分層結構ＣＤＮ的負載均衡

摘 要：根據內容分送網絡的現狀和發展要求，針對大型CDN覆蓋網絡，提出構建覆蓋網的分層拓撲結構和邏輯組織思想，并在此基礎上提出分級均衡。關鍵詞：內容分送網絡；內容路由；負載均衡；分層覆蓋網

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3198（2007）08-0192-01

1 構建CDN分層覆蓋網

CDN通過減少骨干網絡中冗余數據的重復傳輸，使之最小化，以分布式節點設備的增加為代價，將廣域傳輸轉為本地或就近訪問，提高邊緣豐富網絡資源的利用率來實現改善網絡內容發布環境的。充分考慮底層網絡環境的結構和性能是部署CDN設備節點的關鍵。在一個分層結構的因特網環境中，大部分基于平面拓撲結構的覆蓋網都不能很好地運用于大型CDN網。借鑒Internet的分層拓撲結構，針對大型CDN網，采用分層拓撲結構是一個合理的方向。

根據典型的Internet網絡拓撲，構建如圖1所示CDN覆蓋網。圖中包含了節點分布和組織模型。

普通客戶H：H為局域網節點L1所在局域網內或者離L1最“近”的一個發起內容請求的用戶。H與內容服務節點L1的這種關系綁定是基于H與L1之間的網絡資源決定的，這種綁定假設H的服務請求如果通過L1提供服務（L1上存在H所請求內容的話）將得到最好的服務質量。

經過這樣的關系綁定，客戶H訪問CDN網的所有請求都將經過L1。由L1對H的內容請求提供內容服務或發起內容路由。

局域網節點L：作為分布在最邊緣的CDN服務節點L是CDN覆蓋網最基本的服務節點，它可以是單個緩存也可以是由交換機控制的內容服務器群，它負責為重定向到該節點的內容請求提供服務或者重定向該請求到其他節點。我們把相鄰的L節點邏輯組織成一個群，我們把L1、L2和L3組織成一個群，同理L4、L5、L6和L7，L8、L9和L10分別組成另外兩個群。且這三個群分別隸屬于C4、C3和C5。由節點L構成群也是基于網絡資源的，一般我們把同屬于一個域（如地區網）的節點組織成一個群，我們基于這樣的事實，通常屬于同一個域內的網絡連接資源比跨域連接更加豐富。同時我們劃分群也要考慮群的規模，如果域內存在過多節點，我們也可以把域內節點組織成多個群，甚至也可以根據其他因素把不同域內節點組織成到同一個群內。群的構建是邏輯上的。

群內L節點的關系和與隸屬節點C的關系可以通過配置得到，因為CDN網絡提供上部署的節點相對還是穩定的，添加和刪除節點或者更新節點組織只需要簡單的配置就可以完成。

地區級節點C：地區級節點C分布與一個自治系統的不同地區網中，節點C本身可以是提供內容服務的節點，同時它也作為地區網內某些L節點構成群的管理控制中心，本質上它也屬于這個群，只是作為這個群的代表節點，以構建更高級的群。

C節點依照L節點構建群的原則構建更高級的群，通常我們把屬于同一個自治系統的C節點構成群，并隸屬于該自治系統級節點A。也可以在一個自治系統內構建多個C群。同樣，這樣的構建過程也是邏輯上的，基于網絡和應用需要，我們甚至可以在所有節點中不論級別選取節點構成群（通常這樣難以獲得好的效果）。

群內C節點的關系和與隸屬節點A的關系同樣可以通過配置得到。在我們的模型中，我們將C2和C3構成隸屬于A1的群，C4、C5和C6構成隸屬于A2的群。

自治系統（ISP）級節點A：自治系統級節點A分布與因特網不同自治系統中，節點A本省也可以是提供內容服務的節點，同時它也作為自治系統網內某些C節點構成群的管理中心，本質上它也屬于這個群，只是作為這個群的代表節點。

CDN中心節點O：CDN中心節點作為CDN的控制和數據中心，負責統一管理整個CDN覆蓋網。CDN中心可以運行實現全局均衡的重定向服務器、內容分發驅動設備、集中式的內容分發管理和網絡管理設備以及對用戶和內容提供商的CDN使用情況進行統計和計費的設備等。在我們的CDN分級覆蓋網模型中，它主要通過分級收集CDN系統信息和分級控制管理方法運行整個CDN網。

在以上節點定義和組織過程中，我們主要是依據Internet網絡結構進行的。但是實際上還有很多因素可以影響這些定義和組織方式，我們只是為了簡單起見，未考慮其他因素。在定義和組織節點過程中，我們的出發點是盡量利用網絡環境信息，為在定義組織好的覆蓋網上實現負載均衡和相應路由提供有利條件。

2 分級負載均衡

當前投入使用CDN系統幾乎都是分布式CDN節點加集中控制和全局負載均衡模式的。不論采用那種具體方法，實現全局均衡都必須獲取全局負載信息和網絡狀態信息，在CDN系統規模足夠大的時候，這些信息的獲取、分析和傳輸開銷是不可忽視的。我們從實際應用調查中發現，實際上，當在一個自治系統內部存在多個CDN內容服務節點時，該自治系統內用戶的內容請求幾乎不會被重定向到該自治系統以外的CDN內容服務節點。所以，對于這種場合，實行全局均衡帶來了不必要的開銷。我們完全可以考慮只是在自治系統內部實現負載均衡。這就是提出分級均衡思想的出發點。

針對不同規模、不同網絡環境和不同業務特點的CDN網，存在不同的最佳均衡策略。本節以下內容提出了一個在CDN分層覆蓋網結構下的分級均衡策略，它不是一個單一的內容路由算法，而是針對大型CDN網實現有效負載均衡的策略。

3 總結

采用分層結構CDN覆蓋網及分級均衡策略，可以避免傳統的基于DNS全局重定向機制CDN網的主要弊端，可大大加快內容路由過程。當然這也帶來構建分層結構CDN過程的復雜性。國內外對CDN技術的研究和應用正在快速發展。分層CDN覆蓋網以及在此基礎之上的分級均衡還是一個理論雛形，需要進一步完善理論研究，并通過實際應用案例的驗證和不斷修正發展。

參考文獻

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