CDN中GSLB調(diào)度機制優(yōu)化方法研究

陳學(xué)亮，莊一嶸，陳 戈，海錦霞

（中國電信股份有限公司廣州研究院 廣州510630）

1 背景

內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)（content delivery network，CDN）是一種新型的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方式，通常采用中心、區(qū)域、邊緣多層架構(gòu)，在不同的網(wǎng)絡(luò)位置部署多個節(jié)點服務(wù)器，將視頻、音頻、圖文等內(nèi)容推送到各級節(jié)點，并根據(jù)IP地址、網(wǎng)絡(luò)流量、節(jié)點負(fù)載、響應(yīng)時間等綜合信息將用戶調(diào)度到離其最近的節(jié)點服務(wù)器，為其提供服務(wù)。目前CDN技術(shù)已廣泛應(yīng)用于IPTV、PC視訊、移動流媒體、網(wǎng)頁加速、文件下載等互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

CDN使用戶可以就近獲取所需的內(nèi)容，減輕了骨干網(wǎng)絡(luò)帶寬壓力，優(yōu)化了網(wǎng)絡(luò)流量，并且CDN縮短了用戶的訪問距離，可以大幅度提高用戶訪問的響應(yīng)速度，能夠有效保證用戶體驗和服務(wù)質(zhì)量。CDN很好地解決了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)骨干網(wǎng)絡(luò)壓力大、用戶訪問集中、響應(yīng)時間較長導(dǎo)致用戶體驗不佳的問題。

全局負(fù)載均 衡 （global server load balance，GSLB）是CDN的核心技術(shù)之一，GSLB作為全局的調(diào)度系統(tǒng)，負(fù)責(zé)在CDN的所有節(jié)點之間實現(xiàn)流量調(diào)配，保證將用戶調(diào)度到最近的節(jié)點。當(dāng)用戶訪問CDN中的內(nèi)容時，本地DNS進(jìn)行域名解析，將CDN的GSLB服務(wù)器地址返回給用戶，用戶訪問GSLB服務(wù)器，GSLB服務(wù)器根據(jù)用戶的IP地址查詢路由表進(jìn)行調(diào)度。

目前的GSLB路由表通過人工方式更新，由系統(tǒng)管理員將BAS/SR（寬帶接入網(wǎng)關(guān)）分配的IP地址池信息定期保存到GSLB路由表中，這種方式效率低下、更新速度慢，導(dǎo)致GSLB路由表存在大量黑洞、準(zhǔn)確性不高，不在GSLB路由表中的IP地址會被默認(rèn)調(diào)度到CDN中心節(jié)點，對CDN中心節(jié)點形成了集中訪問壓力，嚴(yán)重影響了CDN性能和服務(wù)質(zhì)量，調(diào)度流程如圖1所示：

（1）用戶發(fā)起PPPoE撥號請求；

（2）BAS/SR為用戶分配地址池中的IP地址；

（3）用戶向CDN發(fā)起服務(wù)請求（本地DNS將域名解析成CDN的GSLB地址）；

（4）由于用戶IP地址未及時更新到GSLB路由表中，GSLB默認(rèn)將用戶調(diào)度到CDN中心節(jié)點；

（5）用戶向CDN中心節(jié)點發(fā)起服務(wù)請求；

（6）CDN中心節(jié)點為用戶提供服務(wù)。

圖1 目前的GSLB調(diào)度流程示意

2 優(yōu)化方法

2.1 SNMP

簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議 （simple network management protocol，SNMP）是一種用于網(wǎng)絡(luò)通信管理的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，工作于應(yīng)用層，由IETF（Internet Engineering Task Force，Internet工程任務(wù)組）RFC標(biāo)準(zhǔn)組于1990年正式發(fā)布了第一版，目前最新版為第三版。目前，基本上所有的路由器、交換機、服務(wù)器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備均支持該協(xié)議。

從通用架構(gòu)上看，SNMP框架由管理站和代理站組成，管理站通過SNMP對代理站進(jìn)行管理，雙方通過UDP進(jìn)行通信，其中管理站UDP端口為162，代理站UDP端口為161。SNMP中指定了5種核心的協(xié)議數(shù)據(jù)單元（protocol data unit，PDU）：get request、get next request、get response、set request、trap，管理站和代理站通過這些PDU進(jìn)行信息傳遞。SNMP的代理站通過管理信息庫（management information base，MIB）保存網(wǎng)絡(luò)管理的數(shù)據(jù)，其中包含了該設(shè)備的所有可管理對象，每個對象都有唯一的編號，稱為OID，以Juniper路由器為例，表1所示是和IP地址池相關(guān)的一組OID。

表1 Juniper地址池OID

2.2 實現(xiàn)思路

通過SNMP網(wǎng)管協(xié)議可以實現(xiàn)GSLB和BAS/SR之間的網(wǎng)絡(luò)通信，GSLB定期向BAS/SR發(fā)起輪詢請求，查詢BAS/SR中的IP地址池信息，得到BAS/SR返回的數(shù)據(jù)后更新到GSLB路由表中，優(yōu)化路由調(diào)度策略，解決GSLB路由黑洞的問題，提升CDN的整體效率。具體實現(xiàn)方法如下。

GSLB作為SNMP管理站，而BAS/SR作為SNMP代理站，GSLB通過SNMP相關(guān)命令獲取BAS/SR中的IP地址池信息，例如：

#snmpwalk-v 2c-c public 125.86.54.9.1.3.6.1.4.1.4874.2.2.21.1.1.1.1

其中-v 2c指的是SNMP協(xié)議版本，-c public指的是SNMP通信密碼（默認(rèn)為public），125.86.54.9指的是請求訪 問 的BAS/SR地 址，.1.3.6.1.4.1.4874.2.2.21.1.1.1.1是juniAddressPoolEntry的OID（其他BAS/SR設(shè)備制造公司如思科、華為技術(shù)、中興通訊等也有自己的OID）。

BAS/SR返回的消息如下：

enterprises.4874.2.2.21.1.1.1.1.2.1:1

enterprises.4874.2.2.21.1.1.1.1.3.1:“pool1”

enterprises.4874.2.2.21.1.1.1.1.4.1:IpAddress:131.1.1.0

enterprises.4874.2.2.21.1.1.1.1.5.1: IpAddress:131.1.10.255

enterprises.4874.2.2.21.1.1.1.1.6.1:2560

說明該BAS/SR可分配的IP地址池有1個，名稱為pool1，起 始IP地 址 為131.1.1.0，結(jié) 束IP地 址 為131.1.10.255，可分配IP地址數(shù)量為2 560個。

GSLB將IP地址池信息更新到路由表中，結(jié)束本次會話請求。

GSLB和BAS/SR通過SNMP協(xié)議交互示意如圖2所示。

圖2 GSLB和BAS/SR通過SNMP交互示意

更新后的GSLB路由表如表2所示。GSLB獲取BAS/SR返回的IP地址池信息后，會將BAS/SR和IP地址池信息更新到路由表中，同時由于CDN邊緣節(jié)點已和BAS/SR作了靜態(tài)對應(yīng)，CDN邊緣節(jié)點信息也被更新到路由表中。

表2 更新后的GSLB路由表

圖3 優(yōu)化后的GSLB調(diào)度流程示意

優(yōu)化后的GSLB調(diào)度流程如圖3所示：

（1）用戶發(fā)起PPPoE撥號請求；

（2）BAS/SR為用戶分配地址池中的IP地址；

（3）GSLB通過SNMP網(wǎng)關(guān)協(xié)議向BAS/SR發(fā)起輪詢請求，查詢BAS/SR中的IP地址池信息；

（4）BAS/SR將IP地址池信息上報給GSLB；

（5）GSLB更新路由表；

（6）用戶向CDN發(fā)起服務(wù)請求（本地DNS將域名解析成CDN的GSLB地址）；

（7）由于用戶IP地址已更新到GSLB路由表中，GSLB在路由表中查詢到用戶的IP地址，確定用戶所屬的BAS/SR，再將用戶調(diào)度到與BAS/SR靜態(tài)對應(yīng)的最近的CDN邊緣節(jié)點；

（8）用戶向最近的CDN邊緣節(jié)點發(fā)起服務(wù)請求；

（9）最近的CDN邊緣節(jié)點為用戶提供優(yōu)質(zhì)高效的服務(wù)。

3 結(jié)束語

目前CDN和GSLB技術(shù)已廣泛應(yīng)用于視頻流媒體、網(wǎng)頁加速、文件下載等領(lǐng)域，為用戶提供優(yōu)質(zhì)高效的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。但是目前CDN中的GSLB調(diào)度機制不夠靈活，需要系統(tǒng)管理員人工更新GSLB路由表，效率較低而且準(zhǔn)確性不高，導(dǎo)致GSLB調(diào)度性能較差從而影響了CDN的整體效率。以廣東電信的IPTV業(yè)務(wù)為例，約有15%的用戶IP地址被GSLB默認(rèn)調(diào)度到CDN中心節(jié)點，增加了CDN中心節(jié)點負(fù)載，而且影響了用戶體驗，如果能將這些用戶調(diào)度到相應(yīng)的CDN邊緣節(jié)點，既能減輕CDN中心節(jié)點壓力，也能縮短用戶訪問時間，優(yōu)化用戶體驗。

本文介紹了一種基于SNMP網(wǎng)管協(xié)議對CDN中GSLB調(diào)度機制進(jìn)行優(yōu)化的方法。首先介紹了SNMP的特點，然后在此基礎(chǔ)上描述GSLB（SNMP管理站）和BAS/SR（SNMP代理站）通過SNMP進(jìn)行通信的方法及相應(yīng)流程，實現(xiàn)了GSLB調(diào)度機制的優(yōu)化。

本文介紹的方法無需改動現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和硬件設(shè)備，具有良好的實用性，可為CDN服務(wù)提供商，尤其是中國電信等運營商優(yōu)化CDN、降低CDN建設(shè)成本、進(jìn)一步發(fā)揮智能管道作用提供有效的幫助。

1 王煥然，徐明偉.SNMP網(wǎng)絡(luò)管理綜述.小型微型計算機系統(tǒng)，2004(3)

2 王薇薇，李子木.基于CDN的流媒體分發(fā)技術(shù)研究綜述.計算機工程與應(yīng)用，2004(8)

3 楊磊，葉小榮.全局服務(wù)負(fù)載均衡策略的常見技術(shù)及應(yīng)用.景德鎮(zhèn)高專學(xué)報，2004(4)