淺談CDN技術

張克偉 中移鐵通有限公司河北分公司

近年來隨著互聯網的發展，互聯網用戶數、互聯網應用種類、網絡帶寬等都呈現出爆炸式的增長，對社會和人們的生活產生了巨大的影響。目前在線視頻應用流量已經占據了骨干網絡60%以上的帶寬。寬帶建設雖然也在增長，但已經遠不能滿足這些大流量持續占用帶寬的應用對網絡帶寬的吞噬。

為了應對互聯網流量快速增長的挑戰，各運營商開始建設CDN網絡，將網站的內容發布到最接近用戶的網絡邊緣，使用戶可以就近取得所需的內容，提高用戶訪問網站的響應速度，解決由于網絡帶寬小、用戶訪問量大、網點分布不均等原因所造成的用戶訪問網站響應速度慢的問題。

1 CDN的概念

CDN：Content Delivery Network，即內容分發網絡。基本思路是盡可能避開互聯網上有可能影響數據傳輸速度和穩定性的環節，使內容傳輸的更快、更穩定。通過在網絡各處放置節點服務器，部署內容網絡系統，能夠實時地根據網絡流量和各節點的連接、負載狀況以及到用戶的距離和響應時間等綜合信息將用戶的請求重新導向離用戶最近的服務節點上。其目的是使用戶就近取得所需內容，解決網絡擁擠的狀況，提高用戶的響應速度。

2 CDN構架設計特點

CDN內容網絡的總體設計特點如下：

（1）通用性：支持多種內容、協議、接入網絡、終端的訪問加速，支持運營商自營視頻業務及互聯網視頻。

（2）開放性：具有標準接口和內部解耦，外部對接和內部組件均開放和標準化。

（3）扁平化：邊緣節點采用一級架構，可根據用戶訪問量及業務發展需求，進行水平、垂直擴展，增加單邊緣節點服務能力。

（4）擴展性：可在現有能力的基礎上擴展，支持新的業務形式、應用類型、壓縮編碼格式等。

（5）可管理：支持對系統運行情況進行自動監測，自動化動態調整與資源再分配，根據客戶需求實現靈活的業務管理等

3 CDN工作原理

內容網絡通過邊緣服務節點為最終用戶提供內容緩存與加速服務。根據提供服務的業務流程差異，分為Cache模式和CDN模式。Cache模式：本地調度，通過溯源中心統一回源；CDN模式：全局調度+本地調度，通過內容中心統一回源。

3.1 Cache模式

3.1.1 HTTP重定向模式：在服務節點處于Cache服務模式下，節點基于非代理工作模式。此時邊緣節點等價于旁路方式部署的大文件WebCache系統。流程如下：

（1）終端向內容源發起HTTP大文件訪問請求，請求被引導至邊緣節點。

（2）未命中場景：

a)重定向服務器接收到終端請求，檢索出內容未在本地緩存，但用戶請求已達到緩存閾值，啟動緩存流程。

b)重定向服務器根據預置算法，通知某臺緩存服務器緩存內容并保存到本地存儲。

（3）命中場景：

a)重定向服務器接收到終端請求，檢索出內容已在本地緩存，向終端側發起重定向消息。

b)用戶終端向緩存服務器發起請求，獲取內容。

3.1.2 DNS重定向模式：與HTTP重定向模式類似，區別在于通過DNS將域名Forward到重定向服務器，再發起域名解析請求，從而將緩存服務器地址返回給用戶進行調度。

3.2 CDN模式

3.2.1 4 層 /7層模式

（1）終端請求發送至本地負載均衡設備（SLB）；

（2）SLB根據L4/L7層調度策略，得到當前為用戶提供服務的緩存服務器；

（3）SLB轉發終端請求到對應的緩存服務器；

（4）緩存服務器通過本地負載均衡，返回終端所請求的內容；

（5）當SLB開啟DR模式時，則返回至終端的數據無需經SLB設備處理。

3.2.2 HTTP 重定向調度流程

（1）終端向發起HTTP大文件訪問請求，請求被引導至邊緣節點。

（2）SLB接收到終端請求，根據緩存策略，向終端側發送HTTP 302消息，將終端重定向到相應的緩存服務器。

（3）終端收到HTTP 302重定向消息后，直接向緩存服務器的IP地址發出HTTP請求。

（4）緩存服務器檢測內容是否已經緩存，如未緩存，則以代理方式向源網站發起請求，并將所請求的數據緩存到本地。

（5）緩存服務器向終端返回請求的內容。

通過以上各類描述體現出CDN當前處理互聯網的價值：靈活的內容掌控力，支持流量運營和增值業務，提升各類業務用戶感知，提升用戶滿意度和粘性，拓展百億級業務市場，降低網絡建設、維護成本，縮減千億級網絡運營成本。