內容配送網

內容配送網路（Content Delivery Network，CDN）是建立並覆蓋在網際網路之上的一層特殊網路，專門用於通過網際網路高效傳遞豐富的多媒體內容，對網際網路中的信息流進行最佳化，從而提高網路的使用效率。

中文名稱	內容配送網
英文名稱	content distribution network;CDN
定　　義	建立並覆蓋在網際網路之上的一層特殊網路，專門用於通過網際網路高效傳遞豐富的多媒體內容。
套用學科	通信科技（一級學科），服務與套用（二級學科）

基本介紹

• 中文名：內容配送網
• 外文名：Content Delivery Network，CDN

簡介

網際網路作為傳遞所有媒體類型的聚合途徑，頻寬要求高的內容如流媒體等對其網路容量提出了很高的要求。而且除頻寬問題外，通過網際網路連續、大量的內容傳遞尚有許多問題需要解決。內容配送網路（CDN）這一新的網路形式就是專門為解決這類需求而產生的。CDN的解決方案是在現有的網路基礎設施之上新建立一層重疊網，實現對網際網路中信息流的最佳化，從而提高用戶訪問的回響速度，實現多媒體在網路上的實時傳輸，解決網路擁塞問題，保障服務質量，提高網站的安全性、可用性。CDN是一種可以傳遞任何類型媒體的業務，如音頻或視頻的流媒體、Web頁面、文獻、軟體或任何其它的數字內容。

CDN在傳遞媒體時有兩種方式：·

• 實況：內容編碼後“立即”傳遞給媒體伺服器，然後“立即”傳遞給媒體的客戶端，如音樂會或廣播電視等要求這種傳輸方式。
  
• 點播：內容編碼後作為流媒體檔案存儲在媒體伺服器上。然後根據客戶端的請求來獲取內容。這種方式主要用於後來播放的視頻或音頻片段的內容，如視頻點播、音樂片段等。
  

CDN的基本思想是在距離用戶較近的位置分散地放置多個邊緣伺服器，內容提供商將所發布的內容複製到這些邊緣伺服器中，並由它們代表源伺服器向用戶提供內容服務。研究表明，CDN的套用能夠有效地降低伺服器端的負載，緩解網路擁塞，降低業務在網路中傳輸的延遲。根據IETF定義，一個完整的CDN架構應包括如下四個組件：路由請求系統、分發系統、計費系統和邊緣伺服器。路由請求系統將用戶的請求重定向到一個“最佳”的邊緣伺服器上(最佳的含義可以是地理位置最近或者伺服器負載最輕)；分發系統將源伺服器的內容發布到邊緣伺服器上，使得內容更加靠近用戶；計費系統負責跟蹤、記錄數據在CDN各組件問的流動信息，並以此為依據實施計費；邊緣伺服器則是內容分發的目的地，也是向用戶直接提供服務的實體。

CDN網路結構

對一個CDN網路進行剖析，可以看到在網路基礎設施之上有三個獨立的組成部分：

• 內容路由———為終端用戶提供來自正確地點的正確內容，組成技術有：域名伺服器（DNS）重定向、第4~7層交換和Web快取通信協定（WCCP）；
  
• 內容傳遞———涉及整個內容的工作流，從編碼和索引到邊緣傳遞，以及如何保證內容安全和管理內容；
  
• 性能度量———客戶使用CDN業務時需要整個CDN網路性能的反饋，這就涉及使用內部測量技術以及外部業務。
  

圖從網路技術的角度描述了各部分的關係。

內容傳遞

內容傳遞是指內容從編碼到傳遞給終端用戶的整個工作流。內容傳遞最特殊的模式是實況內容的傳遞，通常為音頻和視頻內容，也可以用於傳遞其他類型的內容如金融市場的數據。

內容傳遞大致有以下幾個組成部分：

1. 編碼：數字媒體需要編碼以作為流媒體來傳遞。編碼過程有兩個步驟：壓縮和打包。音頻和視頻編碼可以使用各種各樣的編解碼器。
   
2. 安全/加密：為了防止對媒體資源的未授權使用，媒體需要進行加密。媒體保護模式被稱為數字著作權管理（DRM）系統。
   
3. 索引：與Web通常由文本內容組成不同，音頻或視頻內容不能直接做索引，因此音頻和視頻內容需要專門的索引軟體包來處理，這類軟體包通常在索引內容的時候同時進行編碼，這樣在產生元數據（metadata）的同時也生成了流媒體。
   
4. 媒體伺服器：媒體伺服器是一種特殊的伺服器，常常服務於內容的數位化和編碼。媒體伺服器通常由運行在普通伺服器之上的媒體伺服器軟體組成。
   
5. Web伺服器：Web伺服器的基礎設施包括元數據和指向流媒體的連結，以及其它所有CDN需要處理的基於Web的內容。
   
6. 快取：如果所有的內容服務都從相同的點提供，即伺服器在某個點上，所有的媒體客戶端內容（無論是實況內容還是點播內容）的獲取都是從那一點上傳遞，這將對網路和伺服器都造成巨大的衝擊。為了避免這種情況的發生，在每一個戰略POP點等直接提供內容服務的地點上都需要建立快取結構。這種結構對終端用戶來說是透明的，好象他們仍然是從中央伺服器上獲得服務。快取基礎設施為客戶端提供了更好的傳遞方式，因為這種情況下內容的“駐地”離用戶更近，網路連結的等待時間縮短、可獲得性提高、負載降低。另外還獲得了對“爆發”訪問的保護，由於有了分散式的基礎設施，沒有一台設備需要承擔大量的負載，而且在需要時可以很容易地擴充這一基礎設施。
   
7. 媒體客戶端：CDN傳遞鏈上的最終設備是媒體終端，它運行在終端用戶的工作站上。媒體客戶端的功能相當於是從一台Web伺服器上獲得服務的Web客戶端。
   
8. 內容流：由於內容產生自CDN客戶的站點，所以它需要傳遞到CDN上。對於點播或常規的Web內容，這些內容可以按檔案方式傳遞到CDN。對於實況內容就需要有另一種傳遞的方式。如果內容始終來自同一個地點，可以使用一種固定的連結，如果內容源是一個臨時的地點，通常可以使用衛星的傳遞方式。
   

內容路由

內容路由解決的問題是從最合適的位置給發出請求的客戶端傳遞內容。內容路由有兩個方面，一個是全球路由運算法則，關注的是如何從客戶端路由到最合適的POP點；另一個問題是內部路由，關注的是在一個POP點中的多個伺服器之間如何傳播請求。

1. 全球重定向———DNS：這是最簡單的一種重定向形式，當一個域名如www.cdn.com有多個IP記錄與之關聯時，一個客戶端向該域名的IP位址發出請求，IP記錄池中的任何一個IP位址都可以為之服務。這種情況下只需要採用簡單的直接循環算法，只需要一個普通的DNS伺服器就可以完成。由於循環算法對請求的重定向是盲目的，不考慮伺服器的好壞，所以實際使用的是一種更複雜的決策過程，包括在重定向之前檢查系統狀態和遠程系統的負載。
   
2. 本地重定向———第4~7層交換：也被稱為智慧型交換，是根據有關信息如請求的URL、內容類型、用戶名等進行交換，由分組中OSI棧的4~7層完成。這一技術用於有相同內容的伺服器或快取簇之間的負載均衡，從CDN的角度看，一個POP點可以由一個以上的快取或伺服器組成，這一技術用於為每個POP點生成本地簇。
   
3. 本地重定向———WCCP：這一重定向技術是Cisco的專利技術，用於Cisco路由器與各種快取產品Cisco和非Cisco的產品）之間，允許一台路由器截獲從某個客戶端向某個伺服器發出的對各種業務（如流媒體和Web通信）的請求，並將客戶端的請求重定向到快取。
   

CDN網路的性能度量

通常對某個網路元素的管理、性能的度量結果可以提供監測、了解、規劃CDN的端到端性能的能力。通過分布在CDN網路中的硬體和軟體相結合的探針來獲取有關信息，並結合使用各種伺服器上的日誌信息就可以實現CDN網路的度量。性能的度量將是針對所有內容形式傳遞的完成來進行，包括流媒體（實況和點播）和基於Web的內容。

1. 內部度量通過從快取和流媒體伺服器中收集日誌，可以很好地了解整個網路內容配送業務的性能。流媒體伺服器有能力從觀看實際內容的媒體播放器收集數據，這樣一來就可以獲得媒體服務性能的端到端的度量。
   
2. 外部度量在度量網路性能時，客戶通常希望看到獨立的度量結果，如通過某個第三方不間斷地對CDN的性能進行監測。有幾個公司就是通過在不同地理位置上分布探針來度量性能，探針模擬常規的客戶端行為，這樣就可以精確地反映出與終端用戶相同的觀看效果。
   

CDN工作原理

CDN以定製服務為基礎，即網站事先向CDN服務提供商要求使用其CDN服務。當用戶訪問使用了CDN服務的網站時，其解析過程不再是以傳統的輪詢方式來回響本地DNS的解析請求，而是充分考慮用戶發起請求的位置和當時的網路情況，利用CDN系統的智慧型動態負載均衡技術，來決定把用戶的請求定向到離用戶最近並且負載相對較輕的節點伺服器上，使得用戶的訪問能得到更及時更可靠的回響。同時，各個節點伺服器利用軟體刷新確保與ICP網站的源伺服器的數據同步，使得用戶能夠隨時訪問CDN的節點伺服器並得到與源伺服器完全相同的內容。

圖說明了用戶訪問使用了CDN服務的網站的完整過程。

1. 用戶向瀏覽器提供要訪問的網站域名；
   
2. 瀏覽器向本地DNS(LDNS)請求對該域名進行解析；
   
3. 本地DNS將解析請求傳送到ICP的授權域名伺服器(Authofitmive DNS)，授權域名伺服器通知本地DNS相應請求的CDN授權域名伺服器為訪問控制系統ACS(AccessControlSystem)；
   
4. 本地DNS向ACS發出域名解析請求；
   
5. ACS根據預設策略(通常考慮的是就近性和伺服器負載)，選擇最佳CDN服務節點(CDNN)，並將結果(IP位址)返回本地DNS；
   
6. 本地DNS將該CDDN的IP位址發給用戶；
   
7. 用戶根據得到的IP位址向該節點發出請求；
   
8. CDN節點伺服器回響用戶的請求提供相關內容。如果該節點已經有用戶請求的內容，則直接回響；如果沒有，則該節點會回到用戶請求的源站點取得結果並將結果返回給該用戶，同時將結果保存在代理伺服器中，以回響隨後的用戶請求。
   

CDN特點

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；
   
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路加速，保證不同網路中的用戶都能得到良好的訪問質量；
   
3. 遠程加速。遠程訪問用戶根據DNS負載均衡技術智慧型自動選擇Cache伺服器，選擇最快的Cache伺服器，加快遠程訪問的速度；
   
4. 頻寬最佳化。自動生成伺服器的遠程Mirror（鏡像）cache伺服器，遠程用戶訪問時從cache伺服器上讀取數據，減少遠程訪問的頻寬、分擔網路流量、減輕原站點WEB伺服器負載等功能；
   
5. 集群抗攻擊。廣泛分布的CDN節點加上節點之間的智慧型冗餘機制，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。
   

CDN優點

CDN能幾乎涵蓋國內所有線路。而在可靠性上，CDN在結構上實現了多點的冗餘，即使某一個節點由於意外發生故障，對網站的訪問能夠被自動導向其他的健康節點進行回響。CDN能輕鬆實現網站的全國鋪設，不必考慮伺服器的投入與託管、不必考慮新增頻寬的成本、不必考慮多台伺服器的鏡像同步、不必考慮更多的管理維護技術人員。

CDN缺點

1. 實時性不太好是CDN的不足。不過，隨著對CDN需求的逐漸升溫，這一不足得到了改進，使來自於遠程伺服器的網路內容網頁與複本伺服器或快取器中的網頁保持同步。解決方法是在網路內容發生變化時將新的網路內容從伺服器端直接傳送到快取器，或者當對網路內容的訪問增加時將數據源伺服器的網路內容儘可能實時地複製到快取伺服器。
   
2. CDN的安全性也存在一定的隱患，因為CDN加還的原理是把數據分布到各地的加速伺服器。用戶的關鍵數據在分發到伺服器節點之前進行加密再保存在加速伺服器節點上，如果加密算法不夠嚴密用戶的數據就有在遠端伺服器被破解的可能。
   

CDN發展

CDN的誕生和發展與網際網路和新技術的發展、套用有著密切的關係，其目的就在於滿足套用需求。早期的CDN主要以實現靜態文本和圖片等靜態內容的加速為主，CDN作為IDC的一個增值服務出現；以後隨著流媒體服務的發展和Web2.0套用的出現，傳統HTTP和下載、網路遊戲產業以及網路視頻等對伺服器和網路頻寬的需求壓力加大，流媒體、Flash、視頻和下載等網站內容及業務成了新的主要套用對象。為了給軟體下載、視頻流媒體、企業Web套用、B2B交易和Web2.0互動等各種服務加速，傳統的CDN技術又增加了壓縮、流量整形、智慧型路由和網路最佳化等技術。

在運營商方面，2000年年初，中國電信建設了自己的CDN網路，2004年，中國電信組建了自己的CDN流媒體分發網路。隨後在中國電信推廣IPTV業務時，為了使得用戶獲得良好的視頻業務體驗，又建設了部分CDN節點。

早在2005年，亞馬遜推出的“CloudFront”的CDN服務為中小型客戶帶來了前所未有的便捷和實用。此項服務將IDC、CDN和雲計算相融合，為全球的網際網路企業起到了示範作用。而我國在2011年已有網際網路企業成功建設了一種基於雲計算的CDN網路CloudCDN，採用分散式處理、並行化協同處理技術，實現了網路資源的共享和高效利用，它透過全球各地不同的CDN雲（CDNCloud）產生的一種新型CDN服務。它是CDN在雲計算上的延伸和發展，是雲計算在CDN上的創新套用成果。

由於中國的網際網路起步較晚，國內的網際網路廠商的服務模式還很單一，從原來的簡訊到現在的網路遊戲；由於頻寬租用成本在運營成本中占據較高比例，造成價格偏高，而若網際網路廠商選擇自己建設CDN，雖然節約了成本，但因缺乏專業的經驗與規模效益，CDN建設後發揮的效果並不好；由於P2P的建設很便宜，因而很多企業選擇採用P2P實現加速作用。這些都在很大程度上阻礙了國內CDN市場的發展。

未來，無論是在產業鏈聯合與重構方面，還是從最基本的網際網路接入到各種豐富多彩的業務套用，都將給眾多的CDN服務提供商、雲服務提供商、運營商、SP、CP帶來豐厚的利益。