陳達忠 楊煉

隨著三網(wǎng)融合進程加速，我國電信、廣電服務提供商正全力投入高帶寬網(wǎng)絡建設，但產(chǎn)業(yè)人士提出：如果只是增加帶寬而不對流量加以疏導，不僅會造成網(wǎng)絡資源浪費，還會因網(wǎng)絡擁堵而大大降低業(yè)務質(zhì)量，而內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡CDN技術的應用，正是解決該問題的關鍵。

隨著三網(wǎng)融合時代漸行漸近，視頻作為電信、廣電服務商的主流業(yè)務將得到大規(guī)模推廣，這無疑將為業(yè)務承載網(wǎng)絡帶來壓力，而高清網(wǎng)絡電視的推廣則更將對現(xiàn)有承載網(wǎng)絡提出巨大挑戰(zhàn)。眾所周知，視頻業(yè)務的占空比為1，未來以視頻為主的內(nèi)容將給骨干承載網(wǎng)絡以百倍的擴容壓力。而骨干承載網(wǎng)擴展能力的發(fā)展速度遠低于接入網(wǎng)的發(fā)展速度。

內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡CDN（Content Distribution Network）是一種提高網(wǎng)絡內(nèi)容、特別是提高流媒體內(nèi)容傳輸服務質(zhì)量、節(jié)省骨干網(wǎng)絡帶寬的技術，其采用高速緩存、負載均衡和內(nèi)容重定向等技術，在一定的網(wǎng)絡架構基礎上實現(xiàn)內(nèi)容加速、內(nèi)容分發(fā)、減少網(wǎng)絡帶寬和用戶響應時間。CDN內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡的關鍵技術包括內(nèi)容分發(fā)、內(nèi)容路由、內(nèi)容存儲和內(nèi)容管理等。

CDN網(wǎng)絡總體架構

典型的CDN網(wǎng)絡通常由三個部分構成：內(nèi)容管理平臺、內(nèi)容路由系統(tǒng)、Cache節(jié)點網(wǎng)絡。

其中，內(nèi)容管理平臺主要負責整個CDN系統(tǒng)的管理，特別是內(nèi)容管理，如內(nèi)容的注入和發(fā)布、內(nèi)容的分發(fā)、內(nèi)容的審核、內(nèi)容的服務等。內(nèi)容路由系統(tǒng)負責將用戶的請求調(diào)度到適當?shù)脑O備上，內(nèi)容路由通常通過負載均衡系統(tǒng)來實現(xiàn)。Cache節(jié)點網(wǎng)絡是CDN的業(yè)務提供點，是面向最終用戶的內(nèi)容提供設備。

從功能平面的角度，這三個部分分別構成了CDN的管理平面、控制平面和數(shù)據(jù)業(yè)務平面。從完整的CDN內(nèi)容提供的角度，CDN還應包括內(nèi)容源（媒體資源庫、直撥源等）和用戶終端（媒體播放器）。從CDN運營的角度，CDN還應考慮SP接口和管理、用戶認證、授權和計費AAA、內(nèi)容版權管理DRM等相關功能。

CDN網(wǎng)絡分層模型。CDN網(wǎng)絡從系統(tǒng)功能上可以分為四層：管理支撐層、內(nèi)容控制層、內(nèi)容分發(fā)層和用戶接入層。

CDN系統(tǒng)層次結(jié)構

管理支撐層作為整個CDN系統(tǒng)的管理平面，承擔平臺的管理支撐功能，包括系統(tǒng)的認證、計費、統(tǒng)計分析、系統(tǒng)管理、用戶管理、SP管理、內(nèi)容策略管理、DRM管理，以及和其他系統(tǒng)之間的接口適配功能（如運營商現(xiàn)有運營支撐系統(tǒng)的接口等）。其中，內(nèi)容管理、DRM、接口適配是CDN的業(yè)務管理功能模塊，其它模塊是運營支撐功能模塊，可納入運營商現(xiàn)有綜合運營支撐系統(tǒng)。

內(nèi)容控制層是系統(tǒng)的控制平面，從管理平面的角度看，它是運營支撐系統(tǒng)內(nèi)容管理的策略執(zhí)行點，從內(nèi)容分發(fā)的角度看，它是整個內(nèi)容分發(fā)系統(tǒng)內(nèi)容數(shù)據(jù)流向的控制點。內(nèi)容控制層包括內(nèi)容路由、內(nèi)容發(fā)布、內(nèi)容注入、內(nèi)容分發(fā)和內(nèi)容服務的控制。

內(nèi)容分發(fā)層是系統(tǒng)的數(shù)據(jù)平面，主要承擔實際的內(nèi)容數(shù)據(jù)流的承載工作。主要包括媒體資源庫、直播源、CDN骨干點和CDN POP點。其中CDN POP點主要有本地負載均衡設備SLB和Cache構成。CDN POP點直接面向用戶提供內(nèi)容服務。CDN骨干點不直接面向用戶服務，而主要提供未命中的處理和內(nèi)容分發(fā)，通過CDN骨干點的連接，所有的CDN POP可以構成一個CDN服務和分發(fā)樹。內(nèi)容的分發(fā)從骨干（根）逐級到各個CDN POP點，內(nèi)容的服務（在未命中時）從POP點向上到骨干點。

用戶接入層主要指用戶終端設備。

CDN網(wǎng)絡功能模型。CDN網(wǎng)絡主要包含幾個方面的元素：CDN節(jié)點網(wǎng)絡，CDN負載均衡系統(tǒng)，CDN媒體資源庫，CDN管理支撐系統(tǒng)。

媒體資源庫包括媒體制作、內(nèi)容存儲和內(nèi)容發(fā)布；節(jié)點網(wǎng)絡包含CDN的骨干節(jié)點和CDN POP節(jié)點；負載均衡系統(tǒng)包括全局負載均衡和本地負載均衡；管理支撐系統(tǒng)包括內(nèi)容管理、DRM、AAA、系統(tǒng)管理、網(wǎng)絡管理、接口適配等功能。整個CDN系統(tǒng)需要和SP/CP、現(xiàn)有綜合運營支撐系統(tǒng)接口。

CDN網(wǎng)絡總體部署架構。對于服務全國的CDN網(wǎng)絡運營商， CDN網(wǎng)絡可由全國核心節(jié)點、省骨干節(jié)點和邊緣節(jié)點構成。

CDN系統(tǒng)節(jié)點構成

節(jié)點指CDN物理節(jié)點（在組網(wǎng)層面上）。邏輯上一個完整的節(jié)點包括多個CDN功能實體，主要包含兩個部分：CDN節(jié)點網(wǎng)絡（分發(fā)平面）和CDN管理支撐系統(tǒng)（管理和控制平面）。其中，CDN節(jié)點網(wǎng)絡由媒體資源庫、CDN骨干點和CDN POP點構成； CDN管理支撐系統(tǒng)由管理支撐平臺和負載均衡系統(tǒng)構成。

從全國CDN的角度，節(jié)點分為三類：全國核心節(jié)點、省骨干節(jié)點（位于各省省會）、地市邊緣節(jié)點。根據(jù)組網(wǎng)方式不同，各類節(jié)點的數(shù)量、分布、節(jié)點之間的關系也有所不同。

對于管理支撐系統(tǒng)而言，它主要承擔管理平面和控制平面的工作。其中，管理支撐系統(tǒng)復雜業(yè)務的開展和運營，以及系統(tǒng)的管理；負載均衡系統(tǒng)負責整個CDN的內(nèi)容路由。

對于節(jié)點網(wǎng)絡而言，它主要承擔數(shù)據(jù)（媒體）流的轉(zhuǎn)發(fā)工作，由媒體資源庫、CDN骨干點、CDN POP點構成，它們的功能有明確的區(qū)分。

CDN骨干點：位于CDN網(wǎng)絡核心，主要承擔如下的功能：內(nèi)容逐級分發(fā)、未命中處理功能（針對POP點）、服務備份（針對POP點）和反向Cache（針對媒體資源庫）。在設計上，CDN骨干點要求支持逐級分發(fā)的能力、邊緩存邊播放的能力、部分緩存的能力，要求具有安全性、穩(wěn)定性和可靠性。

CDN POP點：主要承擔用戶訪問服務功能，要求能夠支持大規(guī)模的用戶訪問，滿足靈活的業(yè)務需求，足夠的網(wǎng)絡覆蓋以提高CDN內(nèi)容服務性能。CDN POP主要包括SLB設備和多臺Cache設備，具有針對本地設備和內(nèi)容的管理和監(jiān)測功能。

媒體資源庫充當內(nèi)容的存儲功能和內(nèi)容源的功能，媒體資源庫通過海量網(wǎng)絡存儲支持大規(guī)模的內(nèi)容存儲。在設計上，全國的媒體資源庫存放全國SP內(nèi)容（以及全國自營內(nèi)容），省媒體資源庫存放省SP內(nèi)容（以及省、地市本地自營內(nèi)容）。媒體資源庫作為內(nèi)容源還需要具有內(nèi)容發(fā)布功能（Web server）和媒體流輸出功能（media/real server）。

CDN網(wǎng)絡演進方案

傳統(tǒng)的CDN技術仍然是一種客戶機-服務器（C/S）的計算模式。盡管傳統(tǒng)CDN將服務能力和服務內(nèi)容在網(wǎng)絡上進行了分布，可以在一定程度上加速流媒體內(nèi)容的分發(fā)，提高服務質(zhì)量。但由于其核心仍然是基于C/S的架構，其服務的擴展能力取決于分布節(jié)點的不斷部署，由此造成了CDN服務能力擴展的成本非常高，需要不斷的投資。同時，用戶訪問是具有隨意性，突發(fā)性等特點的，而傳統(tǒng)CDN系統(tǒng)不具備彈性動態(tài)擴展的能力，難以從根本上提升CDN系統(tǒng)的效率。伴隨著Web 2.0的興起，傳統(tǒng)系統(tǒng)架構中Server-Client模式受到挑戰(zhàn)，各種Client不在僅僅作為接受Server服務的被動者，而是成為網(wǎng)絡服務的積極提供者，網(wǎng)絡各節(jié)點對等化將成為Web 2.0時代下技術發(fā)展的主流方向之一。下一代的CDN不但要求做到把內(nèi)容復制到網(wǎng)絡的最邊緣，使內(nèi)容請求點和響應點間的距離縮至最小，還需要對用戶請求的內(nèi)容進行分析，智能地調(diào)度和分配資源，最好地利用資源。

為滿足流媒體等大容量內(nèi)容的高效分發(fā)，在Web 2.0時代，傳統(tǒng)的CDN網(wǎng)絡結(jié)構模型存在以下問題：

在傳統(tǒng)的CDN網(wǎng)絡中，邊緣節(jié)點從內(nèi)容存儲中心通過Push或Pull方式獲取內(nèi)容，內(nèi)容存儲中心與邊緣節(jié)點之間的關系是不對稱的。在Web 2.0理念中，邊緣節(jié)點向原有內(nèi)容存儲中心和其他邊緣節(jié)點的內(nèi)容流動的可能也是存在的，CDN作為積極參與網(wǎng)絡服務的提供者，邊緣節(jié)點如何參與到整個網(wǎng)絡服務的結(jié)構中去。隨著用戶規(guī)模的迅速增長，不斷增加部署的邊緣節(jié)點的數(shù)量和服務能力，即網(wǎng)絡擴容，對運營商來講，其成本往往是高昂的，效率是低下的。

作為運營商時，在Web 2.0時代下，特別是P2P（Peer to Peer）的出現(xiàn)，通過簡單的P2P網(wǎng)絡，以很低的成本就會實現(xiàn)用戶規(guī)模越大，網(wǎng)絡效率越高的效果，當然如果僅僅以純粹的P2P網(wǎng)絡來提供服務，由于每個參與P2P網(wǎng)絡的peer可以直接從其他peer上獲取數(shù)據(jù)，無法做到身份有效認證，用戶和資源等不可能有效管控，從而對P2P網(wǎng)絡的電信運營商帶來不利影響。大規(guī)模的P2P用戶也必然加大對骨干網(wǎng)絡流量對沖，由于電信網(wǎng)絡不同于互聯(lián)網(wǎng)，其QoS是需要得到保證的，P2P網(wǎng)絡中的各peer之間的頻繁數(shù)據(jù)交換，將大大消耗骨干網(wǎng)的數(shù)據(jù)流量，影響電信其他業(yè)務運營。因此P2P網(wǎng)絡的QoS也是無法得到保證的。

隨著網(wǎng)絡技術的發(fā)展，現(xiàn)有的各種網(wǎng)絡，如數(shù)據(jù)網(wǎng)、電信網(wǎng)、移動網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)都將融入下一代網(wǎng)絡NGN。屆時，網(wǎng)絡上的應用將更加豐富，只有將用戶需要訪問的內(nèi)容盡可能分布到離用戶最近的地方才能有效地提高網(wǎng)絡的利用率，為用戶提供更高品質(zhì)的服務，這些都為CDN提供了無限的發(fā)展空間?？梢灶A見，CDN技術將隨著網(wǎng)絡技術的發(fā)展而不斷前進，并成為Internet及未來NGN網(wǎng)絡中不可分割的一部分。CDN 和P2P模式的融合是媒體分發(fā)技術發(fā)展的重要趨勢

CDN和P2P是當前互聯(lián)網(wǎng)上實現(xiàn)內(nèi)容分發(fā)傳遞的兩種主流技術，CDN高成本和高復雜性制約了其規(guī)模擴展的能力，P2P則在網(wǎng)絡的友好型、可靠性和可管理性上有較大問題。

CDN和P2P各有所長，技術上基本可以互補，如果將兩種技術融合起來，構建統(tǒng)一的內(nèi)容承載平臺，將會有可能實現(xiàn)大規(guī)模流媒體直播、大型文件下載、高清視頻等高帶寬占有率業(yè)務的進一步普及。通過P2P擴展CDN的容量，CDN可以克服P2P動態(tài)性、引導P2P內(nèi)容分發(fā)實現(xiàn)對ISP和主干網(wǎng)的友好性，形成一種更加完善的內(nèi)容分發(fā)應用模式。因此CDN 和P2P內(nèi)容分發(fā)應用模式的融合是媒體分發(fā)技術發(fā)展的重要趨勢。

CDN內(nèi)容分發(fā)融合模式

基于CDN網(wǎng)絡和P2P融合的不同，可將內(nèi)容分發(fā)的融合模式分為邊緣融合模式、中心融合模式，以及同時具有邊緣和中心融合特征的混合模式。

邊緣融合模式。將整個網(wǎng)絡化分為兩個大層次：“中心層”集中管理整個網(wǎng)絡的資源和內(nèi)容；“邊緣層”負責就近的，并為用戶提供服務。用戶所訪問的內(nèi)容都存放在內(nèi)容中心，但是為了保證效率，用戶一般不直接訪問內(nèi)容中心，而是訪問被推送到不同邊緣節(jié)點的內(nèi)容。從以上功能定位來看，影響用戶規(guī)模增長的因素包括邊緣節(jié)點的數(shù)量和服務能力。

在邊緣融合模型中，將邊緣節(jié)點對等節(jié)點化，這樣邊緣節(jié)點管轄自身范圍內(nèi)組成了一個獨立的P2P自治域網(wǎng)絡，其網(wǎng)絡效能可以大大提升。該模式中的網(wǎng)絡分發(fā)和控制通過下述方式實現(xiàn)：中心層負責控制邊緣節(jié)點以上層次的資源和內(nèi)容，其嚴格遵守Server-Client模式，邊緣節(jié)點受中心控制；邊緣節(jié)點內(nèi)組成的P2P自治域，其資源和內(nèi)容在邊緣節(jié)點是充分共享的。同樣地，在邊緣自治域范圍內(nèi)，也會存在一個實在和虛擬的Control Center，負責各Peer的資源與內(nèi)容的智能管理。

此模式將CDN的管理機制和服務能力引入P2P網(wǎng)絡，形成以CDN為可靠內(nèi)容核心、以P2P為服務邊緣的結(jié)構，由于所有的內(nèi)容請求都集中到了一個或少數(shù)幾個核心點，這就很容易對用戶的行為進行監(jiān)視和管理，也很容易對該網(wǎng)絡中的內(nèi)容進行控制，具有很好的查詢效率。該結(jié)構目前主要應用于IPTV內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡中。由于引入了P2P技術，相比Server-Client模式的網(wǎng)絡電視系統(tǒng)，極大的節(jié)省了帶寬開銷。這種結(jié)構提高了內(nèi)容的可控性，增強了P2P的穩(wěn)定性，然而這種P2P與CDN的混合只是利用了其各自的外部特性，從本質(zhì)上而言，P2P自身沒有改造，CDN也沒有優(yōu)化，自身架構沒有發(fā)生融合，只相當于把兩種技術的服務方式做了疊加，并沒有有效地實現(xiàn)兩種技術的優(yōu)劣互補。

中心融合模式。在傳統(tǒng)CDN中，從中心到邊緣服務器之間的數(shù)據(jù)鏈路需要相當大的投資，同時資源的效率不高、帶寬復用率低；另外在跨ISP等情況下，鏈路的暢通也難以得到保障。針對這一問題，可以以P2P技術對CDN網(wǎng)絡進行優(yōu)化、改造。在中心融合模式中，對業(yè)務網(wǎng)絡劃分了同樣的結(jié)構層次，不過P2P方式不是采用在邊緣節(jié)點內(nèi)部，而是邊緣節(jié)點之間，每個邊緣節(jié)點類似P2P網(wǎng)絡中的一個Peer，也就是說邊緣節(jié)點可以不必從中心獲取內(nèi)容服務，邊緣節(jié)點之間可以相互提供內(nèi)容服務，利用P2P的目錄服務和多點傳輸能力，實現(xiàn)CDN節(jié)點設備之間的內(nèi)容交換、互相備份，大大減輕了對中心層的壓力，增強從中心到邊緣節(jié)點的CDN網(wǎng)絡的內(nèi)容傳送效率、使系統(tǒng)冗余性得以提高，從而提升CDN的內(nèi)容分發(fā)能力。；而且邊緣節(jié)點的內(nèi)容也可以被聚合到了中心層，并可為其他邊緣節(jié)點分享。

與P2P網(wǎng)絡不同的是，雖然邊緣節(jié)點可以自由的交換內(nèi)容，但其仍然受核心節(jié)點控制。該模型的網(wǎng)絡智能提高下述方式實現(xiàn)：每個邊緣節(jié)點聚合的內(nèi)容，都通過中心注冊方式，實現(xiàn)內(nèi)容中心總控制；邊緣節(jié)點的資源能力由核心節(jié)點總控制。

這種模式減輕了內(nèi)容分發(fā)時對中心服務器造成的壓力。其P2P節(jié)點是服務器，即Server to Server。邊緣服務器之間距離較遠且網(wǎng)絡環(huán)境相差較大，服務器間傳輸會有一定的瓶頸限制。

混合模式。以邊緣融合模式和中心融合模式為基礎，可以衍生出很多更加復雜的CDN與P2P的融合模式，比如多個邊緣節(jié)點參與同個P2P自治域，同時各個邊緣節(jié)點之間，組成一個較高層次的P2P自治域，這樣整個網(wǎng)絡的放大效能可以提升很多。而且內(nèi)容之間的流動可以更加自由和多樣化。

綜上提及的CDN與P2P融合模式，并不只是簡單的把兩種技術疊加，而是一方面從CDN網(wǎng)絡中心到邊緣層采用P2P技術進行優(yōu)化，用P2P技術重新組織原有C/S架構的各服務節(jié)點，另外在P2P網(wǎng)絡中也融入CDN技術的一些優(yōu)點，使其在可控、可管理性上得以提高。

在兩種技術充分融合、滲透、改造之后，將兩者統(tǒng)一，形成一個真正優(yōu)化的（上層CDN經(jīng)過P2P化改造，提升了分發(fā)能力，下層P2P可控性強，有管理能力）的CDN與P2P完整融合的流媒體內(nèi)容分發(fā)平臺。