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摘 要：根据内容分送网络的现状和发展要求，针对大型CDN覆盖网络，提出构建覆盖网的分层拓扑结构和逻辑组织思想，并在此基础上提出分级均衡。关键词：内容分送网络；内容路由；负载均衡；分层覆盖网
中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1672-3198（2007）08-0192-01
1 构建CDN分层覆盖网
CDN通过减少骨干网络中冗余数据的重复传输，使之最小化，以分布式节点设备的增加为代价，将广域传输转为本地或就近访问，提高边缘丰富网络资源的利用率来实现改善网络内容发布环境的。充分考虑底层网络环境的结构和性能是部署CDN设备节点的关键。在一个分层结构的因特网环境中，大部分基于平面拓扑结构的覆盖网都不能很好地运用于大型CDN网。借鉴Internet的分层拓扑结构，针对大型CDN网，采用分层拓扑结构是一个合理的方向。
根据典型的Internet网络拓扑，构建如图1所示CDN覆盖网。图中包含了节点分布和组织模型。
普通客户H：H为局域网节点L1所在局域网内或者离L1最“近”的一个发起内容请求的用户。H与内容服务节点L1的这种关系绑定是基于H与L1之间的网络资源决定的，这种绑定假设H的服务请求如果通过L1提供服务（L1上存在H所请求内容的话）将得到最好的服务质量。
经过这样的关系绑定，客户H访问CDN网的所有请求都将经过L1。由L1对H的内容请求提供内容服务或发起内容路由。
局域网节点L：作为分布在最边缘的CDN服务节点L是CDN覆盖网最基本的服务节点，它可以是单个缓存也可以是由交换机控制的内容服务器群，它负责为重定向到该节点的内容请求提供服务或者重定向该请求到其他节点。我们把相邻的L节点逻辑组织成一个群，我们把L1、L2和L3组织成一个群，同理L4、L5、L6和L7，L8、L9和L10分别组成另外两个群。且这三个群分别隶属于C4、C3和C5。由节点L构成群也是基于网络资源的，一般我们把同属于一个域（如地区网）的节点组织成一个群，我们基于这样的事实，通常属于同一个域内的网络连接资源比跨域连接更加丰富。同时我们划分群也要考虑群的规模，如果域内存在过多节点，我们也可以把域内节点组织成多个群，甚至也可以根据其他因素把不同域内节点组织成到同一个群内。群的构建是逻辑上的。
群内L节点的关系和与隶属节点C的关系可以通过配置得到，因为CDN网络提供上部署的节点相对还是稳定的，添加和删除节点或者更新节点组织只需要简单的配置就可以完成。
地区级节点C：地区级节点C分布与一个自治系统的不同地区网中，节点C本身可以是提供内容服务的节点，同时它也作为地区网内某些L节点构成群的管理控制中心，本质上它也属于这个群，只是作为这个群的代表节点，以构建更高级的群。
C节点依照L节点构建群的原则构建更高级的群，通常我们把属于同一个自治系统的C节点构成群，并隶属于该自治系统级节点A。也可以在一个自治系统内构建多个C群。同样，这样的构建过程也是逻辑上的，基于网络和应用需要，我们甚至可以在所有节点中不论级别选取节点构成群（通常这样难以获得好的效果）。
群内C节点的关系和与隶属节点A的关系同样可以通过配置得到。在我们的模型中，我们将C2和C3构成隶属于A1的群，C4、C5和C6构成隶属于A2的群。
自治系统（ISP）级节点A：自治系统级节点A分布与因特网不同自治系统中，节点A本省也可以是提供内容服务的节点，同时它也作为自治系统网内某些C节点构成群的管理中心，本质上它也属于这个群，只是作为这个群的代表节点。
CDN中心节点O：CDN中心节点作为CDN的控制和数据中心，负责统一管理整个CDN覆盖网。CDN中心可以运行实现全局均衡的重定向服务器、内容分发驱动设备、集中式的内容分发管理和网络管理设备以及对用户和内容提供商的CDN使用情况进行统计和计费的设备等。在我们的CDN分级覆盖网模型中，它主要通过分级收集CDN系统信息和分级控制管理方法运行整个CDN网。
在以上节点定义和组织过程中，我们主要是依据Internet网络结构进行的。但是实际上还有很多因素可以影响这些定义和组织方式，我们只是为了简单起见，未考虑其他因素。在定义和组织节点过程中，我们的出发点是尽量利用网络环境信息，为在定义组织好的覆盖网上实现负载均衡和相应路由提供有利条件。
2 分级负载均衡
当前投入使用CDN系统几乎都是分布式CDN节点加集中控制和全局负载均衡模式的。不论采用那种具体方法，实现全局均衡都必须获取全局负载信息和网络状态信息，在CDN系统规模足够大的时候，这些信息的获取、分析和传输开销是不可忽视的。我们从实际应用调查中发现，实际上，当在一个自治系统内部存在多个CDN内容服务节点时，该自治系统内用户的内容请求几乎不会被重定向到该自治系统以外的CDN内容服务节点。所以，对于这种场合，实行全局均衡带来了不必要的开销。我们完全可以考虑只是在自治系统内部实现负载均衡。这就是提出分级均衡思想的出发点。
针对不同规模、不同网络环境和不同业务特点的CDN网，存在不同的最佳均衡策略。本节以下内容提出了一个在CDN分层覆盖网结构下的分级均衡策略，它不是一个单一的内容路由算法，而是针对大型CDN网实现有效负载均衡的策略。
3 总结
采用分层结构CDN覆盖网及分级均衡策略，可以避免传统的基于DNS全局重定向机制CDN网的主要弊端，可大大加快内容路由过程。当然这也带来构建分层结构CDN过程的复杂性。国内外对CDN技术的研究和应用正在快速发展。分层CDN覆盖网以及在此基础之上的分级均衡还是一个理论雏形，需要进一步完善理论研究，并通过实际应用案例的验证和不断修正发展。
参考文献
［1］URL: http://www.akamai.com. 2005，（6）.
［2］“CDN技术白皮书”, http://www.chinacache.com/services/white_page.htm 2005,(6).
［3］方银旺，赵问道.“CDN内容交换技术研究”［J］.浙江大学硕士学位论文, 2003，（1）.
［4］White Paper.“The Ins and Outs of Content Delivery Networks”.Stanford University, 2001.
［5］D. G. Andersen, H. Balakrishnan, M. F. Kaashoek, and R. Morris, “Resilient Overlay Networks,” Proc. 18th ACM SOSP, Oct. 2001.
［6］刘皓.负载均衡技术概览.http://software.szwindow.net.cn/tecdata/web/, 2001.
中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1672-3198（2007）08-0192-01
1 构建CDN分层覆盖网
CDN通过减少骨干网络中冗余数据的重复传输，使之最小化，以分布式节点设备的增加为代价，将广域传输转为本地或就近访问，提高边缘丰富网络资源的利用率来实现改善网络内容发布环境的。充分考虑底层网络环境的结构和性能是部署CDN设备节点的关键。在一个分层结构的因特网环境中，大部分基于平面拓扑结构的覆盖网都不能很好地运用于大型CDN网。借鉴Internet的分层拓扑结构，针对大型CDN网，采用分层拓扑结构是一个合理的方向。
根据典型的Internet网络拓扑，构建如图1所示CDN覆盖网。图中包含了节点分布和组织模型。
普通客户H：H为局域网节点L1所在局域网内或者离L1最“近”的一个发起内容请求的用户。H与内容服务节点L1的这种关系绑定是基于H与L1之间的网络资源决定的，这种绑定假设H的服务请求如果通过L1提供服务（L1上存在H所请求内容的话）将得到最好的服务质量。
经过这样的关系绑定，客户H访问CDN网的所有请求都将经过L1。由L1对H的内容请求提供内容服务或发起内容路由。
局域网节点L：作为分布在最边缘的CDN服务节点L是CDN覆盖网最基本的服务节点，它可以是单个缓存也可以是由交换机控制的内容服务器群，它负责为重定向到该节点的内容请求提供服务或者重定向该请求到其他节点。我们把相邻的L节点逻辑组织成一个群，我们把L1、L2和L3组织成一个群，同理L4、L5、L6和L7，L8、L9和L10分别组成另外两个群。且这三个群分别隶属于C4、C3和C5。由节点L构成群也是基于网络资源的，一般我们把同属于一个域（如地区网）的节点组织成一个群，我们基于这样的事实，通常属于同一个域内的网络连接资源比跨域连接更加丰富。同时我们划分群也要考虑群的规模，如果域内存在过多节点，我们也可以把域内节点组织成多个群，甚至也可以根据其他因素把不同域内节点组织成到同一个群内。群的构建是逻辑上的。
群内L节点的关系和与隶属节点C的关系可以通过配置得到，因为CDN网络提供上部署的节点相对还是稳定的，添加和删除节点或者更新节点组织只需要简单的配置就可以完成。
地区级节点C：地区级节点C分布与一个自治系统的不同地区网中，节点C本身可以是提供内容服务的节点，同时它也作为地区网内某些L节点构成群的管理控制中心，本质上它也属于这个群，只是作为这个群的代表节点，以构建更高级的群。
C节点依照L节点构建群的原则构建更高级的群，通常我们把属于同一个自治系统的C节点构成群，并隶属于该自治系统级节点A。也可以在一个自治系统内构建多个C群。同样，这样的构建过程也是逻辑上的，基于网络和应用需要，我们甚至可以在所有节点中不论级别选取节点构成群（通常这样难以获得好的效果）。
群内C节点的关系和与隶属节点A的关系同样可以通过配置得到。在我们的模型中，我们将C2和C3构成隶属于A1的群，C4、C5和C6构成隶属于A2的群。
自治系统（ISP）级节点A：自治系统级节点A分布与因特网不同自治系统中，节点A本省也可以是提供内容服务的节点，同时它也作为自治系统网内某些C节点构成群的管理中心，本质上它也属于这个群，只是作为这个群的代表节点。
CDN中心节点O：CDN中心节点作为CDN的控制和数据中心，负责统一管理整个CDN覆盖网。CDN中心可以运行实现全局均衡的重定向服务器、内容分发驱动设备、集中式的内容分发管理和网络管理设备以及对用户和内容提供商的CDN使用情况进行统计和计费的设备等。在我们的CDN分级覆盖网模型中，它主要通过分级收集CDN系统信息和分级控制管理方法运行整个CDN网。
在以上节点定义和组织过程中，我们主要是依据Internet网络结构进行的。但是实际上还有很多因素可以影响这些定义和组织方式，我们只是为了简单起见，未考虑其他因素。在定义和组织节点过程中，我们的出发点是尽量利用网络环境信息，为在定义组织好的覆盖网上实现负载均衡和相应路由提供有利条件。
2 分级负载均衡
当前投入使用CDN系统几乎都是分布式CDN节点加集中控制和全局负载均衡模式的。不论采用那种具体方法，实现全局均衡都必须获取全局负载信息和网络状态信息，在CDN系统规模足够大的时候，这些信息的获取、分析和传输开销是不可忽视的。我们从实际应用调查中发现，实际上，当在一个自治系统内部存在多个CDN内容服务节点时，该自治系统内用户的内容请求几乎不会被重定向到该自治系统以外的CDN内容服务节点。所以，对于这种场合，实行全局均衡带来了不必要的开销。我们完全可以考虑只是在自治系统内部实现负载均衡。这就是提出分级均衡思想的出发点。
针对不同规模、不同网络环境和不同业务特点的CDN网，存在不同的最佳均衡策略。本节以下内容提出了一个在CDN分层覆盖网结构下的分级均衡策略，它不是一个单一的内容路由算法，而是针对大型CDN网实现有效负载均衡的策略。
3 总结
采用分层结构CDN覆盖网及分级均衡策略，可以避免传统的基于DNS全局重定向机制CDN网的主要弊端，可大大加快内容路由过程。当然这也带来构建分层结构CDN过程的复杂性。国内外对CDN技术的研究和应用正在快速发展。分层CDN覆盖网以及在此基础之上的分级均衡还是一个理论雏形，需要进一步完善理论研究，并通过实际应用案例的验证和不断修正发展。
参考文献
［1］URL: http://www.akamai.com. 2005，（6）.
［2］“CDN技术白皮书”, http://www.chinacache.com/services/white_page.htm 2005,(6).
［3］方银旺，赵问道.“CDN内容交换技术研究”［J］.浙江大学硕士学位论文, 2003，（1）.
［4］White Paper.“The Ins and Outs of Content Delivery Networks”.Stanford University, 2001.
［5］D. G. Andersen, H. Balakrishnan, M. F. Kaashoek, and R. Morris, “Resilient Overlay Networks,” Proc. 18th ACM SOSP, Oct. 2001.
［6］刘皓.负载均衡技术概览.http://software.szwindow.net.cn/tecdata/web/, 2001.