基于OPNET的內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)仿真

賈利娟

(陜西廣播電視大學(xué)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,陜西 西安 719000)

【系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)】

基于OPNET的內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)仿真

賈利娟

(陜西廣播電視大學(xué)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,陜西 西安 719000)

隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,網(wǎng)上應(yīng)用內(nèi)容越來越豐富,互聯(lián)網(wǎng)帶寬的增加趕不上應(yīng)用內(nèi)容傳輸?shù)男枨?。分發(fā)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是一種互聯(lián)網(wǎng)中的內(nèi)容加速的傳輸技術(shù),通過把內(nèi)容分發(fā)到離用戶更近的互聯(lián)網(wǎng)邊緣,使得內(nèi)容更靠近用戶,從而避免擁塞。本文提出了一種內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),建立了基于OPNET的內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)的仿真模型,對(duì)比分析了C/S模式與內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)。通過實(shí)驗(yàn)表明本文提出的系統(tǒng)性能優(yōu)于C/S模式。

內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò);仿真

1 CDN簡(jiǎn)介

海量?jī)?nèi)容的產(chǎn)生,對(duì)帶寬資源消耗較大,使得單個(gè)網(wǎng)絡(luò)難于承受。在新應(yīng)用需求增加的同時(shí),對(duì)內(nèi)容分發(fā)的挑戰(zhàn)也隨之而生。于是,作為內(nèi)容分發(fā)的核心技術(shù)之一,內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)(CDN,Content Delivery Networks)便產(chǎn)生了。CDN自1998年從MIT產(chǎn)生以來,便得到了學(xué)術(shù)界和業(yè)界的廣泛關(guān)注。CDN采用分布式緩存、負(fù)載均衡、流量工程等技術(shù)在已有的Internet上構(gòu)筑一個(gè)分布式的覆蓋網(wǎng)絡(luò),通過將內(nèi)容從信源推送到網(wǎng)絡(luò)邊緣設(shè)備,一方面,使得用戶得以在“就近”的位置快速訪問到所需的內(nèi)容,降低了端到端時(shí)延,提升了用戶服務(wù)質(zhì)量;另一方面,突破了中心服務(wù)器的性能瓶頸,減輕了骨干網(wǎng)絡(luò)流量,有效緩解了高吞吐率內(nèi)容傳輸對(duì)骨干網(wǎng)絡(luò)的壓力,在一定程度上也增加了系統(tǒng)容量。在不到十年的時(shí)間內(nèi),CDN成為互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)高速發(fā)展不可或缺的核心技術(shù)之一,在業(yè)界得到高速發(fā)展。代表性的CDN服務(wù)提供商如美國(guó)Akamai目前在65個(gè)國(guó)家部署了超1100個(gè)網(wǎng)絡(luò)以及1.4萬個(gè)服務(wù)器。

2 CDN結(jié)構(gòu)

CDN中存在著兩種服務(wù)器——原始服務(wù)器和緩存服務(wù)器。內(nèi)容文件最初始版本存在于原始服務(wù)器上,它由內(nèi)容提供商進(jìn)行更新。而另一方面,緩存服務(wù)器保存了內(nèi)容的副本,但是也可以作為用戶請(qǐng)求的官方版本。原始服務(wù)器通過緩存服務(wù)器進(jìn)行通信以更新其內(nèi)容文件。

CDN的結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出多種構(gòu)件的從屬關(guān)系,如圖1所示。

這些關(guān)聯(lián)關(guān)系包含多個(gè)構(gòu)件,如客戶端、緩存服務(wù)器、原始服務(wù)器、代理及其他網(wǎng)絡(luò)構(gòu)件。這些構(gòu)件在CDN中復(fù)制并緩存內(nèi)容文件,通常情況下從原始服務(wù)器使用“推”的方法向緩存服務(wù)器復(fù)制內(nèi)容。

在CDN里,基本的關(guān)系是客戶-邊緣服務(wù)器-原始服務(wù)器的關(guān)系。一個(gè)客戶端通過與邊緣服務(wù)器通信請(qǐng)求原始服務(wù)器的文件。當(dāng)邊緣服務(wù)器無效時(shí),客戶端直接與原始服務(wù)器進(jìn)行通信。用戶與邊緣服務(wù)器的通信是透明的,就好像客戶直接與原始服務(wù)器通信一樣。邊緣服務(wù)器從本地緩存里響應(yīng)用戶或者作為一個(gè)gateway通向原始服務(wù)器,這種關(guān)系如圖1(a)所示。

CDN也可以采用network的方式組織,如圖1(b)所示。在代理之間的通信里,緩存代理可以部署成隊(duì)列狀(圖1(c)),也可以部署成mesh狀(圖1(d))。

圖1 CDN的關(guān)聯(lián)關(guān)系

3 內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)仿真模型

本文提出了一種內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),其原理圖如圖2。

圖2 非協(xié)作式CDN原理圖

在CDN中站點(diǎn)內(nèi)容被分發(fā)到一定數(shù)量的服務(wù)器中。其中一個(gè)服務(wù)器叫做源服務(wù)器,它有站點(diǎn)文件的管理權(quán),它負(fù)責(zé)向其他服務(wù)器分發(fā)內(nèi)容,如圖2所示。源服務(wù)器一般屬于站點(diǎn)擁有者,一個(gè)站點(diǎn)的源服務(wù)器要保持和其他服務(wù)器隨時(shí)可達(dá)。因?yàn)檫@些服務(wù)器并不是隨時(shí)都可用的,所以需要由一定數(shù)量的備份服務(wù)器進(jìn)行輔存儲(chǔ)。這些服務(wù)器保存站點(diǎn)的最新版本的備份。備份服務(wù)器的目的是保證站點(diǎn)的可用性。當(dāng)源服務(wù)器不能運(yùn)行時(shí),備份服務(wù)器可以繼續(xù)運(yùn)行。

除了備份服務(wù)器有站點(diǎn)的內(nèi)容外,副本服務(wù)器也有站點(diǎn)的內(nèi)容。副本服務(wù)器的目標(biāo)是性能最優(yōu)化。每個(gè)站點(diǎn)有一些副本服務(wù)器,根據(jù)請(qǐng)求負(fù)載和QOS的情況,這些副本服務(wù)器使得站點(diǎn)盡量靠近潛在的用戶。副本服務(wù)器被不同的用戶操作,所以副本服務(wù)器的管理員要對(duì)這些操作加上一些權(quán)限的限制(例如硬盤空間、帶寬等)。副本服務(wù)器僅有站點(diǎn)的一部分內(nèi)容,和緩存代理類似,當(dāng)本地有用戶請(qǐng)求內(nèi)容時(shí),副本服務(wù)器從原服務(wù)器獲取內(nèi)容,再為用戶服務(wù)。

最后,還必須有一個(gè)重定向服務(wù)器。其功能是把請(qǐng)求最優(yōu)的定位到能為它服務(wù)的副本服務(wù)器。在Globule里面,可以用基于HTTP或者基于DNS的重定向子系統(tǒng)。重定向服務(wù)器監(jiān)控源服務(wù)器、復(fù)制服務(wù)器、備份服務(wù)器的狀態(tài),以便把用戶的請(qǐng)求導(dǎo)向可用的服務(wù)器。只要一個(gè)重定向服務(wù)器可用,站點(diǎn)就可以訪問。

數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)分發(fā)子系統(tǒng)分發(fā)到個(gè)副本服務(wù)器。用戶的請(qǐng)求通過重定向系統(tǒng)定位到本地服務(wù)器。如果本地服務(wù)器沒有所有請(qǐng)求的內(nèi)容,本地服務(wù)器從源服務(wù)器獲取所請(qǐng)求的內(nèi)容。

在仿真軟件中所設(shè)計(jì)的拓?fù)淙鐖D3所示。整個(gè)拓?fù)浞譃槿A北、東北、西北、華東、華中、西南、東南等七個(gè)子網(wǎng)。子網(wǎng)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)如圖4所示,其中PC機(jī)按照泊松分布產(chǎn)生用戶請(qǐng)求。在華北子網(wǎng)中建立源服務(wù)器和CDN管理子系統(tǒng)(包括分發(fā)系統(tǒng)和重定向系統(tǒng)),如圖5所示。在每個(gè)地市級(jí)子網(wǎng)中設(shè)立一個(gè)邊緣服務(wù)器,如圖6所示。所仿真的業(yè)務(wù)是流媒體VOD點(diǎn)播業(yè)務(wù),每個(gè)視頻文件的大小是100MB。所有的節(jié)目的數(shù)量是1萬個(gè)視頻節(jié)目,用戶發(fā)出的請(qǐng)求服從到達(dá)率λ為10 R/S的泊松分布。平均分配到客戶端模塊,對(duì)節(jié)目的請(qǐng)求服從參數(shù)為0.271的zeif分布。與CDN對(duì)比的是傳統(tǒng)C/S訪問模式,基本仿真拓?fù)渑cCDN相同。不同的是子網(wǎng)中產(chǎn)生的請(qǐng)求直接訪問源服務(wù)器,源服務(wù)器對(duì)請(qǐng)求應(yīng)答。

3 對(duì)比分析

圖7、圖8分別為C/S模式和內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)的對(duì)比結(jié)果,藍(lán)色線條為下載時(shí)延(dld_delay)。C/S模式、內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò),下載延時(shí)分別記為d1、d2。從圖中可以看出d1＞d2。所以CDN的下載時(shí)延最小,要優(yōu)于C/S模式。

4 結(jié)論

本文提出了一種內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),這種系統(tǒng)通過內(nèi)容重定向系統(tǒng)把用戶的請(qǐng)求定位到最近的邊緣服務(wù)器。然后邊緣服務(wù)器查找是否有所請(qǐng)求的內(nèi)容,如果有的話,邊緣服務(wù)器應(yīng)答請(qǐng)求。如果沒有,邊緣服務(wù)器把請(qǐng)求定位到最近的有這個(gè)內(nèi)容的邊緣服務(wù)器。并建立了基于OPNET的內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)的仿真模型,對(duì)比分析了傳統(tǒng)C/S模式與內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)的性能。通過實(shí)驗(yàn)表明本文提出的系統(tǒng)性能優(yōu)于C/S模式,減少了用戶感知延遲。

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[責(zé)任編輯 王愛萍]

TP393.02

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1008-4649(2011)01-0023-04

2010-11-15

賈利娟(1981- ),女,陜西省寶雞市人,陜西廣播電視大學(xué)職業(yè)技術(shù)學(xué)院教學(xué)科助教。