁头定位和顺序读数据两步组成，一般大文件业务服务器在磁盘和内存分区的粒度比较大，服务器为专用服务器的串口硬盘SATA（Serial Advanced Technology Attachment hard disk）硬盘，使用超文本传输协议（Hypertext Transfer Protocol，HTTP）和基于HTTP的自适应码率流（HTTP Live Streaming，HLS）媒体传输协议，采用重定向方式实现。

3.2 小文件业务内容

全球广域网（World Wide Web，WEB）业务是对文字和图片等小文件的传输下载，特点是文件访问持续性短，并发量大。一般小文件业务服务器在磁盘和内存分区的粒度比较小。服务器为通用服务器的固态硬盘（Solid State Disk，SSD），使用HTTP协议，采用代理模式实现。

4 CDN分发的全局调度方式流程说明

4.1 别名CNAME引导机制

别名（Canonical Name，CNAME）引导机制[3]需要在业务系统的授权域名系统（Domain Name System，DNS）服务器上进行CNAME配置，将解析请求传输到全局调度系统。CNAME调度流程如图1所示。

①终端访问统一资源定位符（Uniform Resource Locator，URL）为http：//icp.com/Web/main.html，向Local DNS发起icp.com的域名解析。

②本地域名系统Local DNS经过递归，向源站授权DNS服务器解析域名icp.com。

③网站授权DNS以CNAME方式返回重新构建的业务域名（icp.com.cmcdn.com）。

④Local DNS向全局调度中心发起请求解析icp.com.cmcdn.com。

⑤调度中心根据Local DNS的地址查找调度策略，选择最优的边缘节点给Local DNS。

⑥Local DNS向终端返回对应的DNS Response，其中携带内容网络边缘节点的IP地址。

4.2 域名转发DNS Forward机制

需要在各节点Local DNS上进行转发Forward配置，将对应的解析请求传至全局调度系统。DNS Forward调度流程如图2所示。

①Local DNS中将icp.com配置到Forward First名单中。

②终端访问URL为http：//icp.com/Web/main.html，向Local DNS发起icp.com的域名解析。

③LocalDNS匹配Forward名单，发现匹配一致，向全局调度中心发起DNS请求，解析icp.com。

④调度控制子系统根据Local DNS的地址匹配调度策略，选择一个最优的边缘节点返回给Local DNS。

⑤Local DNS向终端返回对应的域名响应DNS Response，其中携带内容网络边缘节点的IP地址。

5 用户访问互联网业务过程分析

用户访问互联网业务可通过两种方式实现，分别为传统的未部署CDN业务方式和已经部署了CDN的业务方式。未部署CDN业务的方式中，所有用户都是通过直接访问源站获取数据，用户访问量较大，源站负荷较重，且数据传输距离较远，链路流量负荷高。为了解决上述问题，可采用域名转发机制DNS Forward和别名解析CNAME两种方式在客户近端部署CDN，使客户访问互联网业务快速流畅，提升用户体验[4]。

5.1 未部署CDN业务流程

未部署的CDN业务流程主要包括用户终端门户请求和认证过程与DNS域名解析过程两个过程，具体流程如图3所示。

5.1.1 用户终端门户请求和认证过程。在未部署的CDN中，终端用户向门户发起视频播放请求，认证服务器收到请求后确认用户的合法状态，如认证合法，则返回视频地址URL（域名vod.cdn2.cmvideo.cn），否则返回认证失败页面[5]。

5.1.2 DNS域名解析过程。终端向本地域名系统LDNS发起请求进行域名解析，如本地DNS服务器有缓存记录则直接响应，否则将请求递归到和视界授权DNS查询，最后授权的DNS将解析结果IP 1.1.1.1返回到本地DNS服务器，本地DNS服务器再将域名解析结果返回给终端。

5.2 以域名转发DNS FORWARD方式部署CDN后的业务过程

以域名转发DNS Forward方式部署的业务流程分为用户终端门户和认证过程、CND DNS调度过程和CDN分发加速过程3个过程，具体流程如图4所示。

5.2.1 用户终端门户请求和认证过程。和未部署CDN业务过程一样，终端用户向门户发起视频播放请求，认证服务器收到请求后确认用户的合法状态，如认证合法，则返回视频地址URL（域名vod.cdn2.cmvideo.cn），否则返回认证失败页面。

5.2.2 CDN DNS调度过程。终端向本地域名系统LDNS发起请求，进行域名解析。本地域名系统收到请求后，将请求转发到调度中心全局负载均衡（Global Load Balance，GLB）进行解析。如GLB发现请求是来自广西的用户，则返回广西CDN节点的IP给本地DNS，本地DNS再将解析记录返回给终端。

5.2.3 CDN分发加速过程。终端用户向CDN边缘节点请求资源，CDN边缘节点先判断是否已经有缓存请求的资源，如果没有则向CDN内容中心获取，而如果CDN内容中心也没有该资源，则向全局服务器负载均衡（Global Server Load Balance，GSLB）源站回源获取并响应终端用户，完成CDN加速。

5.3 以别名解析CNAME方式部署CDN后的业务过程

以别名解析CNAME方式部署的业务流程分为用户终端门户和认证过程、CND DNS调度过程以及CDN分发加速过程3个过程，具体流程如图5所示。

5.3.1 用户终端门户请求和认证过程。和未部署CDN业务过程一样，终端用户向门户发起视频播放请求，认证服务器收到请求后确认用户的合法状态，如认证合法，则返回视频地址URL（域名vod.cdn2.cmvideo.cn），否则返回认证失败页面。

5.3.2 CDN DNS调度过程。终端向本地域名系统LDNS发起请求进行域名解析，本地DNS有缓存记录则直接响应，否则递归到和视界授权DNS查询，授权DNS将CNAME到CDN的域（lovev.a.cdn.chinamobile.com）解析结果返回给本地DNS。本地DNS再次向全局负载均衡GLB解析CDN域名，GLB发现请求是来自广西的用户，将返回广西CDN节点的IP给本地DNS，本地DNS返回给终端。

5.3.3 CDN分发加速过程。终端用户向CDN边缘节点请求资源，CDN边缘节点先进行消息摘要算法5（Message-Digest Algorithm，MD5）防盗链校验，校验通过再判断是否已经有缓存，如果没有缓存，则向CDN内容中心获取。如果CDN内容中心也没有该资源，由向GSLB源站回源獲取并响应终端用户，完成CDN加速。

6 结语

在不同业务场景使用合适的内容分发方式，能够合理利用资源，达到网络资源利用效率最大化的目的，从而降低成本，提升用户使用感知，提高网络控制力，使得CDN运营商具备高效的内容和流量管控力度，具备高质量的服务能力，全面构建内容网络运营能力。

参考文献：

[1]赵思行.CDN内容分发的研究与应用[J].移动信息，2018（2）：148-149.

[2]王薇薇，李子木.基于CDN的流媒体分发技术研究综述[J].计算机工程与应用，2004（8）：121-125.

[3]余红梅.基于CDN和P2P技术的混合流媒体内容分发机制研究[J].现代计算机，2010（4）：65-67.

[4]张震，张雷.基于CCN的CDN视频内容分发技术研究[J].软件，2015（1）：67-71.

[5]何锐，李艳，刘红.基于CDN内容分发的研究与应用[J].通信技术，2011（3）：112-115.

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