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1、CDN的提出
隨著目前寬帶網絡建設的迅猛發(fā)展，其應用越來越豐富，使得寬帶用戶迅速增加，對骨干網構成了極大的壓力。其中，占用網絡帶寬最大的流媒體應用和軟件下載業(yè)務占了很大比重，且該比例還會隨著寬帶的普及而迅速增長。對于當前應用而言，減少訪問流量的擁塞及用戶的訪問響應時間，是一個亟待解決的問題。于是，CDN（內容分發(fā)網絡）網絡出現(xiàn)了。
傳統(tǒng)的訪問模式存在幾個嚴重影響用戶訪問效率和質量的環(huán)節(jié)：
●傳統(tǒng)的DNS解析過程在將主機域名轉換為IP地址時，并不預先判斷該服務器是否正常工作，若該服務器已停機，便會造成服務中斷。
●互聯(lián)網缺乏一個專門的中央管理結構，以及產品和技術標準。因此，不同網絡間的兼容以及不同網絡運營商／ISP之間的傳輸瓶頸等問題使得數(shù)據(jù)的流通受到限制。
●現(xiàn)有的互聯(lián)網以數(shù)據(jù)包傳輸為基礎，任何一個數(shù)據(jù)包的丟失或出錯都必須重新發(fā)送，從而導致延遲。
●現(xiàn)有的路由技術以路由器工作狀態(tài)的歷史數(shù)據(jù)為依據(jù)來確定當前數(shù)據(jù)包的傳輸路徑，這往往會導致數(shù)據(jù)傳輸所經過的路徑并不是當前最佳路徑。
CDN系統(tǒng)通過在網絡各處放置節(jié)點服務器，構成在現(xiàn)有互聯(lián)網基礎之上的智能虛擬網絡層，能盡量避開互聯(lián)網上可能影響數(shù)據(jù)傳輸速度和穩(wěn)定性等瓶頸問題，使內容傳輸?shù)母臁⒏�(wěn)。CDN系統(tǒng)能夠實時地根據(jù)網絡流量和各節(jié)點的連接、負載狀況以及到用戶的距離、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(jié)點上。對用戶來說，通過CDN系統(tǒng)，不但使得到響應的時間被大大縮短，而且連接質量也大大提高，從而有效提高了上網訪問的總體性能。對于網絡運營商而言，則大大的減小骨干網的壓力，將對骨干網壓力最大的流媒體內容和下載業(yè)務放置到網絡的邊緣。
2、CDN的關鍵技術
（1）雙重認證技術
系統(tǒng)中提供了基于流媒體服務內核的認證插件，以驗證用戶是否有效登錄。每當用戶請求某個節(jié)目流時，在流媒體服務內核上，就會對用戶身份進行一次確認，如果用戶是從正常途徑訪問的，則可播出該節(jié)目流，否則，流服務器將拒絕為用戶提供該節(jié)目流。利用基于流媒體服務內核的認證插件，可有效地防止用戶利用StreamBox等工具來下載流媒體內容。
（2）負載均衡
包括本地服務器和廣域網上各個CDN節(jié)點之間的負載均衡，根據(jù)實際的流量和負荷狀況，將用戶的請求在不同服務器之間合理分配。
系統(tǒng)通過節(jié)目的自動發(fā)布、分發(fā)和調度，將一些熱門的節(jié)目內容分布到多臺視頻服務器上，用戶在登錄時，就近訪問視頻服務器，以達到平攤負載的目的。在系統(tǒng)的應用服務器上，將實時登記各臺視頻服務器當前的網絡流量，并根據(jù)其他一些用戶定義的策略，計算出各視頻服務器當前的負載加權指數(shù)，該指數(shù)說明了服務器當前的負載情況，應用服務器對多臺視頻服務器的另權指數(shù)進行排序。當用戶訪問寬頻網站并進行點播時，通過相應認證后，應用服務器開始為用戶分配視頻服務器資源。此時，優(yōu)先選擇負載最輕的服務器為用戶服務。
（3）內容分發(fā)
為使節(jié)目的分布合理，使盡可能多的用戶點播能夠路由到用戶最近的媒體終端，CDN系統(tǒng)可提供如下的節(jié)目分布策略：按點播率的大小分布、根據(jù)節(jié)目的更新時間、推薦度進行分發(fā)和淘汰，也可支持管理員進行指定文件的分布。
3、CDN的網絡結構
對于寬帶信息源網絡建設的結構，必須著重考慮應用的布局合理性，盡量將應用推向用戶端旁路應用的數(shù)據(jù)流量，避免造成骨干網絡的擁塞。
寬帶應用網絡支撐平臺CDN可簡單的分為核心層和接入層。
（1）核心層
核心層作為CDN網絡層次結構中的頂端，核心節(jié)點是整個CDN網絡運行、管理和維護的核心，所有的用戶內容請求都會由核心節(jié)點進入CDN網絡，并由CDN網絡根據(jù)用戶和網絡的實際情況，為用戶指定一個合理的CDN接入層節(jié)點進行服務。
作為CDN網絡的核心節(jié)點可不直接參與對用戶的服務，而是作為CDN運作的中樞，完成如下的主要功能：
a）負責所有用戶的內容請求根據(jù)用戶的信息做出準確的用戶就近性判斷，并根據(jù)判斷的結果，將用戶的請求分發(fā)到指定的分節(jié)點。
b）負責CDN的內容分發(fā)管理把需要服務的內容通過合適的格式和方式，分發(fā)到所有的骨干CDN節(jié)點。
（2）接入層
接入層作為CDN網絡的邊緣層，強調對用戶的分布式服務，主要完成的功能包括：
●流媒體平臺的緩存節(jié)點，提供分區(qū)高速內容緩存；
●廣播業(yè)務分布點，提供兩級應用廣播服務；
●部分應用前端分布節(jié)點；
●通過分布的服務機制，提高服務能力，實現(xiàn)對客戶服務的需求。
4、CDN的業(yè)務功能
a）靜態(tài)內容發(fā)布 向網絡用戶提供迅速、可靠的內容發(fā)布服務，對訪問用戶的請求就近響應。
b）改善網站服務質量 CDN系統(tǒng)中先進的內容路由及網管系統(tǒng)實時將網站的每位用戶引導至最佳的一個服務節(jié)點，網站的內容則由該節(jié)點傳達給網絡用戶。
c）緩解數(shù)據(jù)風暴 CDN可有效減少網站服務器的負荷，防止網站熱點信息內容被頻繁點擊時出現(xiàn)問題。
d）穩(wěn)定的服務性能 通過先進的負載均衡技術，CDN可確保其系統(tǒng)運行在最優(yōu)化狀態(tài)。
此外，先進的網管系統(tǒng)可對服務器進行實時檢測，確保其隨時處于正常、健康的工作狀態(tài)。如有問題發(fā)生，則立即切換至備份服務器，以保證用戶的連續(xù)訪問，為解決故障贏得寶貴的時間。
5、CDN的業(yè)務應用
（1）VOD視頻點播系統(tǒng)
VOD是視頻點播技術的簡稱，也稱交互式電視點播系統(tǒng)，可根據(jù)用戶的需要播放相應的視頻節(jié)目，從根本上改變用戶過去被動式看電視的不足。
系統(tǒng)提供基于流媒體方式的點播業(yè)務，流媒體的后臺支持如MPEG1／2／4、REAL SERVER和微軟的MEDIA SERVER，用戶在進行視頻點播時，可很方便地實現(xiàn)按類別的節(jié)目瀏覽、各類關鍵字進行節(jié)目查詢、查看節(jié)目排行表、輸入自己的影評、查看別人的影評、進行節(jié)目預覽等操作。
（2）遠程教學系統(tǒng)
在CDN應用平臺上，可利用直播功能實現(xiàn)同步教學內容的網上直播，同時提供自動錄播功能錄制成課件；也可制作多媒體課件并發(fā)布到課件點播服務器上，實現(xiàn)基于多媒體系統(tǒng)的遠程教育。此外，還可提供網絡互動交流功能，方便學生和教師進行文字、語音、視頻等多媒體交流。
（3）遠程醫(yī)療系統(tǒng)
在CDN應用平臺上，利用直播功能實現(xiàn)中心醫(yī)院與基層醫(yī)院就疑難病癥進行會診、指導治療與護理、對基層醫(yī)務人員的醫(yī)學培訓等。遠程醫(yī)療對于一些中、小醫(yī)院有著重要的意義，即可同時得到大醫(yī)院的醫(yī)學專家的咨詢和會診。
（4）多媒體互動廣告插播
多媒體廣告插播功能對于一個商業(yè)化運營的系統(tǒng)極為重要，可作為VOD業(yè)務的支撐手段和重要補充。在CDN應用平臺中，提供完善的廣告插播功能，包括流媒體廣告插播、文字廣告插播、FLASH廣告插播等。
除此之外，它還有其他具有行業(yè)特色的應用，如大型網站新聞發(fā)布、大型游戲網站分布、大型活動網上直播系統(tǒng)等。
圖1 中心節(jié)點組網圖
6、VOD系統(tǒng)設計
（1）核心節(jié)點系統(tǒng)設計
核心包括以下子系統(tǒng)：WEB服務子系統(tǒng)、認證服務器、CDN調度／下載服務器、流媒體播出服務子系統(tǒng)、DRM認證服務子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫服務子系統(tǒng)、后備存儲NAS系統(tǒng)、內部管理服務子系統(tǒng)等。
1）WEB服務器主要是為用戶提供寬帶內容網站WEB服務。
2）CDN資源調度服務器是CDN調度的核心，通過該服務器將網絡存儲設備上的節(jié)目分發(fā)到各個視頻服務器上。
3）視頻服務器可根據(jù)不同的應用需要提供不同的并發(fā)能力，以同時服務本地的寬帶用戶。
a）內存要求 服務器上需要至少30MB的預留內存，另外視頻每Kbit/s流量至少需要12KB的內存。250并發(fā)節(jié)目流的視頻需要的最少內存為：30MB+12KB×250×500Kbit/s=1.53GB，因此需配置2GB，以為將來擴展留出余量。按500Kbit/s流速率播出節(jié)目時，每小時節(jié)目需要的磁盤存儲容量為500Kbit/s×3600秒/8/1000=225MB。在每臺視頻服務器上，若配置了4×73GB=292GB的磁盤陣列，能存儲1300小時的節(jié)目。
b）網卡配置 若節(jié)目采用MEDIA格式的流媒體傳輸，傳輸流速率為28.8Kbit/s到10Mbit/s，當傳輸流速率在500Kbit/s左右時能提供達到SVCD質量的視頻傳輸效果，并且能方便ADSL客戶進行點播。250個500Kbit/s的節(jié)目流需占用250×500Kbit/s=125Mbit/s的網絡帶寬，但在網絡傳輸時，效率一般只有70%左右，因此，需要在視頻服務器上配置1塊1000M以太網卡。
c）帶寬需求 若核心節(jié)點采用10臺視頻服務器，提供10×250=2500個并發(fā)節(jié)目流的服務能力。按各節(jié)目流500Kbit/s計算，核心節(jié)點實際進行視頻碼流輸出所需網絡帶寬為500K×2500=1.25G。
4）DRM認證服務器主要負責對同時在線訪問的用戶進行身份驗證。本系統(tǒng)中，采用數(shù)字版權管理（DRM），主要用以對流媒體節(jié)目的內容進行保護。在以往，當系統(tǒng)不采用DRM保護時，用戶通過各種途徑盜用媒體資源鏈接或下載媒體內容后，便可免費使用媒體內容，或進行再次分發(fā)，造成運營商的巨大損失。而采用DRM系統(tǒng)后，DRM打包機器將根據(jù)系統(tǒng)的加密算法和密鑰對媒體內容進行加密，此后再將媒體內容通過各種載體（如CD-ROM、媒體服務器等）進行發(fā)布；當用戶得到加密的媒體內容后，必須先到發(fā)放節(jié)目的供應商的認證中心進行身份認證和繳納相應的費用，才可得到授權的解密密鑰，媒體播放器利用這個解密密鑰將媒體內容進行解密后，便可以播放了。
由于DRM對媒體內容的加密可包括靜態(tài)的文件或動態(tài)的節(jié)目流，因此，十分便于在各種場合應用，可對在線的視頻直播和點播節(jié)目進行管理。同時，也可提供加密節(jié)目下載，但只有授權的用戶才能解開節(jié)目進行觀看。
5）數(shù)據(jù)庫服務器用于用戶的信息資料存儲，并能同時滿足用戶對數(shù)據(jù)庫的并發(fā)訪問。
6）NAS網絡存儲設備解決服務器存儲方式下帶來的存取等瓶頸問題。它將信息存儲設備與服務器分開，網絡用戶可通過網絡實現(xiàn)對存儲設備的直接存取訪問，把存儲設備當作標準網絡設備，進行直接存取。
在各視頻服務器上，配置的SCSI磁盤陣列，按照80/20的比例，將這部分空間用于存儲全系統(tǒng)中20%左右的熱門節(jié)目，而剩下的80%的冷門節(jié)目則由網絡存儲設備存儲，只有在需要時，才會被調度到各視頻服務器上去。因此，網絡存儲設備的要求主要是容量大，對I／0輸出等則要求不高，主要用于后備節(jié)目的存放，并通過CDN調度服務器分發(fā)到各個流服務器上。
（2）分發(fā)節(jié)點設計
在邊緣分發(fā)節(jié)點，提供500個500 K的并發(fā)節(jié)目流輸出，因此，需要兩臺視頻服務器。每臺視頻服務器提供250個并發(fā)節(jié)目流，需要250×500K=125Mbit/s的網絡帶寬資源，至少需要配置2FE。
