省级运营商CDN网络升级需求与升级方式研究

史旭鹏

（广东省电信规划设计院有限公司 南京分公司，江苏 南京 210009）

0 引 言

内容分发网络（Content Delivery Network，CDN）狭义上可以理解为各种流媒体服务器、存储系统、管理系统的数据中心，广义上包括为数据中心提供互联的承载网[1]。在多年的努力下，通过不同的应用系统的开发，国内运营商的IT基础架构已经具有了一定的规模，并有了较多的技术积累，CDN作为运营商布局娱乐视频业务重要技术支撑手段，其重要性日益凸显[2]。通过多年支撑系统扩容改造工程的建设，在网络架构、设备配置、工程实施等方面都积累了丰富的经验。随着客户数量的持续增长与业务的不断升级，需要不断扩容与升级现有CDN架构。

本文将从各大运营商的现有宏观CDN架构入手，分析研究大客户量、复杂业务需求情况下的CDN网络升级思路与方案。

1 CDN网络部署现状

1.1 系统总体架构

运营商组建的CDN网络总体采用“管理域+传输分发域+服务接入域”的3层架构，从功能属性划分也可分为CDN内容中心、调度控制平台与网络分发节点3个部分[3]。构建全网统一调度能力，承载了互联网浏览、下载、视频及互联网电视等各类业务。

管理域、传输分发域包括管理层、调度控制中心、内容中心等，实现互联网内容展现管理与调度等功能。

管理域主要包括对网间内容管理，作为网间内容的具象化数据体现和数据分析中心，实现网间内容的具象化体现、网间资源质量评价、相关数据分析等功能。

调度控制中心为CDN网络提供相关资源运营管控与访问接入调度服务。

CDN内容管理负责系统与外部系统间的对接与差异化内容添加，并为边缘接入节点提供内容分发与内容回滚。

CDN技术通过在应用层的内容智能路由技术上的应用，使广大用户实现了就近访问[4]。

内容管理层、调度分发层由总部统一建设，边缘服务层由各省自行建设。

1.2 系统逻辑架构

CDN网络从架构角度可划分为内容管理层、相关内容的调度分发层和提供各级用户接入的边缘接入层3个层面，其中内容管理层主要包含内容管理功能，调度分发层包含统一运营支撑系统、证书管理系统、调度控制系统以及运营管理系统，此外还包括面向内容运营的内容中心，提供内容溯源和缓存功能的溯源中心以及区域调度中心等7个子系统，边缘服务接入层主要提供服务接入功能，同时具备缓存和内容分发的功能。

1.3 常用组网架构

CDN交互网络电视（Internet Protocol Television，IPTV）的典型组网架构一般在运营商的骨干网层面部署相关系统，包括运营支撑子、调度控制、运营管理和内容溯源等功能，在运营商省网核心层面部署关键的网络资源调度和内容管理能力，在省网核心及城域网分级部署用于各级用户接入的边缘服务接入节点。建设统一平台、统一内容库、统一RR，优化业务流程实现IPTV平台与CDN分发系统解耦，中心内容库与边缘CDN解耦[5]。网络一般支持架构弹性灵活的组网方案，以满足业务不断演进下的网络无缝升级改造和能力扩展需求。系统在管控角度采用集中化管控模式，通过调度和管理系统统一对内容中心、溯源中心、内容调度节点和边缘服务接入节点进行控制，此外运营商管理的调度中心支持对边缘服务接入节点按照相关规则进行精细化调度。

内容网络的组网架构受服务对象的影响，一般支持根据用户的接入量动态扩展网络整体容量，边缘节点支持分级部署架构。从扩容方式上看，可通过增加边缘服务接入的节点进行接入层的水平扩展，也支持通过对边缘服务接入节点按照业务规则进行分级分层的垂直扩展。水平扩展较少进行内容注入，这种方式因内容未命中带来的回源延时开销较小。垂直扩展的方式可以使得边缘服务接入节点更适应用户的需求，适合互联网电视等流量和带宽需求较大的内容的分发服务，进一步减少网络中分发内容的流量。

2 升级建设需求分析

现有CDN主要承载了互联网浏览、下载、视频及互联网电视等各类业务，随着接入用户的不断增多与业务的多元化，CDN需要在已有基础上进行不断升级改造。运营商CDN直观的需求就来自于客户接入量的不断增长，除此之外还包含技术升级、信息安全、管理能力优化等多种需求，详见表1[6]。

表1 CDN网络升级需求分析

此外，从实际运营商组网现状来看，现有系统中存在大量老旧设备，CDN功能的改进需要对老旧设备进行同步更换。

3 总体升级建设原则

3.1 通用性

运营商CDN扩容需要考虑通用性原则，支持承载多样化的业务，包括运营商自营业务、客户及第三方友商的内容；支持多种分发内容形态；支持多种协议，包括超文本传输协议（Hyper Text Transfer Protcal，HTTP）、基于HTTP的流媒体网络传输协议（HTTP Living Streaming，HLS）、HTTPS、HTTP 2.0、实时消息传输协议（Real Time Messaging Protocol，RTMP）、实时流传输协议（Real Time Streaming Protocl，RTSP）；支持多种网络类型的接入；支持多种类型终端的加速，包括传统的PC、笔记本、手机、机顶盒以及新业务涉及的智能电视、VR终端等；支持IPTV业务及互联网视频；支持直播、点播、回看等业务形态。

整体网络部署应遵循简化原则，不应引入太多类型的承载技术[7]。

3.2 开放性

标准接口：内容分发网络整体遵循开放原则，提供标准接口，以便其他业务系统的调用或其他系统的对接。

内部解耦：运营商网络从硬件到软件一般由多家厂家提供服务，网络建设以及网络扩容需要支持不同厂家同时部署，拥有灵活的部署模式。

互连互通：支持与外部的CDN系统互联和协同工作，支持将运营商内容网络的内容分发至其他CDN或者将其他CDN的内容通过运营商内容网络进行分发，支持与其他视频专用CDN进行对接及融合组网。

3.3 融合性

边缘服务节点同时具备主动分发和本地调度能力，可以根据需求进行灵活配置。

4 升级建设内容

运营商的CDN扩容需求主要来自于自有业务特别是互联网电视等业务的扩容升级需求。针对业务的实际需求，整体升级建设内容包括2个部分。

（1）现有容量扩容。一方面，根据业务接入客户数据规划整体CDN网络的资源需求，主要在接入层扩容对应内容分发服务器。另一方面，还要进行内容存储扩容。为满足内容回溯等功能，主要在调度层扩容相关服务器资源。部分运营商现网中调度层存在不同厂家的设备与软件，互相并不兼容，因此需要根据不同厂家针对性地扩容相关内容存储资源[8]。

（2）功能优化。低延迟功能改造主要在调度层进行低延迟功能改造，部署相关低延迟直播子系统。除此之外，功能优化还包括安全和管理功能优化，由于CDN的技术分布特性，一旦出现不良信息就会快速分发到整个网络中[9]。为满足业务不断增长带来的安全与管理需求，提高内容提供商与网络运营商之间系统内容的分发效率，降低网络运营商对已有系统改造的风险，更好地完成媒资文件的传输[10]。配置系统扩容安全和管理服务器设备，并且扩容相关安全与管理功能。

4.1 CDN网络逻辑架构

针对业务发展而升级的CDN架构是原有体系架构的升级，并不影响原有系统架构。根据建设需求，主要在原有网络的调度层新增延迟管理相关系统，在安全系统中新增安全合规与恶意内容审核等功能。

调度层主要面向内容网络业务开展统一的运营、配置、管理以及用户请求的统一调度。除此之外，为确保扩容后系统的效率要求，调度层需要提供出网访问的统一回源服务，实现对互联网电视视频及其他业务场景下的精准调度。

边缘服务接入层主要包括内容分发、内容服务和访问控制等功能，直接面向客户及相关终端提供内容分发服务。除此之外，在边缘服务接入层也需要部署本地调度、访问控制、文件下载等功能，以满足客户接入后的操作功能需求。为满足扩容后降低延时等需求，当边缘节点内容未命中时，要根据相关策略更高效地向上一级内容源获取信息。边缘服务接入层一般会根据区域和相关角色等标准划分为多级接入结构，整体结构在扩容后应该能纳入统一的管理平台接受统一管理。

升级后的CDN设计逻辑架构如图1所示。

图1 CDN设计逻辑架构

4.2 组网架构

CDN升级组网如图2所示，升级后的整体组网架构在运营商骨干网层面部署统一运营支撑子系统、调度控制子系统，在省级层面部署区域调度系统及内容中心与边缘服务节点。整体网络架构依托于运营商现有的骨干网、核心网以及城域网建设基础。相对于其他CDN服务供应商，运营商的现有网络基础和技术基础能保障CDN网络更好地发挥效益，为客户提供服务。

图2 CDN升级组网

5 结 论

随着运营商客户数量的不断增多与整体CDN承担业务的愈发多样化，服务提供商的CDN必须不断地扩容与演进。在现有系统上的技术更新，不仅依靠已有的技术积累和新的技术加入，同时也需要基础设施运维管理、系统日常运维保障等方面的技术资源积累，完善的网络升级方案才能使整体网络更加安全与高效。