CDN中GSLB調度機制優化方法研究

陳學亮，莊一嶸，陳 戈，海錦霞

（中國電信股份有限公司廣州研究院 廣州510630）

1 背景

內容分發網絡（content delivery network，CDN）是一種新型的網絡構建方式，通常采用中心、區域、邊緣多層架構，在不同的網絡位置部署多個節點服務器，將視頻、音頻、圖文等內容推送到各級節點，并根據IP地址、網絡流量、節點負載、響應時間等綜合信息將用戶調度到離其最近的節點服務器，為其提供服務。目前CDN技術已廣泛應用于IPTV、PC視訊、移動流媒體、網頁加速、文件下載等互聯網應用。

CDN使用戶可以就近獲取所需的內容，減輕了骨干網絡帶寬壓力，優化了網絡流量，并且CDN縮短了用戶的訪問距離，可以大幅度提高用戶訪問的響應速度，能夠有效保證用戶體驗和服務質量。CDN很好地解決了傳統網絡架構骨干網絡壓力大、用戶訪問集中、響應時間較長導致用戶體驗不佳的問題。

全局負載均 衡 （global server load balance，GSLB）是CDN的核心技術之一，GSLB作為全局的調度系統，負責在CDN的所有節點之間實現流量調配，保證將用戶調度到最近的節點。當用戶訪問CDN中的內容時，本地DNS進行域名解析，將CDN的GSLB服務器地址返回給用戶，用戶訪問GSLB服務器，GSLB服務器根據用戶的IP地址查詢路由表進行調度。

目前的GSLB路由表通過人工方式更新，由系統管理員將BAS/SR（寬帶接入網關）分配的IP地址池信息定期保存到GSLB路由表中，這種方式效率低下、更新速度慢，導致GSLB路由表存在大量黑洞、準確性不高，不在GSLB路由表中的IP地址會被默認調度到CDN中心節點，對CDN中心節點形成了集中訪問壓力，嚴重影響了CDN性能和服務質量，調度流程如圖1所示：

（1）用戶發起PPPoE撥號請求；

（2）BAS/SR為用戶分配地址池中的IP地址；

（3）用戶向CDN發起服務請求（本地DNS將域名解析成CDN的GSLB地址）；

（4）由于用戶IP地址未及時更新到GSLB路由表中，GSLB默認將用戶調度到CDN中心節點；

（5）用戶向CDN中心節點發起服務請求；

（6）CDN中心節點為用戶提供服務。

圖1 目前的GSLB調度流程示意

2 優化方法

2.1 SNMP

簡單網絡管理協議 （simple network management protocol，SNMP）是一種用于網絡通信管理的標準協議，工作于應用層，由IETF（Internet Engineering Task Force，Internet工程任務組）RFC標準組于1990年正式發布了第一版，目前最新版為第三版。目前，基本上所有的路由器、交換機、服務器等網絡設備均支持該協議。

從通用架構上看，SNMP框架由管理站和代理站組成，管理站通過SNMP對代理站進行管理，雙方通過UDP進行通信，其中管理站UDP端口為162，代理站UDP端口為161。SNMP中指定了5種核心的協議數據單元（protocol data unit，PDU）：get request、get next request、get response、set request、trap，管理站和代理站通過這些PDU進行信息傳遞。SNMP的代理站通過管理信息庫（management information base，MIB）保存網絡管理的數據，其中包含了該設備的所有可管理對象，每個對象都有唯一的編號，稱為OID，以Juniper路由器為例，表1所示是和IP地址池相關的一組OID。

表1 Juniper地址池OID

2.2 實現思路

通過SNMP網管協議可以實現GSLB和BAS/SR之間的網絡通信，GSLB定期向BAS/SR發起輪詢請求，查詢BAS/SR中的IP地址池信息，得到BAS/SR返回的數據后更新到GSLB路由表中，優化路由調度策略，解決GSLB路由黑洞的問題，提升CDN的整體效率。具體實現方法如下。

GSLB作為SNMP管理站，而BAS/SR作為SNMP代理站，GSLB通過SNMP相關命令獲取BAS/SR中的IP地址池信息，例如：

#snmpwalk-v 2c-c public 125.86.54.9.1.3.6.1.4.1.4874.2.2.21.1.1.1.1

其中-v 2c指的是SNMP協議版本，-c public指的是SNMP通信密碼（默認為public），125.86.54.9指的是請求訪 問 的BAS/SR地 址，.1.3.6.1.4.1.4874.2.2.21.1.1.1.1是juniAddressPoolEntry的OID（其他BAS/SR設備制造公司如思科、華為技術、中興通訊等也有自己的OID）。

BAS/SR返回的消息如下：

enterprises.4874.2.2.21.1.1.1.1.2.1:1

enterprises.4874.2.2.21.1.1.1.1.3.1:“pool1”

enterprises.4874.2.2.21.1.1.1.1.4.1:IpAddress:131.1.1.0

enterprises.4874.2.2.21.1.1.1.1.5.1: IpAddress:131.1.10.255

enterprises.4874.2.2.21.1.1.1.1.6.1:2560

說明該BAS/SR可分配的IP地址池有1個，名稱為pool1，起 始IP地 址 為131.1.1.0，結 束IP地 址 為131.1.10.255，可分配IP地址數量為2 560個。

GSLB將IP地址池信息更新到路由表中，結束本次會話請求。

GSLB和BAS/SR通過SNMP協議交互示意如圖2所示。

圖2 GSLB和BAS/SR通過SNMP交互示意

更新后的GSLB路由表如表2所示。GSLB獲取BAS/SR返回的IP地址池信息后，會將BAS/SR和IP地址池信息更新到路由表中，同時由于CDN邊緣節點已和BAS/SR作了靜態對應，CDN邊緣節點信息也被更新到路由表中。

表2 更新后的GSLB路由表

圖3 優化后的GSLB調度流程示意

優化后的GSLB調度流程如圖3所示：

（1）用戶發起PPPoE撥號請求；

（2）BAS/SR為用戶分配地址池中的IP地址；

（3）GSLB通過SNMP網關協議向BAS/SR發起輪詢請求，查詢BAS/SR中的IP地址池信息；

（4）BAS/SR將IP地址池信息上報給GSLB；

（5）GSLB更新路由表；

（6）用戶向CDN發起服務請求（本地DNS將域名解析成CDN的GSLB地址）；

（7）由于用戶IP地址已更新到GSLB路由表中，GSLB在路由表中查詢到用戶的IP地址，確定用戶所屬的BAS/SR，再將用戶調度到與BAS/SR靜態對應的最近的CDN邊緣節點；

（8）用戶向最近的CDN邊緣節點發起服務請求；

（9）最近的CDN邊緣節點為用戶提供優質高效的服務。

3 結束語

目前CDN和GSLB技術已廣泛應用于視頻流媒體、網頁加速、文件下載等領域，為用戶提供優質高效的互聯網服務。但是目前CDN中的GSLB調度機制不夠靈活，需要系統管理員人工更新GSLB路由表，效率較低而且準確性不高，導致GSLB調度性能較差從而影響了CDN的整體效率。以廣東電信的IPTV業務為例，約有15%的用戶IP地址被GSLB默認調度到CDN中心節點，增加了CDN中心節點負載，而且影響了用戶體驗，如果能將這些用戶調度到相應的CDN邊緣節點，既能減輕CDN中心節點壓力，也能縮短用戶訪問時間，優化用戶體驗。

本文介紹了一種基于SNMP網管協議對CDN中GSLB調度機制進行優化的方法。首先介紹了SNMP的特點，然后在此基礎上描述GSLB（SNMP管理站）和BAS/SR（SNMP代理站）通過SNMP進行通信的方法及相應流程，實現了GSLB調度機制的優化。

本文介紹的方法無需改動現有網絡架構和硬件設備，具有良好的實用性，可為CDN服務提供商，尤其是中國電信等運營商優化CDN、降低CDN建設成本、進一步發揮智能管道作用提供有效的幫助。

1 王煥然，徐明偉.SNMP網絡管理綜述.小型微型計算機系統，2004(3)

2 王薇薇，李子木.基于CDN的流媒體分發技術研究綜述.計算機工程與應用，2004(8)

3 楊磊，葉小榮.全局服務負載均衡策略的常見技術及應用.景德鎮高專學報，2004(4)