分層結(jié)構(gòu)ＣＤＮ的負(fù)載均衡

1、分層結(jié)構(gòu)的負(fù)載均衡         09-07-20 14:57:00     作者：嚴(yán)文中    編輯：studa20摘 要：根據(jù)內(nèi)容分送網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)狀和發(fā)展要求，針對(duì)大型CDN覆蓋網(wǎng)絡(luò)，提出構(gòu)建覆蓋網(wǎng)的分層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和邏輯組織思想，并在此基礎(chǔ)上提出分級(jí)均衡。 關(guān)鍵詞：內(nèi)容分送網(wǎng)絡(luò)；內(nèi)容路由；負(fù)載均衡；分層覆蓋網(wǎng) 1 構(gòu)建CDN分層覆蓋網(wǎng) CDN通過減少骨干網(wǎng)絡(luò)中冗余數(shù)據(jù)的重復(fù)傳輸，使之最小化，以分布式節(jié)點(diǎn)設(shè)備的增加為代價(jià)，將廣域傳輸轉(zhuǎn)為本

2、地或就近訪問，提高邊緣豐富網(wǎng)絡(luò)資源的利用率來(lái)實(shí)現(xiàn)改善網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容發(fā)布環(huán)境的。充分考慮底層網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的結(jié)構(gòu)和性能是部署CDN設(shè)備節(jié)點(diǎn)的關(guān)鍵。在一個(gè)分層結(jié)構(gòu)的因特網(wǎng)環(huán)境中，大部分基于平面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的覆蓋網(wǎng)都不能很好地運(yùn)用于大型CDN網(wǎng)。借鑒Internet的分層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，針對(duì)大型CDN網(wǎng)，采用分層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是一個(gè)合理的方向。 根據(jù)典型的Internet網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌瑯?gòu)建如圖1所示CDN覆蓋網(wǎng)。圖中包含了節(jié)點(diǎn)分布和組織模型。 普通客戶H：H為局域網(wǎng)節(jié)點(diǎn)L1所在局域網(wǎng)內(nèi)或者離L1最“近”的一個(gè)發(fā)起內(nèi)容請(qǐng)求的用戶。H與內(nèi)容服務(wù)節(jié)點(diǎn)L1的這種關(guān)系綁定是基于H與L1之間的網(wǎng)絡(luò)資源決定的，這種綁定假設(shè)H的服務(wù)請(qǐng)求如果通過L

3、1提供服務(wù)（L1上存在H所請(qǐng)求內(nèi)容的話）將得到最好的服務(wù)質(zhì)量。 經(jīng)過這樣的關(guān)系綁定，客戶H訪問CDN網(wǎng)的所有請(qǐng)求都將經(jīng)過L1。由L1對(duì)H的內(nèi)容請(qǐng)求提供內(nèi)容服務(wù)或發(fā)起內(nèi)容路由。 局域網(wǎng)節(jié)點(diǎn)L：作為分布在最邊緣的CDN服務(wù)節(jié)點(diǎn)L是CDN覆蓋網(wǎng)最基本的服務(wù)節(jié)點(diǎn)，它可以是單個(gè)緩存也可以是由交換機(jī)控制的內(nèi)容服務(wù)器群，它負(fù)責(zé)為重定向到該節(jié)點(diǎn)的內(nèi)容請(qǐng)求提供服務(wù)或者重定向該請(qǐng)求到其他節(jié)點(diǎn)。我們把相鄰的L節(jié)點(diǎn)邏輯組織成一個(gè)群，我們把L1、L2和L3組織成一個(gè)群，同理L4、L5、L6和L7，L8、L9和L10分別組成另外兩個(gè)群。且這三個(gè)群分別隸屬于C4、C3和C5。由節(jié)點(diǎn)L構(gòu)成群也是基于網(wǎng)絡(luò)資源的，一般我們把同屬

4、于一個(gè)域（如地區(qū)網(wǎng)）的節(jié)點(diǎn)組織成一個(gè)群，我們基于這樣的事實(shí)，通常屬于同一個(gè)域內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)連接資源比跨域連接更加豐富。同時(shí)我們劃分群也要考慮群的規(guī)模，如果域內(nèi)存在過多節(jié)點(diǎn)，我們也可以把域內(nèi)節(jié)點(diǎn)組織成多個(gè)群，甚至也可以根據(jù)其他因素把不同域內(nèi)節(jié)點(diǎn)組織成到同一個(gè)群內(nèi)。群的構(gòu)建是邏輯上的。 群內(nèi)L節(jié)點(diǎn)的關(guān)系和與隸屬節(jié)點(diǎn)C的關(guān)系可以通過配置得到，因?yàn)镃DN網(wǎng)絡(luò)提供上部署的節(jié)點(diǎn)相對(duì)還是穩(wěn)定的，添加和刪除節(jié)點(diǎn)或者更新節(jié)點(diǎn)組織只需要簡(jiǎn)單的配置就可以完成。      09-07-20 14:57:00     作者：嚴(yán)文中 &#

5、160;  編輯：studa20地區(qū)級(jí)節(jié)點(diǎn)C：地區(qū)級(jí)節(jié)點(diǎn)C分布與一個(gè)自治系統(tǒng)的不同地區(qū)網(wǎng)中，節(jié)點(diǎn)C本身可以是提供內(nèi)容服務(wù)的節(jié)點(diǎn)，同時(shí)它也作為地區(qū)網(wǎng)內(nèi)某些L節(jié)點(diǎn)構(gòu)成群的管理控制中心，本質(zhì)上它也屬于這個(gè)群，只是作為這個(gè)群的代表節(jié)點(diǎn)，以構(gòu)建更高級(jí)的群。 C節(jié)點(diǎn)依照L節(jié)點(diǎn)構(gòu)建群的原則構(gòu)建更高級(jí)的群，通常我們把屬于同一個(gè)自治系統(tǒng)的C節(jié)點(diǎn)構(gòu)成群，并隸屬于該自治系統(tǒng)級(jí)節(jié)點(diǎn)A。也可以在一個(gè)自治系統(tǒng)內(nèi)構(gòu)建多個(gè)C群。同樣，這樣的構(gòu)建過程也是邏輯上的，基于網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用需要，我們甚至可以在所有節(jié)點(diǎn)中不論級(jí)別選取節(jié)點(diǎn)構(gòu)成群（通常這樣難以獲得好的效果）。 群內(nèi)C節(jié)點(diǎn)的關(guān)系和與隸屬節(jié)點(diǎn)A的關(guān)系同樣可以通過

6、配置得到。在我們的模型中，我們將C2和C3構(gòu)成隸屬于A1的群，C4、C5和C6構(gòu)成隸屬于A2的群。 自治系統(tǒng)（ISP）級(jí)節(jié)點(diǎn)A：自治系統(tǒng)級(jí)節(jié)點(diǎn)A分布與因特網(wǎng)不同自治系統(tǒng)中，節(jié)點(diǎn)A本省也可以是提供內(nèi)容服務(wù)的節(jié)點(diǎn)，同時(shí)它也作為自治系統(tǒng)網(wǎng)內(nèi)某些C節(jié)點(diǎn)構(gòu)成群的管理中心，本質(zhì)上它也屬于這個(gè)群，只是作為這個(gè)群的代表節(jié)點(diǎn)。 CDN中心節(jié)點(diǎn)O：CDN中心節(jié)點(diǎn)作為CDN的控制和數(shù)據(jù)中心，負(fù)責(zé)統(tǒng)一管理整個(gè)CDN覆蓋網(wǎng)。CDN中心可以運(yùn)行實(shí)現(xiàn)全局均衡的重定向服務(wù)器、內(nèi)容分發(fā)驅(qū)動(dòng)設(shè)備、集中式的內(nèi)容分發(fā)管理和網(wǎng)絡(luò)管理設(shè)備以及對(duì)用戶和內(nèi)容提供商的CDN使用情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和計(jì)費(fèi)的設(shè)備等。在我們的CDN分級(jí)覆蓋網(wǎng)模型中，它主要

7、通過分級(jí)收集CDN系統(tǒng)信息和分級(jí)控制管理方法運(yùn)行整個(gè)CDN網(wǎng)。 在以上節(jié)點(diǎn)定義和組織過程中，我們主要是依據(jù)Internet網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行的。但是實(shí)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(jiǎn)單起見，未考慮其他因素。在定義和組織節(jié)點(diǎn)過程中，我們的出發(fā)點(diǎn)是盡量利用網(wǎng)絡(luò)環(huán)境信息，為在定義組織好的覆蓋網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡和相應(yīng)路由提供有利條件。 2 分級(jí)負(fù)載均衡 當(dāng)前投入使用CDN系統(tǒng)幾乎都是分布式CDN節(jié)點(diǎn)加集中控制和全局負(fù)載均衡模式的。不論采用那種具體方法，實(shí)現(xiàn)全局均衡都必須獲取全局負(fù)載信息和網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息，在CDN系統(tǒng)規(guī)模足夠大的時(shí)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(shí)際

8、應(yīng)用調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，實(shí)際上，當(dāng)在一個(gè)自治系統(tǒng)內(nèi)部存在多個(gè)CDN內(nèi)容服務(wù)節(jié)點(diǎn)時(shí)，該自治系統(tǒng)內(nèi)用戶的內(nèi)容請(qǐng)求幾乎不會(huì)被重定向到該自治系統(tǒng)以外的CDN內(nèi)容服務(wù)節(jié)點(diǎn)。所以，對(duì)于這種場(chǎng)合，實(shí)行全局均衡帶來(lái)了不必要的開銷。我們完全可以考慮只是在自治系統(tǒng)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡。這就是提出分級(jí)均衡思想的出發(fā)點(diǎn)。 針對(duì)不同規(guī)模、不同網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和不同業(yè)務(wù)特點(diǎn)的CDN網(wǎng)，存在不同的最佳均衡策略。本節(jié)以下內(nèi)容提出了一個(gè)在CDN分層覆蓋網(wǎng)結(jié)構(gòu)下的分級(jí)均衡策略，它不是一個(gè)單一的內(nèi)容路由算法，而是針對(duì)大型CDN網(wǎng)實(shí)現(xiàn)有效負(fù)載均衡的策略。 3 總結(jié) 采用分層結(jié)構(gòu)CDN覆蓋網(wǎng)及分級(jí)均衡策略，可以避免傳統(tǒng)的基于DNS全局重定向機(jī)制CDN網(wǎng)的

9、主要弊端，可大大加快內(nèi)容路由過程。當(dāng)然這也帶來(lái)構(gòu)建分層結(jié)構(gòu)CDN過程的復(fù)雜性。國(guó)內(nèi)外對(duì)CDN技術(shù)的研究和應(yīng)用正在快速發(fā)展。分層CDN覆蓋網(wǎng)以及在此基礎(chǔ)之上的分級(jí)均衡還是一個(gè)理論雛形，需要進(jìn)一步完善理論研究，并通過實(shí)際應(yīng)用案例的驗(yàn)證和不斷修正發(fā)展。 參考文獻(xiàn) 1URL: . 2005，（6）. 2“CDN技術(shù)白皮書”, 2005,(6). 3方銀旺，趙問道.“CDN內(nèi)容交換技術(shù)研究”J.浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文, 2003，（1）. 4White Paper.“The Ins and Outs of Content Delivery Networks”.Stanford University, 2001. 5D. G