CDN網絡關鍵技術研究及應用

摘 要：CDN（內容分發網絡），Content Delivery Network的簡稱，CDN是新興信息化網絡之一，它是在IP網絡上搭建而來的，它可以有效地為訪問大中型網絡的提速，有效地提高工作效率，強化網站信息和數據的安全，并且能夠節約網站流量和有效控制成本，提高客戶終端的滿意度。對服務器配置文件的管理是CDN的運維的關鍵。

關鍵詞：CDN；負載均衡；內容分發；Squid；配置管理

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A

Research and Application of Key Technology of CDN Network

LI Haoguang

（Guangdong Polytechnic College，Guangzhou 510520，China）

Abstract：Content Delivery Network is one of the emerging information network，it is built on IP network，it can effectively for large and medium-sized network access speed， effectively improve the work efficiency， strengthen the website information and data security，and the ability to save traffic and effectively control costs，improve customer satisfaction of terminal.The management of the server configuration file is the key to the operations of CDN.

Keywords：CDN；load balancing；content distribution；squid；configuration management

1 引言（Introduction）

CDN（內容分發網絡）的出現讓客戶端對網絡的體驗有了明顯的改善，客戶端需要有效提高網站圖像和視頻等數據的下載速度，可以通過CDN所提供的網絡加速功能來實現，圖形圖像在電子商務的網站中占據了相當大的資源，想要提升客戶端訪問網站的速度、加快數據傳輸，那么就要加強對圖形圖像的服務與管理，為他們加速，可行的辦法是把位于源站點的圖形圖像放置于網絡邊緣，這是最接近客戶端的地方，這樣則可以大幅度提高圖像的下載速度了[1]。另一種情況就是視頻較多的網站，我們可采用的辦法是緩存訪問量比較大的視頻資源，這樣既可以提高它的加載速度，又可以讓服務器得到緩解壓力。這樣對網站服務水平的提升有著非常明顯的作用。

因特網的網絡堵塞問題，要通過讓客戶端可以在距離最短的范圍中能夠獲得他所需要的內容來解決。我們可以把網站緩存的內容傳送到離客戶端最近的網絡邊緣，達到提升訪問網站的速度，讓客戶端有一務器宕機的現象則可以通過CDN中的健康監測機制有效地防患。例如某個服務節點出現了故障，但保證客戶端的請求內容能夠被訪問到，則可以通過CDN系統把客戶端的請求安排到其他健康的并且是相對較近距離的節點上。

2 CDN的工作原理與網絡架構的設計（CDN works

with network architecture design）

延誤或等待，是客戶端訪問網站過程中最不愿意的事，要滿足客戶端在最短時間內得到訪問網站，那就要放置好邊緣服務器，從而達到客戶端可以縮短訪問延誤時間和降低服務器傳送資料到客戶終端PC的帶寬，以讓客戶端能夠獲得更佳的體驗效果。如圖1所示的是客戶端訪問CDN系統的網絡邏輯結構圖：

圖1 客戶端訪問CDN系統的邏輯圖

Fig.1 Client access logic diagram CDN system

CDN的工作原理是：（1）客戶端提交域名；（2）瀏覽器對客戶端提交的域名進行解釋；（3）得到目標主機的IP地址；（4）根據IP地址的訪問發送請求；（5）獲得請求的數據并且回顯。

一旦客戶端來到CDN服務的網絡進行訪問時，第用戶首先就是必須使用GSLB（Global Server Load Balance：全局負載均衡）方案重新制定跟客戶端最接近的網絡訪問節點，下一步將由LSLB（Local Server Load Balance：本地負載均衡）方案把客戶端的請求放在Cache設備上面，它是一個負載比較輕的服務設備，倘若沒有命中Cache設備，那Squid服務器就會把必須的資料數據緩存到Cache設備中。

客戶端訪問的基本流程簡述如下[2]：（1）在瀏覽器的地址欄中，直接輸入網址（即我們需要訪問的網站域名）；（2）GSLB子系統解析終端瀏覽器輸入的網址；（3）GSLB子系統把網址解析請求送到終端最近的網絡訪問節點上；（4）結合自身設備的負載運行情況，LSLB子系統將繼續跟蹤最合適的服務設備；（5）把網址的解析請求信息進行處理，若果請求被選擇，則會根據輸入的網址訪問相關的網站；（6）響應訪問相關網站的請求，提供訪問的服務。

底層系統架構是一個龐大的動態應用系統平臺，它重點是針對流量大、高并發網站而建立的。需要保障一個大型網站的平穩運行以及頻繁的應用，就必須有一個安全可靠、并且容易擴展和維護的應用系統平臺作支撐。根據經驗，一般由若干個子系統組成大型的動態應用系統，這些子系統分別是：Web前端系統、負載均衡系統、數據庫集群系統、緩存系統和分布式存儲系統以及代碼分發系統。負載均衡系統接收到由Web前端系統發送而來的有效請求，若果服務器資源能夠正常使用，那么它將進一步分配資源，從而獲得更佳的訪問速度。endprint

3 系統的應用（Application system）

（1）Web前端系統

我們不能以應用來劃分服務器，我們應該是要所有服務器看作是一個統一來使用，從而實現應用領域不同的服務器可以共享、也可以避免單點故障、集中管理、統一配置等目的，每一個服務器均可以對應一個或多個應用提供所需要的服務，我們可以通過增加服務器節點來應對在部分應用的訪問量（PV）提升時，獲得整個的服務。進行流量回避是Web前端系統的重要作用之一，它過濾訪問的請求，把有效訪問轉送至負載均衡系統。

（2）負載均衡系統

負載均衡（又稱為負載分擔），它通過在多個操作單元上平衡和分攤負載任務進行操作。負載均衡是一種技術解決方法，它能夠高度可用性和可伸縮性，它是隨著大型網站或者應用應運而生的。在大型的網站中，一般采用分布式的集群主機作為服務器，客戶端無任何時間地點的隨機分布訪問，會導致服務器資源的閑忙不分，從而容易造成客戶端請求負載重的服務器宕機，大大降低服務效率。

負載均衡系統包括有硬件和軟件兩種。硬件負載均衡價格比較貴，但是它效率高。軟件負載均衡系統的價格相對來說較為低廉，但效率就低于硬件負載均衡系統，相當多的網站都是硬件、軟件負載均衡系統并用的，以達到資源整合優化效果。

以單臺高性能著稱的是硬件負載均衡器，而成本較低、定制靈活方便，其性能與服務器CPU、網卡等硬件直接相關的則是以Haproxy、Lvs為代表的軟件負載均衡。用軟件方法實現負載的典型代表——LVS，它能夠實現Linux下簡單的負載均衡。應用軟件來實現負載均衡可以大大節約成本，但它自身也存在一些缺陷，相對硬件負載均衡設備來說，它的效率要低于硬件負載均衡設備，它的功能也比硬件負載均衡設備簡單，復雜應用的負載能力也是比較差，所包含的的算法也比較少，開啟隧道方式也需要重新編譯內核，配置復雜只支持Linux系統。

（3）緩存系統

為了能夠以較快的速度訪問網站，可以把訪問比較頻繁的Web頁面和對象保存在客戶端最近距離的系統中，這樣在下一次訪問這些對象時就獲得了較快的訪問速度，這樣一來可以明顯降低源服務器的壓力，二來也可以拒絕一部分來自網絡的惡意侵入。

Web緩存我們一般可分為兩類：一個是本地緩存，另一個則是代理緩存。本地緩存復制只是在客戶端在同一臺PC上頻繁地訪問頁面時有效[3]。代理緩存是代理服務器為同一單位的多個客戶端或客戶PC緩存Web對象的單獨機器。它們是在客戶端和Web服務器之間的PC中，它們的工作效率遠遠高于本地緩存，原因在于企業本地網絡中的任何客戶端或PC訪任意Web頁面時，緩存復制對象訪問該對象的任何其他客戶端/計算機都是可用的，無需到因特網服務器上再次下載它。緩存原理，如圖2所示。

圖2 緩存處理原理圖

Fig.2 Schematic caching

緩存的原理如下：當代理緩存接收到客戶端的請求后，它第一步就是檢查請求的內容有沒有已被緩存。假如客戶端的請求內容已被緩存，這種緩存有兩種可能性：a.當緩存中保存的內容已經超過了之前設置的更新期限，如果源站點內容已被更新了，那么必須更新緩存中的內容，如果源站點內容沒有被更新過，那么返回“未修改”的相關信息，同時更新未修改內容的時間；b.如果緩存的內容與原網站的內容保持同步，即內容是最新的，這種稱為緩存命中，這時緩存將會即刻把已保存的內容發送至客戶端。

（4）業務服務系統

主要處理由代理轉送來的業務處理請求就是業務服務系統，一般使用處理業務能力較強的Apache和Nginx來做業務處理服務器。

穩定性強、比較豐富的功能集和低系統資源的消耗等都是Nginx的特征。Nginx它是一個性能較高的HTTP和反向代理服務器。目前Nginx技術在我國越來越受到歡迎，越來越多的網站開始部署和應用Nginx。

（5）數據庫集群系統

一個大型的網絡系統存放著非常多的數據，因此，建立一個良好的、高效的、穩定的數據庫存儲系統有著非常重要的意義。基于CDN系統的特征和穩定性考慮，應用數據庫集群系統就能建立一個可靠、可提供大規模并發處理的數據庫體系。數據庫集群系統結構，如圖3所示。

圖3 數據庫集群系統原理

Fig.3 Database cluster system principles

4 結論（Conclusion）

CDN系統是日后大型網站發展的新趨勢，CDN網絡體系的重要組成部分之一的CDN網絡體系負載均衡，它對提高站點的訪問速度產生著非常重要的作用。CDN負載均衡技術體系包含全局負載均衡和本地集群負載均衡，通過全局和本地兩種負載均衡從而達到優化服務器資源配置，提高網站服務能力的目的。

參考文獻（References）

[1] 葛秀慧，等.隱寫術的研究與應用[J].計算機應用與軟件，2007

（11）：57-60.

[2] 李曦炎.隱寫術與數字水印研究[J].甘肅科技，2005（8）：80-81；

97.

[3] 宋曉麟，李才明，張銳.信息隱藏的重要分支-數字水印和隱

寫術[J].內蒙古石油化工，2006（11）：33-35.

作者簡介：

李浩光（1981-），男，碩士，講師.研究領域：計算機應用，電

子商務，軟件工程，網絡安全.endprint

3 系統的應用（Application system）

（1）Web前端系統

我們不能以應用來劃分服務器，我們應該是要所有服務器看作是一個統一來使用，從而實現應用領域不同的服務器可以共享、也可以避免單點故障、集中管理、統一配置等目的，每一個服務器均可以對應一個或多個應用提供所需要的服務，我們可以通過增加服務器節點來應對在部分應用的訪問量（PV）提升時，獲得整個的服務。進行流量回避是Web前端系統的重要作用之一，它過濾訪問的請求，把有效訪問轉送至負載均衡系統。

（2）負載均衡系統

負載均衡（又稱為負載分擔），它通過在多個操作單元上平衡和分攤負載任務進行操作。負載均衡是一種技術解決方法，它能夠高度可用性和可伸縮性，它是隨著大型網站或者應用應運而生的。在大型的網站中，一般采用分布式的集群主機作為服務器，客戶端無任何時間地點的隨機分布訪問，會導致服務器資源的閑忙不分，從而容易造成客戶端請求負載重的服務器宕機，大大降低服務效率。

負載均衡系統包括有硬件和軟件兩種。硬件負載均衡價格比較貴，但是它效率高。軟件負載均衡系統的價格相對來說較為低廉，但效率就低于硬件負載均衡系統，相當多的網站都是硬件、軟件負載均衡系統并用的，以達到資源整合優化效果。

以單臺高性能著稱的是硬件負載均衡器，而成本較低、定制靈活方便，其性能與服務器CPU、網卡等硬件直接相關的則是以Haproxy、Lvs為代表的軟件負載均衡。用軟件方法實現負載的典型代表——LVS，它能夠實現Linux下簡單的負載均衡。應用軟件來實現負載均衡可以大大節約成本，但它自身也存在一些缺陷，相對硬件負載均衡設備來說，它的效率要低于硬件負載均衡設備，它的功能也比硬件負載均衡設備簡單，復雜應用的負載能力也是比較差，所包含的的算法也比較少，開啟隧道方式也需要重新編譯內核，配置復雜只支持Linux系統。

（3）緩存系統

為了能夠以較快的速度訪問網站，可以把訪問比較頻繁的Web頁面和對象保存在客戶端最近距離的系統中，這樣在下一次訪問這些對象時就獲得了較快的訪問速度，這樣一來可以明顯降低源服務器的壓力，二來也可以拒絕一部分來自網絡的惡意侵入。

Web緩存我們一般可分為兩類：一個是本地緩存，另一個則是代理緩存。本地緩存復制只是在客戶端在同一臺PC上頻繁地訪問頁面時有效[3]。代理緩存是代理服務器為同一單位的多個客戶端或客戶PC緩存Web對象的單獨機器。它們是在客戶端和Web服務器之間的PC中，它們的工作效率遠遠高于本地緩存，原因在于企業本地網絡中的任何客戶端或PC訪任意Web頁面時，緩存復制對象訪問該對象的任何其他客戶端/計算機都是可用的，無需到因特網服務器上再次下載它。緩存原理，如圖2所示。

圖2 緩存處理原理圖

Fig.2 Schematic caching

緩存的原理如下：當代理緩存接收到客戶端的請求后，它第一步就是檢查請求的內容有沒有已被緩存。假如客戶端的請求內容已被緩存，這種緩存有兩種可能性：a.當緩存中保存的內容已經超過了之前設置的更新期限，如果源站點內容已被更新了，那么必須更新緩存中的內容，如果源站點內容沒有被更新過，那么返回“未修改”的相關信息，同時更新未修改內容的時間；b.如果緩存的內容與原網站的內容保持同步，即內容是最新的，這種稱為緩存命中，這時緩存將會即刻把已保存的內容發送至客戶端。

（4）業務服務系統

主要處理由代理轉送來的業務處理請求就是業務服務系統，一般使用處理業務能力較強的Apache和Nginx來做業務處理服務器。

穩定性強、比較豐富的功能集和低系統資源的消耗等都是Nginx的特征。Nginx它是一個性能較高的HTTP和反向代理服務器。目前Nginx技術在我國越來越受到歡迎，越來越多的網站開始部署和應用Nginx。

（5）數據庫集群系統

一個大型的網絡系統存放著非常多的數據，因此，建立一個良好的、高效的、穩定的數據庫存儲系統有著非常重要的意義。基于CDN系統的特征和穩定性考慮，應用數據庫集群系統就能建立一個可靠、可提供大規模并發處理的數據庫體系。數據庫集群系統結構，如圖3所示。

圖3 數據庫集群系統原理

Fig.3 Database cluster system principles

4 結論（Conclusion）

CDN系統是日后大型網站發展的新趨勢，CDN網絡體系的重要組成部分之一的CDN網絡體系負載均衡，它對提高站點的訪問速度產生著非常重要的作用。CDN負載均衡技術體系包含全局負載均衡和本地集群負載均衡，通過全局和本地兩種負載均衡從而達到優化服務器資源配置，提高網站服務能力的目的。

參考文獻（References）

[1] 葛秀慧，等.隱寫術的研究與應用[J].計算機應用與軟件，2007

（11）：57-60.

[2] 李曦炎.隱寫術與數字水印研究[J].甘肅科技，2005（8）：80-81；

97.

[3] 宋曉麟，李才明，張銳.信息隱藏的重要分支-數字水印和隱

寫術[J].內蒙古石油化工，2006（11）：33-35.

作者簡介：

李浩光（1981-），男，碩士，講師.研究領域：計算機應用，電

子商務，軟件工程，網絡安全.endprint

3 系統的應用（Application system）

（1）Web前端系統

我們不能以應用來劃分服務器，我們應該是要所有服務器看作是一個統一來使用，從而實現應用領域不同的服務器可以共享、也可以避免單點故障、集中管理、統一配置等目的，每一個服務器均可以對應一個或多個應用提供所需要的服務，我們可以通過增加服務器節點來應對在部分應用的訪問量（PV）提升時，獲得整個的服務。進行流量回避是Web前端系統的重要作用之一，它過濾訪問的請求，把有效訪問轉送至負載均衡系統。

（2）負載均衡系統

負載均衡（又稱為負載分擔），它通過在多個操作單元上平衡和分攤負載任務進行操作。負載均衡是一種技術解決方法，它能夠高度可用性和可伸縮性，它是隨著大型網站或者應用應運而生的。在大型的網站中，一般采用分布式的集群主機作為服務器，客戶端無任何時間地點的隨機分布訪問，會導致服務器資源的閑忙不分，從而容易造成客戶端請求負載重的服務器宕機，大大降低服務效率。

負載均衡系統包括有硬件和軟件兩種。硬件負載均衡價格比較貴，但是它效率高。軟件負載均衡系統的價格相對來說較為低廉，但效率就低于硬件負載均衡系統，相當多的網站都是硬件、軟件負載均衡系統并用的，以達到資源整合優化效果。

以單臺高性能著稱的是硬件負載均衡器，而成本較低、定制靈活方便，其性能與服務器CPU、網卡等硬件直接相關的則是以Haproxy、Lvs為代表的軟件負載均衡。用軟件方法實現負載的典型代表——LVS，它能夠實現Linux下簡單的負載均衡。應用軟件來實現負載均衡可以大大節約成本，但它自身也存在一些缺陷，相對硬件負載均衡設備來說，它的效率要低于硬件負載均衡設備，它的功能也比硬件負載均衡設備簡單，復雜應用的負載能力也是比較差，所包含的的算法也比較少，開啟隧道方式也需要重新編譯內核，配置復雜只支持Linux系統。

（3）緩存系統

為了能夠以較快的速度訪問網站，可以把訪問比較頻繁的Web頁面和對象保存在客戶端最近距離的系統中，這樣在下一次訪問這些對象時就獲得了較快的訪問速度，這樣一來可以明顯降低源服務器的壓力，二來也可以拒絕一部分來自網絡的惡意侵入。

Web緩存我們一般可分為兩類：一個是本地緩存，另一個則是代理緩存。本地緩存復制只是在客戶端在同一臺PC上頻繁地訪問頁面時有效[3]。代理緩存是代理服務器為同一單位的多個客戶端或客戶PC緩存Web對象的單獨機器。它們是在客戶端和Web服務器之間的PC中，它們的工作效率遠遠高于本地緩存，原因在于企業本地網絡中的任何客戶端或PC訪任意Web頁面時，緩存復制對象訪問該對象的任何其他客戶端/計算機都是可用的，無需到因特網服務器上再次下載它。緩存原理，如圖2所示。

圖2 緩存處理原理圖

Fig.2 Schematic caching

緩存的原理如下：當代理緩存接收到客戶端的請求后，它第一步就是檢查請求的內容有沒有已被緩存。假如客戶端的請求內容已被緩存，這種緩存有兩種可能性：a.當緩存中保存的內容已經超過了之前設置的更新期限，如果源站點內容已被更新了，那么必須更新緩存中的內容，如果源站點內容沒有被更新過，那么返回“未修改”的相關信息，同時更新未修改內容的時間；b.如果緩存的內容與原網站的內容保持同步，即內容是最新的，這種稱為緩存命中，這時緩存將會即刻把已保存的內容發送至客戶端。

（4）業務服務系統

主要處理由代理轉送來的業務處理請求就是業務服務系統，一般使用處理業務能力較強的Apache和Nginx來做業務處理服務器。

穩定性強、比較豐富的功能集和低系統資源的消耗等都是Nginx的特征。Nginx它是一個性能較高的HTTP和反向代理服務器。目前Nginx技術在我國越來越受到歡迎，越來越多的網站開始部署和應用Nginx。

（5）數據庫集群系統

一個大型的網絡系統存放著非常多的數據，因此，建立一個良好的、高效的、穩定的數據庫存儲系統有著非常重要的意義。基于CDN系統的特征和穩定性考慮，應用數據庫集群系統就能建立一個可靠、可提供大規模并發處理的數據庫體系。數據庫集群系統結構，如圖3所示。

圖3 數據庫集群系統原理

Fig.3 Database cluster system principles

4 結論（Conclusion）

CDN系統是日后大型網站發展的新趨勢，CDN網絡體系的重要組成部分之一的CDN網絡體系負載均衡，它對提高站點的訪問速度產生著非常重要的作用。CDN負載均衡技術體系包含全局負載均衡和本地集群負載均衡，通過全局和本地兩種負載均衡從而達到優化服務器資源配置，提高網站服務能力的目的。

參考文獻（References）

[1] 葛秀慧，等.隱寫術的研究與應用[J].計算機應用與軟件，2007

（11）：57-60.

[2] 李曦炎.隱寫術與數字水印研究[J].甘肅科技，2005（8）：80-81；

97.

[3] 宋曉麟，李才明，張銳.信息隱藏的重要分支-數字水印和隱

寫術[J].內蒙古石油化工，2006（11）：33-35.

作者簡介：

李浩光（1981-），男，碩士，講師.研究領域：計算機應用，電

子商務，軟件工程，網絡安全.endprint