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應(yīng)用在IPTV中的CDN技術(shù)

時(shí)間:2006-10-12 00:12:00

摘要:CDN技術(shù)將多點(diǎn)負(fù)載均衡,路由或緩存技術(shù)結(jié)合起來,利用智能分配技術(shù),將內(nèi)容根據(jù)來訪用戶的地點(diǎn),按照就近訪問的原則分配到多個(gè)節(jié)點(diǎn)。由于IPTV業(yè)務(wù)對(duì)IP承載網(wǎng)服務(wù)質(zhì)量有很高的要求,CDN技術(shù)開始應(yīng)用在IPTV網(wǎng)絡(luò)中。本文就對(duì)在IPTV中應(yīng)用的CDN技術(shù)進(jìn)行分析和介紹。
      關(guān)鍵詞:IPTV CDN IP承載網(wǎng) 負(fù)載均衡 緩存
一 、CDN技術(shù)的產(chǎn)生
  據(jù)CCNIC調(diào)查統(tǒng)計(jì),至2005年6月為止,上網(wǎng)用戶總?cè)藬?shù)為10300萬人,國(guó)內(nèi)WWW站點(diǎn)數(shù)約為677500個(gè),上網(wǎng)計(jì)算機(jī)數(shù)4560萬臺(tái)。由此可見,上網(wǎng)的用戶數(shù)越來越多;Web站點(diǎn)的數(shù)量繼續(xù)在增加;可供訪問的資源日趨豐富,特別是文本、圖像、音樂、廣告、流媒體、動(dòng)畫等大量涌現(xiàn);網(wǎng)上業(yè)務(wù)量成倍遞增,造成了對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬的大量需求,并且網(wǎng)絡(luò)訪問的延遲與等待總是普遍存在,這些情況導(dǎo)致了網(wǎng)絡(luò)擁塞,服務(wù)器過載,網(wǎng)上應(yīng)用等待時(shí)間過長(zhǎng)等諸多問題,使整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)容傳送性能下降。
  如何緩解網(wǎng)絡(luò)擁塞,提高用戶獲取信息的速度,成為困擾眾多企業(yè)和服務(wù)商的一大難題。依靠增加帶寬來解決這一問題是一個(gè)方面,另外它還受到傳輸途中的路由阻塞和延遲、網(wǎng)站服務(wù)器的處理能力等因素的影響,并且和訪問者與網(wǎng)站服務(wù)器之間的距離有密切的關(guān)系。因此,即使各個(gè)ISP將網(wǎng)絡(luò)帶寬加大后,如果訪問者和網(wǎng)站之間的距離較遠(yuǎn),它們之間的通信一樣需要經(jīng)過重重的路由轉(zhuǎn)發(fā)和處理,網(wǎng)絡(luò)延誤不可避免。而用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)性能的要求越來越高,如對(duì)訪問的響應(yīng)時(shí)間、網(wǎng)站內(nèi)容和服務(wù)提供的可靠性等的要求。因此CDN(Content Delivery Network)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。
  在1996年由麻省理工學(xué)院一個(gè)小組提出了CDN的概念,并開始對(duì)CDN技術(shù)進(jìn)行研究,他們?cè)?999年成立了一個(gè)專業(yè)CDN服務(wù)公司,為Yahoo提供了專業(yè)服務(wù)。如今在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有很多的企業(yè)和服務(wù)商開始使用內(nèi)容傳送網(wǎng)絡(luò)CDN技術(shù)來提高網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量,以滿足用戶的需求。
二 、CDN的定義
  CDN的英文全稱是Content Delievery Network,即為內(nèi)容傳送網(wǎng)絡(luò)。CDN是建立在現(xiàn)有IP網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)之上的一種增值網(wǎng)絡(luò),是在應(yīng)用層部署的一層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。
  提供CDN技術(shù)產(chǎn)品的廠商有各自的解決方案,CDN運(yùn)營(yíng)商的實(shí)現(xiàn)方式也不同,但CDN技術(shù)實(shí)現(xiàn)的功能是相同的。那就是將多點(diǎn)負(fù)載均衡,路由或緩存技術(shù)結(jié)合起來,利用智能分配技術(shù),將內(nèi)容根據(jù)來訪用戶的地點(diǎn),按照就近訪問的原則分配到多個(gè)節(jié)點(diǎn)。
  在傳統(tǒng)的IP網(wǎng)絡(luò)中,用戶請(qǐng)求直接指向基于網(wǎng)絡(luò)地址的原始服務(wù)器,而CDN業(yè)務(wù)提供了一個(gè)服務(wù)層,補(bǔ)充和延伸了Internet網(wǎng)絡(luò),把頻繁訪問的內(nèi)容盡可能向用戶推進(jìn),提供了處理基于內(nèi)容進(jìn)行流量轉(zhuǎn)發(fā)的新能力,把路由導(dǎo)引到最佳服務(wù)器上,動(dòng)態(tài)獲得需要的內(nèi)容,它改變了分布到使用者信息的方式,從被動(dòng)的內(nèi)容恢復(fù)轉(zhuǎn)為主動(dòng)的內(nèi)容轉(zhuǎn)發(fā)。
  CDN的核心是邊緣訪問和透明訪問,在以前主要是用于WEB訪問加速,只是支持HTTP/FTP協(xié)議。在2003和2004年國(guó)內(nèi)流媒體業(yè)務(wù)的出現(xiàn),CDN開始支持MMS/RTSP等協(xié)議,CDN得到了很大的發(fā)展,有時(shí)也稱為MDN(Media Delievery Network)。
三 、CDN技術(shù)的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)
 CDN技術(shù)具有的特點(diǎn):
  -根據(jù)用戶的地理位置和連接帶寬,讓用戶連接到最近的服務(wù)器上去,訪問速度快。
  -全局負(fù)載平衡,提高網(wǎng)絡(luò)資源的利用率,提高網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的性能與質(zhì)量。
  -熱點(diǎn)內(nèi)容主動(dòng)傳送,自動(dòng)跟蹤,自動(dòng)更新。
  -網(wǎng)絡(luò)具有高可靠、可用性,能容錯(cuò)且很容易擴(kuò)展。
  -無縫地集成到原有的網(wǎng)絡(luò)和站點(diǎn)上去。
 CDN技術(shù)具有的優(yōu)勢(shì):
  -可減少消耗的網(wǎng)絡(luò)帶寬,減少網(wǎng)絡(luò)訪問的延遲和用戶響應(yīng)時(shí)間,提高網(wǎng)絡(luò)性能和網(wǎng)站內(nèi)容的可用性。
  -提高網(wǎng)站資源的管理控制能力,智能分配路由和進(jìn)行流量管理。
  -發(fā)送的內(nèi)容受到保護(hù),未授權(quán)的用戶不能修改。
  -內(nèi)容提供商可在本地自己決定服務(wù)的內(nèi)容,內(nèi)容是動(dòng)態(tài)的。
  -內(nèi)容提供商在降低成本的同時(shí),提高了服務(wù)質(zhì)量,提供的內(nèi)容更多、速度更快。
  -可線性、平滑地增加新的設(shè)備,保護(hù)原有的投資。
  因?yàn)樯鲜龅奶攸c(diǎn)和優(yōu)勢(shì),CDN技術(shù)能加速和提高寬帶流媒體的使用,使互聯(lián)網(wǎng)的多媒體用更加普及,這些應(yīng)用包括在線播放、音樂點(diǎn)播、 電視直播、游戲等,大大促進(jìn)網(wǎng)上應(yīng)用和服務(wù)的發(fā)展。
四、 IPTV系統(tǒng)組成
  IPTV(Internet Protocol TV或Interactive Personal TV)也叫交互式 網(wǎng)絡(luò)電視,是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的多媒體通信技術(shù)。IPTV利用寬帶網(wǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施,以家用電視機(jī)或計(jì)算機(jī)作為主要終端設(shè)備,通過互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(IP)傳送電視信號(hào),向家庭用戶提供包括電視節(jié)目在內(nèi)的多種交互式數(shù)字媒體服務(wù)。
  IPTV的工作原理是把源端的電視信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼處理,轉(zhuǎn)化成適合IP網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)形式,然后通過IP網(wǎng)絡(luò)傳送,最后在接收端進(jìn)行解碼,再通過電腦或是電視播放。由于數(shù)據(jù)的傳輸速度要求比較高,所以要采用最新的高效視頻壓縮技術(shù),例如H.264、MPEG4等。IPTV的系統(tǒng)組成如示:
  (1)IPTV終端
  目前IPTV終端主要有三種形式,即PC、機(jī)頂盒+普通電視機(jī)和手機(jī)。
  (2)接入系統(tǒng)
  接入系統(tǒng)主要為IPTV終端提供接入功能,使IPTV終端能夠順利接入到IP承載網(wǎng)。目前ADSL作為寬帶接入網(wǎng)的一種方式在幾年內(nèi)仍然占主導(dǎo)地位,以太網(wǎng)接入方式也漸漸增多。采用FTTC/FTTB的方式,結(jié)合ADSL、SDSL、Cable Modem等技術(shù),也可使用FTTC+HFC的方式向用戶提供寬帶接入。
  (3)IP承載網(wǎng)絡(luò)
  用于傳送IPTV的承載網(wǎng)絡(luò),是基于TCP/IP協(xié)議的,可以是公網(wǎng),也可以是專網(wǎng);
  (4)內(nèi)容媒體服務(wù)系統(tǒng)
  該部分主要完成節(jié)目的數(shù)字化,將原始節(jié)目進(jìn)行編碼、壓縮,成為能夠在IP網(wǎng)絡(luò)上傳(5)節(jié)目源
  節(jié)目源可以是攝像機(jī)、電視臺(tái)、VCD光盤、衛(wèi)星輸入信號(hào)等。
五、 CDN技術(shù)在IPTV中的應(yīng)用
  IPTV系統(tǒng)對(duì)于用戶的服務(wù)質(zhì)量有很高的要求,而且要保證播放的流暢。在廣域網(wǎng)內(nèi),從用戶的客戶端到流媒體服務(wù)器之間經(jīng)過了一個(gè)很復(fù)雜的路由以后,就很難保證播放的流暢了。為了克服網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜路線帶來的制約,在IPTV中必須通過邊緣服務(wù)來實(shí)現(xiàn)最終用戶的點(diǎn)播服務(wù),所以要把內(nèi)容從中心服務(wù)器有效地分發(fā)到邊緣服務(wù)器,就可以通過CDN把內(nèi)容從中心存儲(chǔ)服務(wù)器分發(fā)到邊緣服務(wù)器。
  CDN的核心思想是將內(nèi)容從中心推倒靠近用戶的邊緣,使用戶可以就近取得所需的內(nèi)容,這樣,不但有效提高了用戶訪問內(nèi)容的性能,而且有效減輕了中心設(shè)備和骨干網(wǎng)絡(luò)的壓力。通過CDN,可以將內(nèi)容分發(fā)從原來的單一中心結(jié)構(gòu)變?yōu)榉植际降慕Y(jié)構(gòu),提高用戶訪問網(wǎng)站的響應(yīng)速度。因而,CDN可以提高網(wǎng)絡(luò)中信息流動(dòng)的效率,從技術(shù)上全面解決由于網(wǎng)絡(luò)帶寬小、用戶訪問量大、網(wǎng)點(diǎn)分布不均等問題,提高用戶訪問的響應(yīng)速度。
  雖然CDN不是一個(gè)新概念,它的發(fā)展也已經(jīng)有很多年的歷史,但是CDN并沒有統(tǒng)一的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn),各廠家的CDN解決方案在實(shí)現(xiàn)上各不相同,但在一個(gè)CDN網(wǎng)絡(luò)中主要包含的功能實(shí)體都相同,包括內(nèi)容緩存設(shè)備、內(nèi)容交換機(jī)、內(nèi)容路由器、CDN內(nèi)容管理等。
  內(nèi)容緩存設(shè)備是CDN的業(yè)務(wù)提供點(diǎn),是面向最終用戶的內(nèi)容提供設(shè)備,可緩存靜態(tài)的Web內(nèi)容和流媒體內(nèi)容,實(shí)現(xiàn)內(nèi)容的邊緣傳播和存儲(chǔ),以便最終用戶的就近訪問,因此一般部署于集中的用戶接入點(diǎn),完成內(nèi)容邊緣存儲(chǔ)的設(shè)備通常都采用Cache技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。對(duì)于在Cache節(jié)點(diǎn)中的存儲(chǔ),是Cache設(shè)計(jì)的一個(gè)關(guān)鍵問題,需要考慮的因素包括功能和性能兩個(gè)方面:功能上包括對(duì)各種內(nèi)容格式的支持,對(duì)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(wěn)定性。
  內(nèi)容交換機(jī)處于用戶接入集中點(diǎn)和POP點(diǎn),可對(duì)內(nèi)容進(jìn)行緩存負(fù)載平衡及訪問控制。在很多設(shè)備情況下,和內(nèi)容緩存集中在一個(gè)設(shè)備上。內(nèi)容交換機(jī)可以均衡單點(diǎn)多個(gè)內(nèi)容緩存設(shè)備的負(fù)載,它基于最終用戶會(huì)話和特定的內(nèi)容請(qǐng)求提供內(nèi)容服務(wù)。內(nèi)容交換機(jī)是CDN的可選部件之一,對(duì)于較大型的用戶接入點(diǎn),內(nèi)容交換機(jī)可以提高站點(diǎn)的可用性。
  內(nèi)容路由器負(fù)責(zé)將用戶的請(qǐng)求調(diào)度到適當(dāng)?shù)脑O(shè)備上,內(nèi)容路由通常通過負(fù)載均衡系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn),負(fù)載均衡系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)CDN的內(nèi)容路由功能。它的作用是動(dòng)態(tài)均衡各個(gè)內(nèi)容緩存站點(diǎn)的負(fù)荷分配,為用戶的請(qǐng)求選擇最佳的訪問站點(diǎn),同時(shí)提高網(wǎng)站的可用性。內(nèi)容路由根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)延時(shí)、服務(wù)器負(fù)荷與規(guī)則等策略設(shè)定,指定最優(yōu)站點(diǎn)向特定的內(nèi)容請(qǐng)求提供服務(wù)。內(nèi)容路由器可根據(jù)多種因素制定路由,包括站點(diǎn)與用戶的臨近度、內(nèi)容的可用性、網(wǎng)絡(luò)負(fù)載、設(shè)備狀況等。負(fù)載均衡系統(tǒng)是整個(gè)CDN的核心,負(fù)載均衡的準(zhǔn)確性和效率直接決定了整個(gè)CDN的效率和性能。
  內(nèi)容管理系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)整個(gè)CDN系統(tǒng)的管理,是CDN的可選部件,它的作用是進(jìn)行內(nèi)容管理,如內(nèi)容的注入和發(fā)布、內(nèi)容的分發(fā)、內(nèi)容的審核、內(nèi)容的服務(wù)等,并能夠讓網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容分布和傳輸服務(wù)的用戶或者服務(wù)供應(yīng)商可以根據(jù)需要監(jiān)視、管理或者控制網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容的分布、設(shè)備狀態(tài)等。
六、 CDN的技術(shù)實(shí)現(xiàn)
  目前,關(guān)于CDN業(yè)務(wù)的產(chǎn)品和設(shè)備各廠商都不相同,解決方案也有很大的差別,各個(gè)廠家的產(chǎn)品并不兼容。下面介紹幾家有代表性的公司對(duì)于CDN業(yè)務(wù)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)。
  Inktomi公司的CDN系統(tǒng)是一套在分布式Web環(huán)境下提供Web內(nèi)容的分發(fā)和同步的軟件。它由主要由內(nèi)容分發(fā)器、內(nèi)容管理器以及它們的代理所組成。
  -內(nèi)容分發(fā)器通過可靠的和安全的手段,將Web內(nèi)容的分發(fā)到多個(gè)Web服務(wù)器以及緩存服務(wù)器,并保證其內(nèi)容的同步。
  -內(nèi)容管理器則采集各Web服務(wù)器和緩存服務(wù)器的狀態(tài),提供集中的管理功能。對(duì)于內(nèi)容分發(fā)器和內(nèi)容管理器之間的通訊,由系統(tǒng)的控制器來完成。
  Cisco公司的CDN系統(tǒng)由五種技術(shù)構(gòu)成:內(nèi)容分布及管理、內(nèi)容路由選擇、內(nèi)容邊沿傳播、內(nèi)容交換和智能網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。
  -內(nèi)容分布和管理技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分布內(nèi)容,同時(shí)提供實(shí)時(shí)監(jiān)控。內(nèi)容分發(fā)管理器(CDM 4670)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)整個(gè)CDN網(wǎng)絡(luò)的高效與集中控制,它與內(nèi)容引擎和內(nèi)容路由器協(xié)同工作。內(nèi)容路由選擇技術(shù)確保內(nèi)容的可用性,并提供全球負(fù)載能力;內(nèi)容交換技術(shù)可以根據(jù)內(nèi)容可用性、應(yīng)用可用性及服務(wù)器負(fù)載,在POP(演示點(diǎn))或分布式數(shù)據(jù)中心的提交節(jié)點(diǎn)處,智能地實(shí)現(xiàn)信息量負(fù)載平衡;
  -內(nèi)容路由器(CR 4450)可根據(jù)多種因素制定路由,包括站點(diǎn)與用戶的鄰近度、內(nèi)容可用性、網(wǎng)絡(luò)負(fù)載、設(shè)備狀況等,定位最適合的站點(diǎn)響應(yīng)內(nèi)容請(qǐng)求;
  -內(nèi)容交換提供突發(fā)訪問保護(hù)、基于URL的服務(wù)器負(fù)載均衡、動(dòng)態(tài)內(nèi)容復(fù)制以及動(dòng)態(tài)的內(nèi)容重定向等功能,采用CiscoWebNS軟件提供內(nèi)容路由服務(wù),通過將用戶與內(nèi)容劃入不同區(qū)域的方法,保證內(nèi)容請(qǐng)求選擇最佳的站點(diǎn)與服務(wù)器;
  -內(nèi)容邊沿傳播技術(shù)能夠確保網(wǎng)絡(luò)向最終用戶提交內(nèi)容,加速內(nèi)容傳播,減輕WAN和源內(nèi)容服務(wù)器的負(fù)擔(dān)內(nèi)容引擎是內(nèi)容邊緣傳播設(shè)備。內(nèi)容引擎是內(nèi)容邊緣傳播設(shè)備。內(nèi)容可以由內(nèi)容引擎根據(jù)特別指示將內(nèi)容從源內(nèi)容服務(wù)器中提取,通過透明緩存定制經(jīng)常被訪問的內(nèi)容;
  -智能網(wǎng)絡(luò)服務(wù)技術(shù)能夠提供包括各種IP基礎(chǔ)設(shè)施中的多項(xiàng)智能服務(wù),如安全性、QoS、VPN和組播等。
  F5公司的CDN解決方案是關(guān)于內(nèi)容發(fā)送網(wǎng)絡(luò)服務(wù)并建立在緩存的基礎(chǔ)上,它的基礎(chǔ)架構(gòu)包括:內(nèi)容復(fù)制、高可靠性和負(fù)載平衡、緩存、對(duì)Web和緩存服務(wù)器的全面支持、網(wǎng)絡(luò)管理。
  -全球站點(diǎn)控制器負(fù)責(zé)在CDN內(nèi)管理內(nèi)容復(fù)制,將前置和復(fù)制內(nèi)容到適當(dāng)?shù)木彺婧蚖eb服務(wù)器,自動(dòng)地分布和同步到網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的全部站點(diǎn)。
  -BIG-IP控制器和3-DNS控制器用于提供本地的和區(qū)域的高可靠性和智能負(fù)載平衡。BIG-IP把用戶流量引向性能最好的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和緩存服務(wù)器,為管理應(yīng)用(Cookie交換、URL交換、穩(wěn)定復(fù)用方法、內(nèi)容和應(yīng)用的探查和校驗(yàn)等)提供豐富的特征。通過放到不同的緩存陣列中以區(qū)分個(gè)別對(duì)象(而不是域或URL)來保證效率最高。當(dāng)內(nèi)容被更新時(shí),管理服務(wù)器與全球站點(diǎn)間的通信,提供附加的安全特征(缺省網(wǎng)關(guān)、NAT、 SNAT、包過濾、 端口映射)。3-DNS解決用戶需求和指導(dǎo)他們到全球最好的站點(diǎn),通過網(wǎng)絡(luò)和站點(diǎn)管理提供智能的全球負(fù)載平衡和高可靠性,為冗余的站點(diǎn)的起點(diǎn)/邊界點(diǎn)提供災(zāi)難恢復(fù),為監(jiān)視、報(bào)導(dǎo)和收費(fèi)發(fā)送統(tǒng)計(jì),使用基于性能的用戶重定向。
  -EDGE-FXTM緩存能增加網(wǎng)絡(luò)站點(diǎn)性能, 增加網(wǎng)絡(luò)帶寬能力, 加速對(duì)終端用戶的內(nèi)容傳送。在靠近終端用戶的網(wǎng)絡(luò)的邊緣,允許Web數(shù)據(jù)的存儲(chǔ),從網(wǎng)絡(luò)邊緣而檢索數(shù)據(jù)。
  -支持地理分布的Web和緩存服務(wù)器以及非F5的產(chǎn)品集成包括了所有的基于IP的服務(wù)器技術(shù),包括ERP應(yīng)用、所有的基于Web的應(yīng)用和電子郵件應(yīng)用等。
  -SEE-IT網(wǎng)絡(luò)管理器為網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳送分析和報(bào)告,包括配置、計(jì)費(fèi)和協(xié)調(diào)緩存內(nèi)容分布的規(guī)則等。
七、 結(jié)束語
  目前在IPTV網(wǎng)上CDN的邊緣訪問是提高IP承載網(wǎng)QoS的有效途徑,目前很多運(yùn)營(yíng)商在寬帶網(wǎng)上部署了CDN/MDN,為IPTV網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)奠定了良好的基礎(chǔ)。CDN網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn),使互聯(lián)網(wǎng)資源得到了最大限度的利用,將大大推動(dòng)國(guó)內(nèi)IPTV業(yè)務(wù)的發(fā)展。
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