CDN体系架构及运营部署方案

0引言CDN (内容分发网络)是构建在基础IP 承载网络之上,面向流媒体、Web 及应用的内容传送,具备内容自动化分布及流量集中化调度控制能力的叠加网络。

CDN 网络由分布在不同区域的CDN 节点组成,通过GSLB (全局负载均衡)的调度机制和内容中心的分发机制实现签约内容源的请求调度和内容缓存。

CDN 按照指定策略将签约内容分发至网络边缘,并自动调度用户内容访问请求指向全局最优的边缘节点,由该边缘节点就近为用户提供内容服务,使用户可以通过访问就近的CDN 节点获取内容源。

CDN 不但能加快内网用户访问外网资源的速度,也可以加速外网用户访问内网资源的速度,有效提升用户内容访问速度和业务体验;大大减轻骨干网络承载负荷和减少网络链路拥塞,优化网络流量,降低网络成本;有力保障运营商自营业务服务质量和竞争力,并能够为第三方客户提供CDN 分发加速增值服务。

1CDN 体系架构CDN 网络从逻辑架构上可划分为调度控制层、内容中心层和服务节点层3个层面,其中调度控制层负责用户请求的统一调度、CDN 网络管理及业务运营管理,主要包含运营管理中心和调度控制中心;内容中心层通过内容中心实现对签约CP /SP (内容提供商/服务提供商)系统的对接和内容注入,并为边缘服务节点提供内容分发与回源服务;服务节点层由边缘服务节点组成,面向用户终端提供内容服务,具备内容缓存和媒体服务功能,以分层架构部署于网络中不同层面。

CDN 网络各层及不同子系统之间为松耦合架构,支持跨厂家设备的异构模式组网。

CDN 网络的整体逻辑架构如图1所示。

a )运营管理中心:提供运营配置入口,实现CDN 业务、网络及策略管理功能,支撑运营及分析需求,主要包括业务管理、网络管理、策略管理、运营分析以及客户自服务等功能模块。

b )调度控制中心:接收用户访问请求,监测节点/网络状态及内容分布,根据调度策略计算最优节点,实现用户调度,主要包括用户请求调度、调度策略管理、节点状态管理以及内容视图管理等功能模块。

c )内容中心:CDN 内容注入点,存储主动分发内容,也可作为服务节点的回源汇聚点,主要包括内容定位、内容注入、内容存储、内容删除、内容分发、内容管理以及内容处理等功能模块。

d )边缘服务节点:负责内容在边缘的临时性存储,向用户终端传送请求的数据,主要包括内容定CDN 体系架构及运营部署方案乔爱锋(中通服咨询设计研究院有限公司,江苏省南京市210019)摘要介绍CDN (内容分发网络)网络定位、主要功能及其在网络中发挥的作用,阐述CDN 体系架构和系统逻辑功能,并根据目前运营商IP 承载网络架构,提出CDN 网络分层、分布式组网方案及其相关系统在网络中的部署原则和模式。

然后总结CDN 承载的业务类型及运营服务模式,并说明跨厂家CDN 网络运营管理系统架构和功能要求。

最后结合CDN 网元功能解耦和内部接口开放的发展趋势,指出未来CDN 逐步由传统独立建设模式向Cache +CDN 融合部署模式演进发展的方向。

关键词CDN ;体系架构;组网方案;系统部署;网络管理图1CDN 逻辑功能架构图位、内容分发、内容缓存以及内容服务等功能模块。

2CDN 组网方案CDN 网络按照用户规模,采用分层、分布式部署的架构,灵活选择全国骨干网节点、省网核心节点两级组网架构和全国骨干网节点、省网核心节点、城域骨干节点三级组网架构。

CDN 网络的典型三级组网架构如图2所示。

在全国骨干网节点部署全局调度控制中心、区域调度中心、运营管理中心以及全网内容中心。

在省网核心节点部署区域调度中心、省级内容中心/区域缓存节点。

在城域骨干节点部署边缘服务节点,根据业务规模在城域网核心层、业务控制层、汇聚层采用分级部署方式。

根据CDN 网络逻辑功能特点,CDN 网络可分为控制平面和数据平面。

1)CDN 控制平面CDN 网络采用集中化模式,由全局调度控制中心和运营管理中心统一对全网和省级内容中心、区域调度中心、区域缓存节点、边缘服务节点进行控制,区域调度中心实现对区域内的内容中心和边缘服务节点进行精细化调度。

2)CDN 数据平面CDN 网络采用层次化组网,全网和省级内容中心、区域缓存节点、边缘服务节点在全国范围内采用分布式部署,提供逐级内容分发与服务能力。

边缘服务节点根据用户访问量可采用水平和垂直扩展方式动态扩展容量,实现就近接入内容源和服务终端用户。

3CDN 系统部署1)全局调度控制中心全局调度控制中心应采用双平面部署模式,节点之间可以基于主备方式或负荷分担方式工作。

主备方式:将全网请求解析至主用调度中心,异常情况下切换至备用调度中心。

负荷分担:根据IP 地址段/区域/业务进行设置,使用不同的调度中心。

图2CDN 典型组网架构图2)区域调度中心区域调度中心在全国骨干节点或省网核心节点以集中式方式进行部署。

在全国骨干节点部署情况下,区域调度中心可与全局调度中心合设部署,通过提供分权分域能力,支持各省通过远程登录方式接入,实现对于本地需求的远程配置和运营管理等功能。

在省网核心节点部署情况下,考虑到容灾备份需求,在业务发展初期,可在全网集中设置一套区域调度中心备用节点,为省内区域调度中心提供N +1容灾备份服务。

未来可根据业务规模逐步引入省内主用区域调度中心和备用区域调度中心联动机制,实现1+1容灾备份能力。

3)运营管理中心运营管理中心可以与全局调度控制中心的主用节点在同一局点进行合设部署,对全局调度控制中心的备用节点进行远程监控及管理,并实现配置数据的多点同步,实现主用和备用全局调度控制中心统一管理。

4)内容中心依据服务范围,内容中心又分为全网内容中心和省级内容中心,采用分布式多点部署模式,共包含两级:全网内容中心:实现全网范围的内容注入及存储,多个内容中心间可提供负荷分担能力,可基于业务、CP /SP 进行区分使用。

省级内容中心:主要负责本区域内本地内容/个性化内容的注入及存储,满足各省的特色内容引入、分发、加速需求,也可由区域缓存节点兼做省级内容中心。

5)边缘服务节点边缘服务节点初期部署于省网核心节点,随着业务量及用户规模增加,节点服务能力将逐步下沉到城域网骨干网和宽带接入网。

4CDN 服务模式CDN 作为通用基础网络能力,通过无线和固定宽带接入网络,能够对PC 、笔记本、Pad 、手机、机顶盒、智能电视等用户终端访问的网页、图像、视频、文件等内容实现访问加速。

CDN 适用于互联网业务(包含网页浏览、HTTP 流媒体和文件下载等)、IPTV 业务(包含直播和点播)、OTT (Over the Top )视频业务、移动流媒体等业务承载,面向IPTV 、PC 、移动设备等多种终端用户提供内容服务。

业务类型主要包括Web 页面服务、文件下载服务、音视频流媒体服务等。

a )Web 页面服务:面向各类Web 网站,支持对文字、图片、动画、文本等不同静态对象的缓存策略配置,提供静态内容页面的访问服务。

对于HTTP 头域中指明不应被缓存的内容和互联网中不能缓存的动态内容,包括asp 页面、php 页面、jsp 页面、java 等以数据库技术为基础的网页内容,所有用户请求以代理方式回源网站并传送给用户。

b )文件下载服务:通过分布式缓存节点提供大小文件下载服务,例如病毒库文件、游戏客户端、软件更新、补丁程序、音视频文件等,提高用户的下载速度。

c )音视频流媒体服务:提供高质量的视频、音频播放和下载服务,支持高清、标清、多种码流视频的单播、组播及多协议的直播、点播、时移、回看等功能。

运营商CDN 的服务模式包括:自营业务模式及合作运营模式。

1)自营业务模式主要用于运营商自营业务,满足文件和网页下载、流媒体服务以及增值应用等自有内容注入、分发和服务需求。

自营业务的内容统一从运营商内容管理平台注入到CDN 网络中。

2)合作运营模式CDN 资源以合作或出租的方式提供给CP /SP ,为其提供互联网业务、视频业务以及业务应用等内容分发服务,从而提高CP /SP 服务的用户体验。

合作运营模式根据内容是否存放在运营商内容管理系统中又可分为托管模式和非托管模式。

托管模式:CP /SP 主动把内容预先存放在运营商内容管理系统上,由运营商内容管理系统对内容进行各种管理操作,内容的注入、存储、分发、服务流程和自营业务模式完全相同。

非托管模式:CP /SP 通过其自有内容管理平台进行内容管理,内容主要存放在CP /SP 的源内容服务器上,不主动推送内容到运营商CDN ,内容需要缓存时使用回源接口与CP /SP 对接。

5CDN 网络管理由于CDN 业务和承载网络解耦,CDN 组网可由不同厂家设备构成,兼容IPTV 、PC 、OTT 以及手机流媒体等综合业务,CDN 网络管理应遵循统一的功能和接口要求,实现跨厂家CDN 网络的统一管理。

CDN 网络管理系统负责管理CDN 设备和节点,实现对CDN 网络的拓扑管理、配置管理、告警管理、性能管理、安全管理、系统管理、服务统计等功能,并提供北向接口与数据网管系统对接,以实现全程全网的统一管理。

CDN 网络管理系统涵盖了对调度控制中心、内容中心、边缘服务节点等各个层面的管理功能。

CDN 网络管理系统的架构如图3所示。

CDN 网络管理系统的功能主要包括拓扑管理、配置管理、故障管理、性能管理、服务统计、安全管理、系统管理、北向接口以及网元设备管理接口等主要功能模块。

1)拓扑管理实现对CDN 节点设备拓扑关系的原始数据收集、逻辑分组、拓扑视图展现,集中监控全网各CDN 系统设备的拓扑状态。

对CDN 全网设备提供网络拓扑结构,维护和管理网络资源,具备资源查询以及统计功能,并且可以实现资源的自动更新。

2)配置管理实现对CDN 网络设备的配置操作,提供开通配置和日常维护配置、修改等功能,包括网元配置、图3CDN 网络管理系统架构图业务配置、数据库配置、网络信息配置等功能。

3)故障管理实现对CDN 系统故障告警信息集中监测和处理,并进行故障诊断及定位分析。

对各种CDN 设备告警信息进行采集、处理、显示、查询、统计,具备告警屏蔽和告警级别重定义等功能。

4)性能管理实现对CDN 系统设备的性能数据采集和监控,包括网元性能数据和业务性能数据,以直观的形式对性能数据进行显示,并能对收集的各性能数据进行分析统计。

5)服务统计实现对CDN 服务相关业务数据和性能数据的采集、分析、统计和报表输出。

6)安全管理实现操作员用户的系统帐号管理、访问列表管理以及用户和用户组管理等功能。

7)系统管理实现系统自身的监控、日志管理以及数据存储备份等管理。

8)北向接口实现与上层数据网管系统对接的北向接口,用于上层数据网管系统向CDN 网管下发业务配置和同步告警数据,并获取CDN 系统的业务参数、实时告警、设备性能、网元拓扑等数据。