分層結構ＣＤＮ的負載均衡

摘 要：根據(jù)內容分送網絡的現(xiàn)狀和發(fā)展要求，針對大型CDN覆蓋網絡，提出構建覆蓋網的分層拓撲結構和邏輯組織思想，并在此基礎上提出分級均衡。關鍵詞：內容分送網絡；內容路由；負載均衡；分層覆蓋網

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3198（2007）08-0192-01

1 構建CDN分層覆蓋網

CDN通過減少骨干網絡中冗余數(shù)據(jù)的重復傳輸，使之最小化，以分布式節(jié)點設備的增加為代價，將廣域傳輸轉為本地或就近訪問，提高邊緣豐富網絡資源的利用率來實現(xiàn)改善網絡內容發(fā)布環(huán)境的。充分考慮底層網絡環(huán)境的結構和性能是部署CDN設備節(jié)點的關鍵。在一個分層結構的因特網環(huán)境中，大部分基于平面拓撲結構的覆蓋網都不能很好地運用于大型CDN網。借鑒Internet的分層拓撲結構，針對大型CDN網，采用分層拓撲結構是一個合理的方向。

根據(jù)典型的Internet網絡拓撲，構建如圖1所示CDN覆蓋網。圖中包含了節(jié)點分布和組織模型。

普通客戶H：H為局域網節(jié)點L1所在局域網內或者離L1最“近”的一個發(fā)起內容請求的用戶。H與內容服務節(jié)點L1的這種關系綁定是基于H與L1之間的網絡資源決定的，這種綁定假設H的服務請求如果通過L1提供服務（L1上存在H所請求內容的話）將得到最好的服務質量。

經過這樣的關系綁定，客戶H訪問CDN網的所有請求都將經過L1。由L1對H的內容請求提供內容服務或發(fā)起內容路由。

局域網節(jié)點L：作為分布在最邊緣的CDN服務節(jié)點L是CDN覆蓋網最基本的服務節(jié)點，它可以是單個緩存也可以是由交換機控制的內容服務器群，它負責為重定向到該節(jié)點的內容請求提供服務或者重定向該請求到其他節(jié)點。我們把相鄰的L節(jié)點邏輯組織成一個群，我們把L1、L2和L3組織成一個群，同理L4、L5、L6和L7，L8、L9和L10分別組成另外兩個群。且這三個群分別隸屬于C4、C3和C5。由節(jié)點L構成群也是基于網絡資源的，一般我們把同屬于一個域（如地區(qū)網）的節(jié)點組織成一個群，我們基于這樣的事實，通常屬于同一個域內的網絡連接資源比跨域連接更加豐富。同時我們劃分群也要考慮群的規(guī)模，如果域內存在過多節(jié)點，我們也可以把域內節(jié)點組織成多個群，甚至也可以根據(jù)其他因素把不同域內節(jié)點組織成到同一個群內。群的構建是邏輯上的。

群內L節(jié)點的關系和與隸屬節(jié)點C的關系可以通過配置得到，因為CDN網絡提供上部署的節(jié)點相對還是穩(wěn)定的，添加和刪除節(jié)點或者更新節(jié)點組織只需要簡單的配置就可以完成。

地區(qū)級節(jié)點C：地區(qū)級節(jié)點C分布與一個自治系統(tǒng)的不同地區(qū)網中，節(jié)點C本身可以是提供內容服務的節(jié)點，同時它也作為地區(qū)網內某些L節(jié)點構成群的管理控制中心，本質上它也屬于這個群，只是作為這個群的代表節(jié)點，以構建更高級的群。

C節(jié)點依照L節(jié)點構建群的原則構建更高級的群，通常我們把屬于同一個自治系統(tǒng)的C節(jié)點構成群，并隸屬于該自治系統(tǒng)級節(jié)點A。也可以在一個自治系統(tǒng)內構建多個C群。同樣，這樣的構建過程也是邏輯上的，基于網絡和應用需要，我們甚至可以在所有節(jié)點中不論級別選取節(jié)點構成群（通常這樣難以獲得好的效果）。

群內C節(jié)點的關系和與隸屬節(jié)點A的關系同樣可以通過配置得到。在我們的模型中，我們將C2和C3構成隸屬于A1的群，C4、C5和C6構成隸屬于A2的群。

自治系統(tǒng)（ISP）級節(jié)點A：自治系統(tǒng)級節(jié)點A分布與因特網不同自治系統(tǒng)中，節(jié)點A本省也可以是提供內容服務的節(jié)點，同時它也作為自治系統(tǒng)網內某些C節(jié)點構成群的管理中心，本質上它也屬于這個群，只是作為這個群的代表節(jié)點。

CDN中心節(jié)點O：CDN中心節(jié)點作為CDN的控制和數(shù)據(jù)中心，負責統(tǒng)一管理整個CDN覆蓋網。CDN中心可以運行實現(xiàn)全局均衡的重定向服務器、內容分發(fā)驅動設備、集中式的內容分發(fā)管理和網絡管理設備以及對用戶和內容提供商的CDN使用情況進行統(tǒng)計和計費的設備等。在我們的CDN分級覆蓋網模型中，它主要通過分級收集CDN系統(tǒng)信息和分級控制管理方法運行整個CDN網。

在以上節(jié)點定義和組織過程中，我們主要是依據(jù)Internet網絡結構進行的。但是實際上還有很多因素可以影響這些定義和組織方式，我們只是為了簡單起見，未考慮其他因素。在定義和組織節(jié)點過程中，我們的出發(fā)點是盡量利用網絡環(huán)境信息，為在定義組織好的覆蓋網上實現(xiàn)負載均衡和相應路由提供有利條件。

2 分級負載均衡

當前投入使用CDN系統(tǒng)幾乎都是分布式CDN節(jié)點加集中控制和全局負載均衡模式的。不論采用那種具體方法，實現(xiàn)全局均衡都必須獲取全局負載信息和網絡狀態(tài)信息，在CDN系統(tǒng)規(guī)模足夠大的時候，這些信息的獲取、分析和傳輸開銷是不可忽視的。我們從實際應用調查中發(fā)現(xiàn)，實際上，當在一個自治系統(tǒng)內部存在多個CDN內容服務節(jié)點時，該自治系統(tǒng)內用戶的內容請求幾乎不會被重定向到該自治系統(tǒng)以外的CDN內容服務節(jié)點。所以，對于這種場合，實行全局均衡帶來了不必要的開銷。我們完全可以考慮只是在自治系統(tǒng)內部實現(xiàn)負載均衡。這就是提出分級均衡思想的出發(fā)點。

針對不同規(guī)模、不同網絡環(huán)境和不同業(yè)務特點的CDN網，存在不同的最佳均衡策略。本節(jié)以下內容提出了一個在CDN分層覆蓋網結構下的分級均衡策略，它不是一個單一的內容路由算法，而是針對大型CDN網實現(xiàn)有效負載均衡的策略。

3 總結

采用分層結構CDN覆蓋網及分級均衡策略，可以避免傳統(tǒng)的基于DNS全局重定向機制CDN網的主要弊端，可大大加快內容路由過程。當然這也帶來構建分層結構CDN過程的復雜性。國內外對CDN技術的研究和應用正在快速發(fā)展。分層CDN覆蓋網以及在此基礎之上的分級均衡還是一個理論雛形，需要進一步完善理論研究，并通過實際應用案例的驗證和不斷修正發(fā)展。

參考文獻

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