IPTV中的CDN技術的應用探討

常巍

摘要：隨著信息技術的飛速發(fā)展，交互式網(wǎng)絡電視（IPTV）成為當前具有強勁滲透力的新媒體，其用戶數(shù)量在短時間內(nèi)得到了急速增加，由此IPTV在面對良好發(fā)展機遇的同時也面臨著日趨多樣化的用戶需求中，使其遭受著巨大的壓力。該如何有效解決用戶多樣化的需求成為制約其發(fā)展的重要因素，然而內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡（CDN）為IPTV解決這一問題帶來突破口。基于此，本文主要探討CND技術的組成要素、關鍵技術、特點與優(yōu)勢，并簡要分析其在IPTV系統(tǒng)中的實際應用。

關鍵詞：IPTV;CDN技術;緩存服務器;負載均衡;應用

引言

近年來，隨著互聯(lián)網(wǎng)及信息技術的發(fā)展，我國基礎寬帶業(yè)務發(fā)展尤為迅猛，其中寬帶消費核心內(nèi)容是視頻，與此同時交互式網(wǎng)絡電視成為視頻播放的重要載體，據(jù)統(tǒng)計，截至2020年末，我國IPTV用戶數(shù)量已經(jīng)突破了3億人口，用戶滿意度和信任度超過90%。IPTV行業(yè)是如何在短時間內(nèi)提升服務質(zhì)量、滿足用戶多樣化需求的，其中必定離不開CDN技術的應用，CDN技術為IPTV提供了分發(fā)服務、負載均衡以及運營管理等功能，有效促進其服務質(zhì)量和成效的提升，推動了IPTV的進一步發(fā)展[1]。基于此，下面圍繞CDN技術，對其組成要素、關機技術以及特點優(yōu)勢做進一步闡述，并重點分析其在IPTV中的實際應用。

1.CND的組成及關鍵技術分析

CDN，也即內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡，其運行的基本思路是盡可能避開互聯(lián)網(wǎng)上有可能影響數(shù)據(jù)傳輸速度和穩(wěn)定性的障礙，以提高數(shù)據(jù)內(nèi)容傳輸效率。CDN作為一種新型的網(wǎng)絡構建方式，它形成了一個網(wǎng)絡系統(tǒng)支撐平臺，可以為多種應用提供優(yōu)質(zhì)的網(wǎng)絡服務。CDN主要任務是將內(nèi)容由中心服務器傳送到力用戶終端最近的服務器中，依據(jù)就近原則和負載均衡原則選擇盡量接近用戶的邊緣服務器向用戶提供內(nèi)容，可以大大提高響應速度、節(jié)省骨干網(wǎng)資源、將內(nèi)容服務均衡分布到大量邊緣服務器上，避免擁塞的發(fā)生[2]。下面圍繞CDN技術，重點闡述其組成和具有的關鍵技術，以便大家對CDN技術有更全面地了解。

1.1CDN的組成

通常來說，一個完整的CDN主要由六大要素組合而成，包括本地負載均衡、全局負載均衡、帶寬管理、網(wǎng)絡系統(tǒng)安全、CDN管理系統(tǒng)和CDN應用系統(tǒng)，下面就這六大構成要素做進一步分析。

（1）本地負載均衡位于CDN系統(tǒng)的分布點中，主要負責對應用服務器或是內(nèi)容服務器中的負載平衡和業(yè)務服務進行訪問控制，通過監(jiān)測服務器中的流量，實現(xiàn)對服務器性能的優(yōu)化，以此達到優(yōu)化站點流量、提高用戶訪問速度的效果。以上工作的完成主要依托專業(yè)的負載均衡儀器設備，而在一般情況中，該設備也支持CDN全局負載均衡工作的執(zhí)行。

（2）全局負載均衡主要負責在CDN各站點中，通過靜態(tài)或是動態(tài)的形式為用戶匹配出最佳的訪問站點，以此保證用戶訪問的速度，事實上，這也是優(yōu)化CDN性能的關鍵。

（3）CDN帶寬管理是基于CDN中應用系統(tǒng)的多樣性發(fā)展起來的一種能力，能夠?qū)DN中不同的應用系統(tǒng)提供不同的帶寬服務，是CDN作為多應用系統(tǒng)支持平臺的重要體現(xiàn)。

（4）CDN網(wǎng)絡系統(tǒng)安全主要負責CDN應用系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定，防止一些網(wǎng)絡攻擊對CDN正常運行的干擾，尤其防止網(wǎng)絡帶寬占用較大的Nimda、Code Red以及DOS等對系統(tǒng)的攻擊，以此保證后臺應用系統(tǒng)的正常運行。

（5）CDN管理系統(tǒng)負責對內(nèi)容分發(fā)和網(wǎng)絡實施集中式的管理，同時對用戶實際的CDN使用情況進行核算及計費。

（6）CDN應用系統(tǒng)是位于分布點的一組服務器，常見的應用系統(tǒng)有視頻會議、遠程教學以及遠程醫(yī)療等，通過這些應用系統(tǒng)能夠使用戶發(fā)出的請求找到最佳的站點，從而大大提高了服務質(zhì)量[3]。

1.2CDN的關鍵技術

CDN的關鍵技術有靜態(tài)內(nèi)容緩存技術和動態(tài)加速技術。其中靜態(tài)內(nèi)容緩存技術主要是通過反向代理，把用戶訪問的互聯(lián)網(wǎng)靜態(tài)內(nèi)容提前緩存到邊緣節(jié)點中，而當用戶再次發(fā)出請求時，CDN系統(tǒng)會自動就近發(fā)放內(nèi)容，以此有效排除了遠距離傳輸中可能存在的攻擊因素，這在提高網(wǎng)絡運行安全性和穩(wěn)定性的同時，也提高了對用戶請求的響應速率。結合上述的CDN組成要素，其中CDN本地負載均衡和全局負載均衡都是CDN實現(xiàn)靜態(tài)內(nèi)容緩存的關鍵技術載體。CDN動態(tài)加速技術主要包括網(wǎng)絡實時探測、網(wǎng)絡協(xié)議優(yōu)化、數(shù)據(jù)壓縮等內(nèi)容，關鍵在于通過分發(fā)動態(tài)內(nèi)容，完成對互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)容的及時響應。CDN動態(tài)加速技術的應用能夠有效解決帶寬瓶頸、骨干網(wǎng)擁塞、網(wǎng)絡波動等問題，減少這些因素對網(wǎng)站訪問響應速率的影響。簡單來說，CDN動態(tài)加速技術能夠?qū)?shù)據(jù)傳輸路徑進行智能化管理，可以通過“驛站”以最快的速度將數(shù)據(jù)傳輸?shù)侥康牡豙4]。

2.CND技術特點及優(yōu)勢分析

2.1CDN技術的特點

首先，CDN技術能夠通過參照用戶位置和寬帶的實際連接來確保用戶位置和所連接的服務器之間的位置是最短的，從而促進用戶訪問速度的加快。其次，CDN技術還能夠均衡各部分所承受的工作量，發(fā)揮整合網(wǎng)絡資源、調(diào)節(jié)服務內(nèi)容以及提升網(wǎng)絡性能的作用，從而達到嚴格控制網(wǎng)絡的正常運行。最后，CDN技術還具備自動更新和全方位追蹤等功能，這有利于用戶及時了解最新的熱點內(nèi)容。總之，相比于同類技術系統(tǒng)，CDN技術具有較高的容錯率，操作簡便且已完成，極大增加了用戶網(wǎng)絡的安全性和實用性，但是，CDN技術在實際應用中也存在的一定局限性，即第一，當前的CDN技術還停留于只能對靜態(tài)內(nèi)容進行加速;第二，CDN在更新內(nèi)容是需要分發(fā)到其他節(jié)點中;第三，CDN技術的應用成本較高[5]。

2.2CDN技術的應用優(yōu)勢

與傳統(tǒng)網(wǎng)絡技術進行比較分析，CDN技術具有鮮明的應用優(yōu)勢，主要表現(xiàn)在以下幾點：

第一，CDN技術有效破除了傳統(tǒng)網(wǎng)絡技術消耗大且訪問速度慢的問題，促進了網(wǎng)絡性能的提升。傳統(tǒng)網(wǎng)絡技術在分析網(wǎng)絡數(shù)據(jù)信息時需要消耗較大的網(wǎng)絡寬帶，且網(wǎng)絡訪問速度遲緩，用戶發(fā)出請求后需要等待較長的響應時間，然而，在CDN技術的支持下，不僅極大降低了寬帶消耗、提高了訪問速度，還有效促進了網(wǎng)絡性能的增強，使得網(wǎng)站內(nèi)容使用效果提升。

第二，CDN技術實現(xiàn)了對網(wǎng)絡資源的智能化管理。在網(wǎng)絡資源管理方面，CDN技術提高了管理的控制力度和實效性，能夠通過智能分配路由完成對流量管理整個過程的優(yōu)化和完備。

第三，CDN技術能夠支持用戶對權限進行修改。當用戶獲得相應權限時，能夠根據(jù)自身的需求對權限進行修改，而對于那些沒有權限的用戶就無法修改網(wǎng)絡發(fā)送的任何信息，這在一定程度上提高了網(wǎng)絡中信息的安全性，避免惡意篡改信息的情況發(fā)生。

第四，對于信息供應商來說，他們可以在CDN技術運用管理功能的支持下，對用戶動態(tài)發(fā)送信息，同時能夠根據(jù)自己的實際情況對信息進行控制，以此提供信息的利用率和傳輸效率。

3.CDN技術在IPTV中的應用

IPTV在運行過程中對不同用戶需求需要提供不同的服務，為滿足用戶多樣化的需求，以IPTV傳統(tǒng)的服務模式很難做到，因此需要進行全面升級和優(yōu)化。此外，在IPTV系統(tǒng)的運行過程中，系統(tǒng)及客戶終端易受到各種因素的影響，再加上整體的網(wǎng)絡環(huán)境較為復雜，信息在傳輸?shù)倪^程中會經(jīng)常無信號或是傳輸速度受限的問題，并且隨著信息傳輸量的不斷增加，這一問題越發(fā)嚴重，最終導致視頻播放不清晰、不流暢等現(xiàn)象的發(fā)生，如今隨著技術的發(fā)展通過點播服務可以有效解決這一問題，在最大程度上滿足了用戶的不同需求，但是點播服務需要CDN技術的支撐，這樣一來CDN技術就成為了IPTV系統(tǒng)中的關鍵技術。

3.1緩存服務器

緩存服務器分布在網(wǎng)絡系統(tǒng)的不同位置上，并且這些緩存服務器能夠接受用戶發(fā)出的多樣化流媒體請求，有最近位置上的緩存服務器解決用戶的需求，通過連接中心服務器，將用戶需要的內(nèi)容挑選并分發(fā)給他們。如果近距離地緩存服務器無法滿足用戶的需求，則CDN技術會連接上源服務器，并將用戶需求發(fā)送到源服務器上，而后根據(jù)用戶所發(fā)送請求中流媒體內(nèi)容的緩存形式，將相關信息直接反饋到用戶端上，通常此時會有兩種解決方式供用戶選擇，其一，直接銜接用戶終端和源服務器，從而形成信息交互的關系;其二，就是以緩存服務器作為內(nèi)容傳輸?shù)穆窂剑瑢⒃捶掌魃系恼埱笈c用戶終端銜接起來，通過源服務器將用戶需要的信息內(nèi)容發(fā)送出來，最后通過緩存服務器傳送送到用戶終端中。

3.2緩存服務器的放置

緩存服務器與用戶終端間的距離會直接影響流媒體內(nèi)容傳送效果，所以在放置緩存服務器時注意要盡量減少它與用戶終端之間的距離，從而達到提高IPTV系統(tǒng)服務等級的效果。通常可以利用Cready算法和傳輸節(jié)點算法來計算緩存服務器的最佳放置點。但是，值得注意的是，在計算過程中要充分考慮系統(tǒng)網(wǎng)絡的實際工作負載情況，將節(jié)點與最近中心點間的最大距離作為信息內(nèi)容計算的重點，而后通過最大距離確定最小度量數(shù)值。

3.3代理緩存服務器間的協(xié)作

緩存服務器將用戶需要的流媒體內(nèi)容傳送到用戶終端是一項較為復雜的工作，這是因為這一過程不僅需要同時運行多個緩存服務器，而且需要這些緩存服務器進行有效協(xié)作，由此流媒體內(nèi)容才能順利完成傳送，所以，將CDN技術運用于IPTV系統(tǒng)中之前還需要充分考量代理緩存服務器間的協(xié)作能力。具體而言，需要將代理緩存服務器分布于源服務器以及用戶終端周邊，倘若某一代理緩存服務器接收到用戶的請求而無法做出相應回應時，該代服務器就會將用戶請求發(fā)送給上一級緩存服務器，而當上一級服務器以及其他服務器都不能滿足用戶的需求時，源服務器則會接受并處理用戶的請求，以恰當?shù)姆绞綄⒃搩?nèi)容分發(fā)到用戶終端上，通過以上方法大大降低了寬帶消耗。

3.4路由請示系統(tǒng)

CDN技術通過連接路由請求系統(tǒng)和負載均衡系統(tǒng)來共同完成內(nèi)容的路由任務。具體來說，就是在相應的路由表中選出最短的傳送路徑將相關信息分發(fā)到最佳設備中，通過這種方法不僅能夠提高信息傳送速度，降低網(wǎng)絡系統(tǒng)負載量，同時還提高了網(wǎng)絡系統(tǒng)的實際應用效率。

結語

綜上所述，當前，基于CDN技術的強大應用優(yōu)勢，其在IPTV中已經(jīng)得到了廣泛應用，同時也成為推動IPTV長遠發(fā)展不可脫離的一大關鍵技術。內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡通過六大組成要素的有效連接和協(xié)作，形成靜態(tài)內(nèi)容緩存技術和動態(tài)加速技術供IPTV應用，在IPTV系統(tǒng)中，CDN技術通過參與緩存服務器、路由請示系統(tǒng)等部分的相關工作任務，極大優(yōu)化的處理程序，提高了訪問速度，提升了用戶滿意度。CDN技術的出現(xiàn)與應用，促使互聯(lián)網(wǎng)資源得到了最大限度地利用，極大地推動了我國IPTV行業(yè)的發(fā)展。

參考文獻

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