CDN 內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)董洋（信通9班 2013140052）概念和優(yōu)勢：CDN 是在現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上把內(nèi)容緩存到代理服務(wù)器，使用戶下載所需內(nèi)容時可以不用經(jīng)過骨干網(wǎng)，或不用再到源服務(wù)器來獲取資料，它的

CDN 內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)

董洋

（信通9班 2013140052）

概念和優(yōu)勢：CDN 是在現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上把內(nèi)容緩存到代理服務(wù)器，使用戶下載所需內(nèi)容時可以不用經(jīng)過骨干網(wǎng)，或不用再到源服務(wù)器來獲取資料，它的優(yōu)勢在于可以使用戶的內(nèi)容訪問更加便捷。

提綱：本文第一部分先對支持CDN 的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析。第二部分對CDN 的工作方式和工作原理進(jìn)行梳理。第三部分對目前國內(nèi)外在CDN 方向的進(jìn)展進(jìn)行總結(jié)。第四部分預(yù)測CDN 可能的發(fā)展趨勢。第五部分補充CDN 存在的問題和有價值的研究點。

一、CDN 的關(guān)鍵技術(shù)

CDN 的緩存控制方法的技術(shù)包括HTTP 協(xié)議、URL 、萬維網(wǎng)文檔和Cookie 。局部負(fù)載均衡的技術(shù)有DNAT ，IP 隧道方式。全局負(fù)載均衡技術(shù)有基于DNS 解析的方式、基于應(yīng)用層協(xié)議重定向的方式。下面分別分析這幾項關(guān)鍵技術(shù)。

1.HTTP 協(xié)議特點

與FTP 的區(qū)別：只使用一條TCP 連接。沒有分開的控制連接；在客戶和服務(wù)器之間只有數(shù)據(jù)傳送。雖然HTTP 使用TCP 的服務(wù)，但HTTP 本身是無狀態(tài)的協(xié)議。與SMTP 的區(qū)別：①HTTP 不是給人看的，這些報文是給HTTP 服務(wù)器和HTTP 客戶（瀏覽器）讀取和解釋的，命令和請求都是嵌入在報文中。②SMTP 報文采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式，但HTTP 是立即交付的。

HTTP 的報文： 請求報文：

響應(yīng)報文：

狀態(tài)碼：

100系列的代碼只是提供信息的，200系列的代碼則提示成功的請求。300系列的代碼是把客戶重新定向到另一個URL ，400系列的代碼指示在客戶端的差錯。500系列代碼指示在服務(wù)器端的差錯。

2．統(tǒng)一資源定位符

為方便地訪問在世界范圍的文檔，HTTP 使用統(tǒng)一資源定位符（URL ）。URL 定義了5樣元素如下：

協(xié)議://主機(jī):端口/路徑 ? 表單信息 從瀏覽器輸入到服務(wù)器的參數(shù)是使用表單(form)來發(fā)送的。若表單中的信息很少（如一個字），則它可在URL 的后面的問號之后。

3. 萬維網(wǎng)文檔 分類： 靜態(tài)的、動態(tài)地和活動的。這種分類基于文檔內(nèi)容被確定的時間。

⑴靜態(tài)文檔是固定內(nèi)容的文檔，

它由服

務(wù)器創(chuàng)建，并存儲在服務(wù)器中。即文件的內(nèi)容是在文件被創(chuàng)建時就確定的，而不是在它被使用時。

⑵動態(tài)文檔是在瀏覽器請求該文檔時才由萬維網(wǎng)服務(wù)器創(chuàng)建出來。因為對每一個請求都創(chuàng)建出新的文檔，因此每一個請求得到的動態(tài)文檔的內(nèi)容就會不同。

①通用網(wǎng)關(guān)接口(CGI)

一種創(chuàng)建和處理動態(tài)文檔的技術(shù)。CGI 是一組標(biāo)準(zhǔn)，它定義動態(tài)文檔應(yīng)如何寫，輸入數(shù)據(jù)應(yīng)如何加到程序上，以及輸出結(jié)果應(yīng)如何使用。

從瀏覽器輸入到服務(wù)器是使用表單來發(fā)送的。在服務(wù)器端執(zhí)行CGI 程序，并把輸出發(fā)送給客戶（瀏覽器）。輸出通常是普通正文或HTML 結(jié)構(gòu)的正文。

②動態(tài)文檔的腳本技術(shù)

使用CGI 對每一次的請求這個程序必須生成整個的文檔。解決這個問題的方法就是使用HTML 來生成包含固定部分的文件，同時嵌入一個腳本源代碼，它可以由服務(wù)器來運行提供變化的內(nèi)容。

常用的是超文本預(yù)處理器(PHP)，它使用Perl 語言；JSP(Java Server Pages)，它使用Java 語言進(jìn)行編排；以及使用VB 語言的ASP 、和嵌入SQL 數(shù)據(jù)庫查詢的ColdFusion 。

⑶活動文檔 對于許多應(yīng)用，我們需要程序能夠在客戶端運行。如在屏幕上產(chǎn)生動畫圖形或與用戶進(jìn)行交互的程序。這就叫做活動文檔。 ①Java 小應(yīng)用程序 小應(yīng)用程序是在服務(wù)器端用Java 編寫的程序。它被編譯后就準(zhǔn)備運行。這個文檔的格式是字節(jié)碼(二進(jìn)制) 。 ②JavaScript 如果在文檔中的活動部分不大，那么它就可以用腳本語言來編寫；然后它就可以在客戶端在同一時間被解釋和運行。腳本是源代碼(文本) 而不是二進(jìn)制形式。

4.Cookie 的運用 創(chuàng)建和存儲：

⑴當(dāng)服務(wù)器收到來自客戶的請求后，它就把有關(guān)客戶的信息存儲在一個文件或字

符串中。這個信息可以包含客戶的域名、cookie 的內(nèi)容、時間戳，以及其他與實現(xiàn)有關(guān)的信息。

⑵服務(wù)器向客戶發(fā)送的響應(yīng)包含這個cookie 。

⑶當(dāng)客戶收到響應(yīng)時，瀏覽器把這個cookie 存儲在cookie 目錄中，它是按域名服務(wù)器的名字來分類的。 使用：

當(dāng)一個客戶向服務(wù)器發(fā)送請求時，瀏覽器就查找在cookie 目錄中是否有那個服務(wù)器發(fā)送的cookie 。如果找到了，就把這個cookie 包含在請求中。當(dāng)服務(wù)器收到這個請求時，它就知道這是一個老客戶，而不是一個新客戶。請注意，這個cookie 的內(nèi)容從來沒有被瀏覽器讀過，也沒有暴露給用戶。cookie 是服務(wù)器制作的，也是被服務(wù)器吃掉的。例如電子商務(wù)的購物車就能用cookie 來實現(xiàn)。

5. 目標(biāo)NAT(DNAT) 概念：

網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換NAT 中，專用網(wǎng)使用專用地址。專用網(wǎng)地址看Internet 是透明的；Internet 看見的只是NAT 路由器的一個Public IP。所以由專用網(wǎng)到Internet 時要修改源地址，由Internet 到專用網(wǎng)時要修改目的地址。按照使用方式分兩種，其中DNAT 則主要用在為內(nèi)部主機(jī)架設(shè)可以讓Internet 訪問的服務(wù)器。

6.IP 隧道 概念： 將一個IP 報文封裝到另一個IP 報文中的技術(shù)，這使得目標(biāo)為一個IP 地址的數(shù)據(jù)報文能被封裝和轉(zhuǎn)發(fā)到另一個IP 地址。 7.DNS 解析 特點： 主機(jī)名的管理分配在不同層次的DNS 服務(wù)器當(dāng)中，并進(jìn)行分層管理，所以每一臺DNS 服務(wù)器記憶的信息就不會很多。

每個上一層的DNS 服務(wù)器所記錄的信息，其實只有其下一層的主機(jī)名而已。至于

再下一層，則直接授權(quán)給下層的某臺主機(jī)來管理。

因為你如果已經(jīng)申請到主機(jī)名解析的授權(quán)，那么在你自己的DNS 服務(wù)器中，就能夠修改全世界都可以查詢到的主機(jī)名了，而不用通過上層ISP 的維護(hù)。

8.HTTP 應(yīng)用層協(xié)議重定向 原理： 應(yīng)用層重定向主要利用了HTTP 、MMS 、RTSP 等協(xié)議本身的重定向機(jī)制來實現(xiàn)，由于各種應(yīng)用層協(xié)議的重定向機(jī)制基本相同，因此以HTTP 協(xié)議為例來說明。 在HTTP 協(xié)議中，有三類重定向狀態(tài)碼：301永久性轉(zhuǎn)移、302暫時性轉(zhuǎn)移或特定時間后重定向到新的網(wǎng)頁。

二、CDN 的工作方式和工作原理

本小節(jié)來梳理CDN 部署的兩個重點，分別是緩存策略和負(fù)載均衡。 1. 緩存策略： ①靜態(tài)文檔的緩存策略：

靜態(tài)文檔是由apache 吐出的，緩存策略主要通過HTTP 響應(yīng)消息首部行中的兩項來控制，即Last-modified 和cache-control ：max-age 。它們是由apache 的expire 和header 模塊控制的。Apache 缺省配置，所有靜態(tài)文件在CDN 中只緩存3600s （需要我們按需求調(diào)整被加速服務(wù)器的apache 設(shè)置）。3600s 后CDN 失效，用戶訪問時會重新請求原帖，如果沒有變化，緩存失效周期自動延長10。 ②動態(tài)內(nèi)容的緩存策略（URL 形式必須是靜態(tài)的）：

動態(tài)內(nèi)容可以由嵌入在HTML 中的腳本語言生成，是由源站jsp 或php 生成的，由這些程序控制last-modified, cache-control ：max-age 、public 。 apache 的設(shè)置將不起作用，CDN 根據(jù)這兩項判斷是否需要到源站更新內(nèi)容。 ③CDN 和應(yīng)用的結(jié)合策略：

⑴變化不頻繁的頁面（例如圖吧圖片顯示頁）：在原站生成靜態(tài)頁面，原站apache 上定義過期時間，例如1天。原站上靜態(tài)文件

更新后，可以等待CDN 過期?；蛘咧鲃油ㄖ狢DN 更新（隨著CDN 節(jié)點越來越多，代價會非常高）。

⑵變化頻繁的頁面（正在進(jìn)行的比賽對陣頁）：

不生成靜態(tài)頁面，由jsp 或php 定義過期時間，例如5s 或60s 。CDN 過期后，如果有用戶訪問就從原站上抓取。優(yōu)點：相關(guān)頁面過期后，不需要主動通知CDN 節(jié)點都來抓取，有效降低原站的壓力。如果頁面內(nèi)容沒有變化，返回lastmodified 不變，這樣原站會直接返回304給cdn ，cdn 也會返回304給用戶。減少網(wǎng)絡(luò)傳輸和速度，比賽結(jié)束后，“正在進(jìn)行的比賽對陣頁”轉(zhuǎn)換為第一類情況，再生成靜態(tài)文件。 ⑶特殊靜態(tài)資源（圖片庫和某些大型產(chǎn)品庫中的評論，或賽事庫的比分文件）：

通過apache nocache 告訴IE 不緩存，html 中就不需要使用pinglun.js?123456這樣的代碼形式，然后用max-age 告訴cdn 緩存1s ，這樣避免每次用戶請求都轉(zhuǎn)到原站。 2. 負(fù)載均衡

負(fù)載均衡可以分為全局負(fù)載均衡和局部負(fù)載均衡。 1. 局部負(fù)載均衡：

①用LVS 負(fù)載均衡服務(wù)器實現(xiàn)四層負(fù)載均衡的關(guān)鍵模塊是IPVS ，支持NAT （網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換）、YUN （IP 隧道）、DR （直接路由）等多種方式。因為后臺服務(wù)器節(jié)點向用戶返回其所需內(nèi)容時，采用DR 方式將無須再經(jīng)負(fù)載均衡節(jié)點對返回內(nèi)容進(jìn)行處理，具有較高性能，也是LVS 四層負(fù)載均衡實現(xiàn)方式的默認(rèn)選項。

DR 工作方式除了要對負(fù)載均衡服務(wù)器進(jìn)行必要的配置外，還需要修改各臺真實服務(wù)器的配置（主要是禁止它們響應(yīng)ARP 報文），要對負(fù)載均衡服務(wù)器配置虛擬IP ，設(shè)置相應(yīng)路由，創(chuàng)建虛擬服務(wù)及其相應(yīng)端口選擇調(diào)度算法，最后建立虛擬服務(wù)與后臺真實服務(wù)器的HTTP 服務(wù)的鏈接，并使用DR 工作方式。實現(xiàn)以IP 地址為單位來進(jìn)行負(fù)載均衡的調(diào)度。

②用Nginx 實現(xiàn)七層負(fù)載均衡。需要配置nginx.conf 文件。設(shè)置HTTP 服務(wù)器并利

用其反向代理功能實現(xiàn)負(fù)載均衡。定義負(fù)載均衡服務(wù)器列表，設(shè)置默認(rèn)的輪詢方式。

為了體現(xiàn)出Nginx 的七層負(fù)載均衡能力（例如對用戶訪問請求中的域名信息進(jìn)行分析），需要為Nginx 服務(wù)器配置相應(yīng)的域名（www.cdn.com ）并作為它被訪問時進(jìn)行用戶請求負(fù)載調(diào)度的依據(jù)，因此部署環(huán)境中還包括了一臺用于安裝BIND DNS 服務(wù)器的虛擬機(jī)。

2. 全局負(fù)載均衡： 全局負(fù)載均衡有兩種方式，分別為：DNS 解析和HTTP 重定向。

①DNS 域名解析：

當(dāng)網(wǎng)站使用CDN 提供服務(wù)并用GSLB 來解析其原站域名時，通常會由權(quán)威DNS 設(shè)置一個GSLB 認(rèn)可的域名作為原域名的別名(CNAME)。有了別名，GSLB 就可以將它唯一映射成一個由多個虛擬服務(wù)器組成的服務(wù)池，這些服務(wù)器就是用戶輸入網(wǎng)站URL 后經(jīng)負(fù)載均衡調(diào)度直接提供服務(wù)的服務(wù)器。GSLB 在解析域名的時候會直接返回其中一個虛擬服務(wù)器的IP 地址。比如www.netitv.com.cn 域名CNAME 設(shè)置為www.netitv.cdn.com.cn 。如果需要GSLB 來進(jìn)行解析www.netitv.com.cn 的IP 地址，那么就需要在GSLB 上面設(shè)定域組www.netitv.cdn.com.cn ，這樣GSLB 就會按照內(nèi)部設(shè)置的負(fù)載均衡策略，選擇相關(guān)聯(lián)的Pool 以及虛擬服務(wù)器來提供服務(wù)了。 ②HTTP 重定向：

⑴用戶首先向網(wǎng)站的本地DNS 請求域名（www.CDNbook.com ）解析。

⑵由于網(wǎng)站已經(jīng)預(yù)先進(jìn)行了域名CNAME 指向服務(wù)CDN 的GSLB 域名和IP ，所以本地DNS 會向用戶返回GSLB 設(shè)備的IP 地址。（注意，是一個具體IP 地址，這樣DNS 解析過程就終結(jié)了。）

⑶用戶向這臺GSLB 設(shè)備發(fā)起HTTP GET請求，請求該網(wǎng)站某個網(wǎng)頁的內(nèi)容。應(yīng)該注意的是，在用戶瀏覽一個完整的網(wǎng)頁時，事實上是發(fā)起了多個HTTP 請求，針對某個獨立的對象，比如一張圖片、一段視頻、一段文字，都會存在這樣一個獨立的HTTP 請求。 ⑷GSLB 設(shè)備將綜合分析用戶IP 、內(nèi)容分布、

設(shè)備負(fù)載、鏈路狀況等實時信息，為用戶選

擇一個合適的服務(wù)單元?！皢卧笔侵笇⒂脩粼L問請求調(diào)度到一個合適的服務(wù)區(qū)，或者一個集群，再由區(qū)域均衡或本地均衡設(shè)備做下一步負(fù)載均衡工作。

如果GSLB 在自己的靜態(tài)路徑表中沒有查到用戶IP 所在網(wǎng)段的信息，可以通過兩種方式完成路由策略。方式一，GSLB 將用戶請求通過輪詢的方式定向到其他節(jié)點。方式二，GSLB 會以同樣方式去查動態(tài)最近路徑表，如仍沒有記錄，GSLB 會通知各POP 點的SLB 一同去測各POP 點離用戶的距離及時延，并報告核心節(jié)點確定最優(yōu)站點，該IP 地址所在的網(wǎng)段會被添加至動態(tài)最近路徑表，供今后用戶直接與最優(yōu)的分配層節(jié)點的SLB 設(shè)備建立連接。

⑸用戶根據(jù)得到的IP 地址向CDN 的POP 節(jié)點發(fā)出媒體訪問請求。

⑹如果這個IP 地址的節(jié)點設(shè)備仍然是一個負(fù)載均衡設(shè)備，則通過負(fù)載均衡把請求轉(zhuǎn)發(fā)給選擇一臺合適的服務(wù)設(shè)備。

⑺響應(yīng)報文能從后端服務(wù)器直接返回給客戶。

三、國內(nèi)外CDN 方向進(jìn)展

1.NBA 成立于1946年，是一個包括美國和加拿大30支球隊在內(nèi)的全球性體育和娛樂品牌。NBA 采用Akamai 的流媒體播放和管理系統(tǒng)，Akamai 為每場NBA 現(xiàn)場球賽進(jìn)行音頻和視頻編碼，因而該機(jī)構(gòu)僅需要一到兩名員工就可以實現(xiàn)每年網(wǎng)播1500多場賽事，使網(wǎng)上廣告收入增加500。NBA.com 網(wǎng)站的流量已實現(xiàn)每月成倍增長，每月有分布在222個國家的3500多萬獨立用戶訪問NBA 網(wǎng)站內(nèi)容。

2. 中國電信自2004年開始建設(shè)CDN ，在CDN 的研發(fā)和建設(shè)過程中，采用自主研發(fā)與合作相結(jié)合的方式，在保持自身網(wǎng)絡(luò)技術(shù)優(yōu)勢的同時，迅速擴(kuò)大規(guī)模和引用新技術(shù)，成為國內(nèi)CDN 市場的新興強大力量。到目前為止，中國電信CDN 已經(jīng)建成79個節(jié)點，網(wǎng)絡(luò)容量達(dá)到1TB 規(guī)模。建設(shè)初期主要用于自營的互聯(lián)星空網(wǎng)站和IPTV 等業(yè)務(wù)的分發(fā)服務(wù)，隨著網(wǎng)絡(luò)不斷擴(kuò)容，能力也獲得提升，

逐漸對外提供服務(wù)。目前，中國電信CDN 能夠提供流媒體加速（包括點播和直播）、網(wǎng)頁加速、下載加速和應(yīng)用加速等各種服務(wù)，主要用于加速互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)站在中國電信網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)的分發(fā)服務(wù)。

中國電信CDN 網(wǎng)絡(luò)已為奇藝、樂視、鳳凰等多家網(wǎng)站提供CDN 服務(wù)。

3.ChinaCache(藍(lán)汛) 是中國第一家專業(yè)CDN 服務(wù)提供商。2000年ChinaCache 獲得信息產(chǎn)業(yè)部CDN 服務(wù)許可。截止2011年上半年，ChinaCache 在全國113個城市的機(jī)房中部署了節(jié)點，同時管理400GB 帶寬資源。其CDN 網(wǎng)絡(luò)覆蓋國內(nèi)各大運營商，其客戶包括搜狐、網(wǎng)易、eBay 、易趣、淘寶、慧聰、攜程、新華網(wǎng)等幾十家，另外還有“國網(wǎng)”等政府網(wǎng)站，以及寶馬、可口可樂等企業(yè)網(wǎng)站。2006~2009年，藍(lán)汛凈收入從7000萬元增長到2.72億元；2010年全年收入4.034億元，比2009年增長48.1，藍(lán)汛的最大客戶變成了中國移動，占藍(lán)汛2010年上半年總營收入的12.8。

4. 網(wǎng)宿科技在2010年網(wǎng)宿科技總收入為3.623億元，比2009年增長26.22，其中CDN 業(yè)務(wù)收入1.88億元。網(wǎng)宿科技CDN 包含200多個節(jié)點，可承載帶寬（峰值）高達(dá)600GB 。

四、CDN 可能發(fā)展趨勢

CDN 與P2P 是經(jīng)常被拿來進(jìn)行對比的兩

種技術(shù)，原因是兩者都是數(shù)字媒體文件的重要傳送機(jī)制，大部分用戶會同時使用到這兩種機(jī)制，從而產(chǎn)生體驗對比。應(yīng)該說兩種技術(shù)各有所長，在不同場景和需求下具有另一種技術(shù)所不具備的優(yōu)勢。然而，技術(shù)的發(fā)展總是盛衰相繼，分分合合，并沒有非此即彼的絕對性。

正當(dāng)業(yè)界普遍認(rèn)為P2P 將是未來的互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展趨勢并預(yù)測P2P 流量還會不斷增長時，在2007年后，P2P 流量的增長勢頭出人意料地開始減緩，特別是在近幾年其流量占比在持續(xù)下降。

一方面，源自P2P 系統(tǒng)本身存在的缺點。 ⑴P2P 系統(tǒng)的可用性問題很難解決。盡管從整個系統(tǒng)而言，P2P 是可靠的，但是對于單

個內(nèi)容或者單個任務(wù)而言，P2P 是不穩(wěn)定的。每個Peer 可以隨時終止服務(wù)，甚至退出系統(tǒng)，因此系統(tǒng)中的交換內(nèi)容隨時可能被刪除或者被終止共享。

⑵P2P 一直沒有找到良好的商業(yè)模式。P2P 在安全、管理和版權(quán)等方面存在很多問題，主要體現(xiàn)在P2P 技術(shù)缺乏有效的管理，并且具有匿名發(fā)布的特性，所以大多數(shù)P2P 服務(wù)都將不可避免地和知識產(chǎn)權(quán)發(fā)生沖突。

⑶用戶對P2P 客戶端的安裝存在抵觸情緒。 依據(jù)P2P 和CDN 技術(shù)融合層面的不同，目前有三種主流的融合方案：控制層面融合方案、網(wǎng)絡(luò)疊加融合方案和設(shè)備層面融合方案。

五、CDN 存在的挑戰(zhàn)

挑戰(zhàn)有兩點：光纖時代CDN 的挑戰(zhàn)、后http1.1時代的CDN 。 1. 光纖時代的CDN 的挑戰(zhàn)

用戶帶寬大：很多城市已經(jīng)推行10-20M 帶寬。在線時間長：3G 手持設(shè)備如Ipad 等可以提供更長的在線能力。交互數(shù)據(jù)多：頁面豐富程度高。移動客戶端流行：Andoid 和IOS 設(shè)備大行其道。CDN 的發(fā)展：容量更大，單 個數(shù)據(jù)文件更大，命中率更低，業(yè)務(wù)邏輯需求增多。 2.Ajax 的大量使用，促成了框架頁面靜態(tài)化：有更多內(nèi)容可以做cache 啦。Html V5 的普及，更多的視頻等媒體展示：文件、流量變更大啦。http/2.0 來了，服務(wù)器該怎樣支持。

參考文獻(xiàn)：

【1】雷葆華 孫穎 王峰 陳曉益《CDN 技術(shù)詳解》[M]北京：電子工業(yè)出版社 2012.6

【2】徐珩《動態(tài)網(wǎng)頁緩存技術(shù)研究》[J] 華南理工大學(xué) 2006.10.20

【3】余洪春《構(gòu)建高可用Linux 服務(wù)器》[M] 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 2012.7

【4】Behrouz A.Forouzan Sophia Chung Fegan 《TCP/IP協(xié)議族》清華大學(xué)出版社 2006.5

【5】平臺化CDN 基礎(chǔ)架構(gòu) 趙永明 【6】CDN 緩存策略 網(wǎng)絡(luò)