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应用在IPTV中的CDN技术

来源:互联网 作者:佚名 时间:2015-06-02 23:57
CDN技术的产生 据CCNIC调查统计 截至 年 月 上网用户总人数为 万人 国内WWW站点数约为 个 上网计算机数 万台 由此可见 上网的用户数越来越多 Web站点的数量继续在增加 可供访问的资源日趋丰富 特别是文本 图像 音乐 广告 流媒体 动画等大量涌现 网上业务量成
CDN技术的产生 

  据CCNIC调查统计截至上网用户总人数为万人国内WWW站点数约为上网计算机数万台由此可见上网的用户数越来越多Web站点的数量继续在增加可供访问的资源日趋丰富特别是文本图像音乐广告流媒体动画等大量涌现网上业务量成倍递增造成了对网络带宽的大量需求并且网络访问的延迟与等待总是普遍存在这些情况导致了网络拥塞服务器过载网上应用等待时间过长等诸多问题使整个互联网内容传送性能下降 

  如何缓解网络拥塞提高用户获取信息的速度成为困扰众多企业和服务商的一大难题依靠增加带宽来解决这一问题是一个方面另外它还受到传输途中的路由阻塞和延迟网站服务器的处理能力等因素的影响这些和访问者与网站服务器之间的距离有密切的关系因此即使各个ISP将网络带宽加大后如果访问者和网站之间的距离较远它们之间的通信一样需要经过重重的路由转发和处理网络延误不可避免而用户对网络系统性能的要求越来越高(如对访问的响应时间网站内容和服务提供的可靠性等的要求)因此CDN(Content Delivery Network)技术应运而生 

  由麻省理工学院一个小组提出了CDN的概念并开始对CDN技术进行研究他们在年成立了一个专业CDN服务公司为Yahoo提供了专业服务如今在国内外已经有很多的企业和服务商开始使用内容传送网络CDN技术来提高网络服务质量以满足用户的需求 

  CDN的定义 

  CDN的英文全称是Content Delievery Network即内容传送网络CDN是建立在现有IP网络基础结构之上的一种增值网络是在应用层部署的一层网络架构 

  提供CDN技术产品的厂商有各自的解决方案CDN运营商的实现方式也不同但CDN技术实现的功能是相同的那就是将多点负载均衡路由或缓存技术结合起来利用智能分配技术将内容根据来访用户的地点按照就近访问的原则分配到多个节点 

  在传统的IP网络中用户请求直接指向基于网络地址的原始服务器而CDN业务提供了一个服务层补充和延伸了Internet网络把频繁访问的内容尽可能向用户推进提供了处理基于内容进行流量转发的新能力把路由导引到最佳服务器上动态获得需要的内容它改变了分布到使用者信息的方式从被动的内容恢复转为主动的内容转发 

  CDN的核心是边缘访问和透明访问以前主要是用于Web访问加速只支持HTTP/FTP协议年国内流媒体业务的出现CDN开始支持MMS/RTSP等协议CDN得到了很大的发展有时也称为MDN(Media Delievery Network) 

  CDN技术的特点和优势 

   CDN技术具有的特点 

  ()根据用户的地理位置和连接带宽让用户连接到最近的服务器上去访问速度快 

  ()全局负载平衡提高网络资源的利用率提高网络服务的性能与质量 

  ()热点内容主动传送自动跟踪自动更新 

  ()网络具有高可靠可用性能容错且很容易扩展 

  ()无缝地集成到原有的网络和站点上去 

   CDN技术具有的优势 

  ()可减少消耗的网络带宽减少网络访问的延迟和用户响应时间提高网络性能和网站内容的可用性 

  ()提高网站资源的管理控制能力智能分配路由和进行流量管理 

  ()发送的内容受到保护未授权的用户不能修改 

  ()内容提供商可在本地自己决定服务的内容内容是动态的 

  ()内容提供商在降低成本的同时提高了服务质量提供的内容更多速度更快 

  ()可线性平滑地增加新的设备保护原有的投资 

  因为上述的特点和优势CDN技术能加速和提高宽带流媒体的使用使互联网的多媒体用户更加普及这些应用包括在线播放音乐点播电视直播游戏等大大促进网上应用和服务的发展 

  IPTV系统组成 

  IPTV(Internet Protocol TV或Interactive Personal TV)也叫交互式网络电视是一种基于互联网的多媒体通信技术IPTV利用宽带网的基础设施以家用电视机或计算机作为主要终端设备通过互联网络协议(IP)传送电视信号向家庭用户提供包括电视节目在内的多种交互式数字媒体服务 

  IPTV的工作原理是把源端的电视信号数据进行编码处理转化成适合IP网络传输的数据形式然后通过IP网络传送最后在接收端进行解码再通过电脑或是电视播放由于数据的传输速度要求比较高所以要采用最新的高效视频压缩技术例如HMPEGIPTV的系统组成如图所示 

   IPTV系统组成

  图  IPTV >IPTV系统组成

  ()IPTV终端 

  目前IPTV终端主要有三种形式即PC机顶盒+普通电视机和手机 

  ()接入系统 

  接入系统主要为IPTV终端提供接入功能使IPTV终端能够顺利接入到IP承载网目前ADSL作为宽带接入网的一种方式在几年内仍然占主导地位以太网接入方式也渐渐增多采用FTTC/FTTB的方式结合ADSLSDSLCable Modem等技术也可使用FTTC+HFC的方式向用户提供宽带接入 

  ()IP承载网络 

  用于传送IPTV的承载网络是基于TCP/IP协议的可以是公网也可以是专网 

  ()内容媒体服务系统 

  该部分主要完成节目的数字化将原始节目进行编码压缩成为能够在IP网络上传 

  ()节目源 

  节目源可以是摄像机电视台VCD光盘卫星输入信号等 

  CDN技术在IPIV中的应用 

  IPTV系统对于用户的服务质量有很高的要求而且要保证播放的流畅在广域网内从用户的客户端到流媒体服务器之间经过了一个很复杂的路由以后就很难保证播放的流畅了为了克服网络复杂路线带来的制约在IPTV中必须通过边缘服务来实现最终用户的点播服务所以要把内容从中心服务器有效地分发到边缘服务器就可以通过CDN把内容从中心存储服务器分发到边缘服务器 

  CDN的核心思想是将内容从中心推倒靠近用户的边缘使用户可以就近取得所需的内容这样不但有效提高了用户访问内容的性能而且有效减轻了中心设备和骨干网络的压力通过CDN可以将内容分发从原来的单一中心结构变为分布式的结构提高用户访问网站的响应速度因而CDN可以提高网络中信息流动的效率从技术上全面解决由于网络带宽小用户访问量大网点分布不均等问题提高用户访问的响应速度 

  虽然CDN不是一个新概念它的发展也已经有很多年的历史但是CDN并没有统一的协议标准各厂家的CDN解决方案在实现上各不相同但在一个CDN网络中主要包含的功能实体都相同包括内容缓存设备内容交换机内容路由器CDN内容管理等 

  内容缓存设备是CDN的业务提供点是面向最终用户的内容提供设备可缓存静态的Web内容和流媒体内容实现内容的边缘传播和存储以便最终用户的就近访问因此一般部署于集中的用户接入点完成内容边缘存储的设备通常都采用Cache技术来实现对于在Cache节点中的存储是Cache设计的一个关键问题需要考虑的因素包括功能和性能两个方面功能上包括对各种内容格式的支持对部分缓存的支持在性能上包括支持的容量多文件吞吐率可靠性稳定性 

  内容交换机处于用户接入集中点和POP点可对内容进行缓存负载平衡及访问控制在很多设备情况下和内容缓存集中在一个设备上内容交换机可以均衡单点多个内容缓存设备的负载它基于最终用户会话和特定的内容请求提供内容服务内容交换机是CDN的可选部件之一对于较大型的用户接入点内容交换机可以提高站点的可用性 

  内容路由器负责将用户的请求调度到适当的设备上内容路由通常通过负载均衡系统来实现负载均衡系统是实现CDN的内容路由功能它的作用是动态均衡各个内容缓存站点的负荷分配为用户的请求选择最佳的访问站点同时提高网站的可用性内容路由根据网络拓扑结构网络延时服务器负荷与规则等策略设定指定最优站点向特定的内容请求提供服务内容路由器可根据多种因素制定路由包括站点与用户的临近度内容的可用性网络负载设备状况等负载均衡系统是整个CDN的核心负载均衡的准确性和效率直接决定了整个CDN的效率和性能 

  内容管理系统主要负责整个CDN系统的管理是CDN的可选部件它的作用是进行内容管理如内容的注入和发布内容的分发内容的审核内容的服务等并能够让网络内容分布和传输服务的用户或者服务供应商可以根据需要监视管理或者控制网络内容的分布设备状态等 

  CDN的技术实现 

  目前关于CDN业务的产品和设备各厂商都不相同解决方案也有很大的差别各个厂家的产品并不兼容下面介绍几家有代表性的公司对于CDN业务的技术实现 

   Inktomi公司的CDN技术实现 

  Inktomi公司的CDN系统是一套在分布式Web环境下提供Web内容的分发和同步的软件它由主要由内容分发器内容管理器以及它们的代理所组成 

  ()内容分发器通过可靠的和安全的手段将Web内容的分发到多个Web服务器以及缓存服务器并保证其内容的同步 

  ()内容管理器则采集各Web服务器和缓存服务器的状态提供集中的管理功能对于内容分发器和内容管理器之间的通讯由系统的控制器来完成 

   Cisco公司的CDN技术实现 

  Cisco公司的CDN系统由五种技术构成内容分布及管理内容路由选择内容边沿传播内容交换和智能网络服务 

  ()内容分布和管理技术可以实现自动分布内容同时提供实时监控内容分发管理器(CDM)能够实现对整个CDN网络的高效与集中控制它与内容引擎和内容路由器协同工作内容路由选择技术确保内容的可用性并提供全球负载能力内容交换技术可以根据内容可用性应用可用性及服务器负载在POP(演示点)或分布式数据中心的提交节点处智能地实现信息量负载平衡 

  ()内容路由器(CR )可根据多种因素制定路由包括站点与用户的邻近度内容可用性网络负载设备状况等定位最适合的站点响应内容请求 

  ()内容交换提供突发访问保护基于URL的服务器负载均衡动态内容复制以及动态的内容重定向等功能采用CiscoWebNS软件提供内容路由服务通过将用户与内容划入不同区域的方法保证内容请求选择最佳的站点与服务器 

  ()内容边沿传播技术能够确保网络向最终用户提交内容加速内容传播减轻WAN和源内容服务器的负担内容引擎是内容边缘传播设备内容引擎是内容边缘传播设备内容可以由内容引擎根据特别指示将内容从源内容服务器中提取通过透明缓存定制经常被访问的内容 

  ()智能网络服务技术能够提供包括各种IP基础设施中的多项智能服务如安全性QoSVPN和组播等 

   F公司的CDN技术实现 


  F公司的CDN解决方案是关于内容发送网络服务并建立在缓存的基础上它的基础架构包括内容复制高可靠性和负载平衡缓存对Web和缓存服务器的全面支持网络管理 

  ()全球站点控制器负责在CDN内管理内容复制将前置和复制内容到适当的缓存和Web服务器自动地分布和同步到网络内的全部站点 

  ()BIGIP控制器和DNS控制器用于提供本地的和区域的高可靠性和智能负载平衡BIGIP把用户流量引向性能最好的网络服务和缓存服务器为管理应用(Cookie交换URL交换稳定复用方法内容和应用的探查和校验等)提供丰富的特征通过放到不同的缓存阵列中以区分个别对象(而不是域或URL)来保证效率最高当内容被更新时管理服务器与全球站点间的通信提供附加的安全特征(缺省网关NATSNAT包过滤端口映射)DNS解决用户需求和指导他们到全球最好的站点通过网络和站点管理提供智能的全球负载平衡和高可靠性为冗余的站点的起点/边界点提供灾难恢复为监视报导和收费发送统计使用基于性能的用户重定向 

  ()EDGEFXTM缓存能增加网络站点性能增加网络带宽能力加速对终端用户的内容传送在靠近终端用户的网络的边缘允许Web数据的存储从网络边缘而检索数据 

  ()支持地理分布的Web和缓存服务器以及非F的产品集成包括了所有的基于IP的服务器技术包括ERP应用所有的基于Web的应用和电子邮件应用等 

  ()SEEIT网络管理器为网络实时传送分析和报告包括配置计费和协调缓存内容分布的规则等 

  结束语 

  目前在IPTV网上CDN的边缘访问是提高IP承载网QoS的有效途径很多运营商在宽带网上都部署了CDN/MDN为IPTV网络的建设奠定了良好的基础CDN网络的出现使互联网资源得到了最大限度的利用将大大推动国内IPTV业务的发展 

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