IPTV中的CDN技術(shù)的應(yīng)用探討

常巍

摘要：隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，交互式網(wǎng)絡(luò)電視（IPTV）成為當(dāng)前具有強(qiáng)勁滲透力的新媒體，其用戶數(shù)量在短時(shí)間內(nèi)得到了急速增加，由此IPTV在面對(duì)良好發(fā)展機(jī)遇的同時(shí)也面臨著日趨多樣化的用戶需求中，使其遭受著巨大的壓力。該如何有效解決用戶多樣化的需求成為制約其發(fā)展的重要因素，然而內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)（CDN）為IPTV解決這一問題帶來突破口?；诖耍疚闹饕接慍ND技術(shù)的組成要素、關(guān)鍵技術(shù)、特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)，并簡(jiǎn)要分析其在IPTV系統(tǒng)中的實(shí)際應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：IPTV;CDN技術(shù);緩存服務(wù)器;負(fù)載均衡;應(yīng)用

引言

近年來，隨著互聯(lián)網(wǎng)及信息技術(shù)的發(fā)展，我國基礎(chǔ)寬帶業(yè)務(wù)發(fā)展尤為迅猛，其中寬帶消費(fèi)核心內(nèi)容是視頻，與此同時(shí)交互式網(wǎng)絡(luò)電視成為視頻播放的重要載體，據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2020年末，我國IPTV用戶數(shù)量已經(jīng)突破了3億人口，用戶滿意度和信任度超過90%。IPTV行業(yè)是如何在短時(shí)間內(nèi)提升服務(wù)質(zhì)量、滿足用戶多樣化需求的，其中必定離不開CDN技術(shù)的應(yīng)用，CDN技術(shù)為IPTV提供了分發(fā)服務(wù)、負(fù)載均衡以及運(yùn)營管理等功能，有效促進(jìn)其服務(wù)質(zhì)量和成效的提升，推動(dòng)了IPTV的進(jìn)一步發(fā)展[1]?；诖?，下面圍繞CDN技術(shù)，對(duì)其組成要素、關(guān)機(jī)技術(shù)以及特點(diǎn)優(yōu)勢(shì)做進(jìn)一步闡述，并重點(diǎn)分析其在IPTV中的實(shí)際應(yīng)用。

1.CND的組成及關(guān)鍵技術(shù)分析

CDN，也即內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)，其運(yùn)行的基本思路是盡可能避開互聯(lián)網(wǎng)上有可能影響數(shù)據(jù)傳輸速度和穩(wěn)定性的障礙，以提高數(shù)據(jù)內(nèi)容傳輸效率。CDN作為一種新型的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方式，它形成了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)支撐平臺(tái)，可以為多種應(yīng)用提供優(yōu)質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。CDN主要任務(wù)是將內(nèi)容由中心服務(wù)器傳送到力用戶終端最近的服務(wù)器中，依據(jù)就近原則和負(fù)載均衡原則選擇盡量接近用戶的邊緣服務(wù)器向用戶提供內(nèi)容，可以大大提高響應(yīng)速度、節(jié)省骨干網(wǎng)資源、將內(nèi)容服務(wù)均衡分布到大量邊緣服務(wù)器上，避免擁塞的發(fā)生[2]。下面圍繞CDN技術(shù)，重點(diǎn)闡述其組成和具有的關(guān)鍵技術(shù)，以便大家對(duì)CDN技術(shù)有更全面地了解。

1.1CDN的組成

通常來說，一個(gè)完整的CDN主要由六大要素組合而成，包括本地負(fù)載均衡、全局負(fù)載均衡、帶寬管理、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)安全、CDN管理系統(tǒng)和CDN應(yīng)用系統(tǒng)，下面就這六大構(gòu)成要素做進(jìn)一步分析。

（1）本地負(fù)載均衡位于CDN系統(tǒng)的分布點(diǎn)中，主要負(fù)責(zé)對(duì)應(yīng)用服務(wù)器或是內(nèi)容服務(wù)器中的負(fù)載平衡和業(yè)務(wù)服務(wù)進(jìn)行訪問控制，通過監(jiān)測(cè)服務(wù)器中的流量，實(shí)現(xiàn)對(duì)服務(wù)器性能的優(yōu)化，以此達(dá)到優(yōu)化站點(diǎn)流量、提高用戶訪問速度的效果。以上工作的完成主要依托專業(yè)的負(fù)載均衡儀器設(shè)備，而在一般情況中，該設(shè)備也支持CDN全局負(fù)載均衡工作的執(zhí)行。

（2）全局負(fù)載均衡主要負(fù)責(zé)在CDN各站點(diǎn)中，通過靜態(tài)或是動(dòng)態(tài)的形式為用戶匹配出最佳的訪問站點(diǎn)，以此保證用戶訪問的速度，事實(shí)上，這也是優(yōu)化CDN性能的關(guān)鍵。

（3）CDN帶寬管理是基于CDN中應(yīng)用系統(tǒng)的多樣性發(fā)展起來的一種能力，能夠?qū)DN中不同的應(yīng)用系統(tǒng)提供不同的帶寬服務(wù)，是CDN作為多應(yīng)用系統(tǒng)支持平臺(tái)的重要體現(xiàn)。

（4）CDN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)安全主要負(fù)責(zé)CDN應(yīng)用系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定，防止一些網(wǎng)絡(luò)攻擊對(duì)CDN正常運(yùn)行的干擾，尤其防止網(wǎng)絡(luò)帶寬占用較大的Nimda、Code Red以及DOS等對(duì)系統(tǒng)的攻擊，以此保證后臺(tái)應(yīng)用系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

（5）CDN管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)對(duì)內(nèi)容分發(fā)和網(wǎng)絡(luò)實(shí)施集中式的管理，同時(shí)對(duì)用戶實(shí)際的CDN使用情況進(jìn)行核算及計(jì)費(fèi)。

（6）CDN應(yīng)用系統(tǒng)是位于分布點(diǎn)的一組服務(wù)器，常見的應(yīng)用系統(tǒng)有視頻會(huì)議、遠(yuǎn)程教學(xué)以及遠(yuǎn)程醫(yī)療等，通過這些應(yīng)用系統(tǒng)能夠使用戶發(fā)出的請(qǐng)求找到最佳的站點(diǎn)，從而大大提高了服務(wù)質(zhì)量[3]。

1.2CDN的關(guān)鍵技術(shù)

CDN的關(guān)鍵技術(shù)有靜態(tài)內(nèi)容緩存技術(shù)和動(dòng)態(tài)加速技術(shù)。其中靜態(tài)內(nèi)容緩存技術(shù)主要是通過反向代理，把用戶訪問的互聯(lián)網(wǎng)靜態(tài)內(nèi)容提前緩存到邊緣節(jié)點(diǎn)中，而當(dāng)用戶再次發(fā)出請(qǐng)求時(shí)，CDN系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)就近發(fā)放內(nèi)容，以此有效排除了遠(yuǎn)距離傳輸中可能存在的攻擊因素，這在提高網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行安全性和穩(wěn)定性的同時(shí)，也提高了對(duì)用戶請(qǐng)求的響應(yīng)速率。結(jié)合上述的CDN組成要素，其中CDN本地負(fù)載均衡和全局負(fù)載均衡都是CDN實(shí)現(xiàn)靜態(tài)內(nèi)容緩存的關(guān)鍵技術(shù)載體。CDN動(dòng)態(tài)加速技術(shù)主要包括網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)探測(cè)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議優(yōu)化、數(shù)據(jù)壓縮等內(nèi)容，關(guān)鍵在于通過分發(fā)動(dòng)態(tài)內(nèi)容，完成對(duì)互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)容的及時(shí)響應(yīng)。CDN動(dòng)態(tài)加速技術(shù)的應(yīng)用能夠有效解決帶寬瓶頸、骨干網(wǎng)擁塞、網(wǎng)絡(luò)波動(dòng)等問題，減少這些因素對(duì)網(wǎng)站訪問響應(yīng)速率的影響。簡(jiǎn)單來說，CDN動(dòng)態(tài)加速技術(shù)能夠?qū)?shù)據(jù)傳輸路徑進(jìn)行智能化管理，可以通過“驛站”以最快的速度將數(shù)據(jù)傳輸?shù)侥康牡豙4]。

2.CND技術(shù)特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)分析

2.1CDN技術(shù)的特點(diǎn)

首先，CDN技術(shù)能夠通過參照用戶位置和寬帶的實(shí)際連接來確保用戶位置和所連接的服務(wù)器之間的位置是最短的，從而促進(jìn)用戶訪問速度的加快。其次，CDN技術(shù)還能夠均衡各部分所承受的工作量，發(fā)揮整合網(wǎng)絡(luò)資源、調(diào)節(jié)服務(wù)內(nèi)容以及提升網(wǎng)絡(luò)性能的作用，從而達(dá)到嚴(yán)格控制網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行。最后，CDN技術(shù)還具備自動(dòng)更新和全方位追蹤等功能，這有利于用戶及時(shí)了解最新的熱點(diǎn)內(nèi)容?？傊?，相比于同類技術(shù)系統(tǒng)，CDN技術(shù)具有較高的容錯(cuò)率，操作簡(jiǎn)便且已完成，極大增加了用戶網(wǎng)絡(luò)的安全性和實(shí)用性，但是，CDN技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中也存在的一定局限性，即第一，當(dāng)前的CDN技術(shù)還停留于只能對(duì)靜態(tài)內(nèi)容進(jìn)行加速;第二，CDN在更新內(nèi)容是需要分發(fā)到其他節(jié)點(diǎn)中;第三，CDN技術(shù)的應(yīng)用成本較高[5]。

2.2CDN技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行比較分析，CDN技術(shù)具有鮮明的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，主要表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

第一，CDN技術(shù)有效破除了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)消耗大且訪問速度慢的問題，促進(jìn)了網(wǎng)絡(luò)性能的提升。傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在分析網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)信息時(shí)需要消耗較大的網(wǎng)絡(luò)寬帶，且網(wǎng)絡(luò)訪問速度遲緩，用戶發(fā)出請(qǐng)求后需要等待較長(zhǎng)的響應(yīng)時(shí)間，然而，在CDN技術(shù)的支持下，不僅極大降低了寬帶消耗、提高了訪問速度，還有效促進(jìn)了網(wǎng)絡(luò)性能的增強(qiáng)，使得網(wǎng)站內(nèi)容使用效果提升。

第二，CDN技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的智能化管理。在網(wǎng)絡(luò)資源管理方面，CDN技術(shù)提高了管理的控制力度和實(shí)效性，能夠通過智能分配路由完成對(duì)流量管理整個(gè)過程的優(yōu)化和完備。

第三，CDN技術(shù)能夠支持用戶對(duì)權(quán)限進(jìn)行修改。當(dāng)用戶獲得相應(yīng)權(quán)限時(shí)，能夠根據(jù)自身的需求對(duì)權(quán)限進(jìn)行修改，而對(duì)于那些沒有權(quán)限的用戶就無法修改網(wǎng)絡(luò)發(fā)送的任何信息，這在一定程度上提高了網(wǎng)絡(luò)中信息的安全性，避免惡意篡改信息的情況發(fā)生。

第四，對(duì)于信息供應(yīng)商來說，他們可以在CDN技術(shù)運(yùn)用管理功能的支持下，對(duì)用戶動(dòng)態(tài)發(fā)送信息，同時(shí)能夠根據(jù)自己的實(shí)際情況對(duì)信息進(jìn)行控制，以此提供信息的利用率和傳輸效率。

3.CDN技術(shù)在IPTV中的應(yīng)用

IPTV在運(yùn)行過程中對(duì)不同用戶需求需要提供不同的服務(wù)，為滿足用戶多樣化的需求，以IPTV傳統(tǒng)的服務(wù)模式很難做到，因此需要進(jìn)行全面升級(jí)和優(yōu)化。此外，在IPTV系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，系統(tǒng)及客戶終端易受到各種因素的影響，再加上整體的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境較為復(fù)雜，信息在傳輸?shù)倪^程中會(huì)經(jīng)常無信號(hào)或是傳輸速度受限的問題，并且隨著信息傳輸量的不斷增加，這一問題越發(fā)嚴(yán)重，最終導(dǎo)致視頻播放不清晰、不流暢等現(xiàn)象的發(fā)生，如今隨著技術(shù)的發(fā)展通過點(diǎn)播服務(wù)可以有效解決這一問題，在最大程度上滿足了用戶的不同需求，但是點(diǎn)播服務(wù)需要CDN技術(shù)的支撐，這樣一來CDN技術(shù)就成為了IPTV系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)。

3.1緩存服務(wù)器

緩存服務(wù)器分布在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的不同位置上，并且這些緩存服務(wù)器能夠接受用戶發(fā)出的多樣化流媒體請(qǐng)求，有最近位置上的緩存服務(wù)器解決用戶的需求，通過連接中心服務(wù)器，將用戶需要的內(nèi)容挑選并分發(fā)給他們。如果近距離地緩存服務(wù)器無法滿足用戶的需求，則CDN技術(shù)會(huì)連接上源服務(wù)器，并將用戶需求發(fā)送到源服務(wù)器上，而后根據(jù)用戶所發(fā)送請(qǐng)求中流媒體內(nèi)容的緩存形式，將相關(guān)信息直接反饋到用戶端上，通常此時(shí)會(huì)有兩種解決方式供用戶選擇，其一，直接銜接用戶終端和源服務(wù)器，從而形成信息交互的關(guān)系;其二，就是以緩存服務(wù)器作為內(nèi)容傳輸?shù)穆窂?，將源服?wù)器上的請(qǐng)求與用戶終端銜接起來，通過源服務(wù)器將用戶需要的信息內(nèi)容發(fā)送出來，最后通過緩存服務(wù)器傳送送到用戶終端中。

3.2緩存服務(wù)器的放置

緩存服務(wù)器與用戶終端間的距離會(huì)直接影響流媒體內(nèi)容傳送效果，所以在放置緩存服務(wù)器時(shí)注意要盡量減少它與用戶終端之間的距離，從而達(dá)到提高IPTV系統(tǒng)服務(wù)等級(jí)的效果。通?？梢岳肅ready算法和傳輸節(jié)點(diǎn)算法來計(jì)算緩存服務(wù)器的最佳放置點(diǎn)。但是，值得注意的是，在計(jì)算過程中要充分考慮系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際工作負(fù)載情況，將節(jié)點(diǎn)與最近中心點(diǎn)間的最大距離作為信息內(nèi)容計(jì)算的重點(diǎn)，而后通過最大距離確定最小度量數(shù)值。

3.3代理緩存服務(wù)器間的協(xié)作

緩存服務(wù)器將用戶需要的流媒體內(nèi)容傳送到用戶終端是一項(xiàng)較為復(fù)雜的工作，這是因?yàn)檫@一過程不僅需要同時(shí)運(yùn)行多個(gè)緩存服務(wù)器，而且需要這些緩存服務(wù)器進(jìn)行有效協(xié)作，由此流媒體內(nèi)容才能順利完成傳送，所以，將CDN技術(shù)運(yùn)用于IPTV系統(tǒng)中之前還需要充分考量代理緩存服務(wù)器間的協(xié)作能力。具體而言，需要將代理緩存服務(wù)器分布于源服務(wù)器以及用戶終端周邊，倘若某一代理緩存服務(wù)器接收到用戶的請(qǐng)求而無法做出相應(yīng)回應(yīng)時(shí)，該代服務(wù)器就會(huì)將用戶請(qǐng)求發(fā)送給上一級(jí)緩存服務(wù)器，而當(dāng)上一級(jí)服務(wù)器以及其他服務(wù)器都不能滿足用戶的需求時(shí)，源服務(wù)器則會(huì)接受并處理用戶的請(qǐng)求，以恰當(dāng)?shù)姆绞綄⒃搩?nèi)容分發(fā)到用戶終端上，通過以上方法大大降低了寬帶消耗。

3.4路由請(qǐng)示系統(tǒng)

CDN技術(shù)通過連接路由請(qǐng)求系統(tǒng)和負(fù)載均衡系統(tǒng)來共同完成內(nèi)容的路由任務(wù)。具體來說，就是在相應(yīng)的路由表中選出最短的傳送路徑將相關(guān)信息分發(fā)到最佳設(shè)備中，通過這種方法不僅能夠提高信息傳送速度，降低網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)負(fù)載量，同時(shí)還提高了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用效率。

結(jié)語

綜上所述，當(dāng)前，基于CDN技術(shù)的強(qiáng)大應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，其在IPTV中已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，同時(shí)也成為推動(dòng)IPTV長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展不可脫離的一大關(guān)鍵技術(shù)。內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)通過六大組成要素的有效連接和協(xié)作，形成靜態(tài)內(nèi)容緩存技術(shù)和動(dòng)態(tài)加速技術(shù)供IPTV應(yīng)用，在IPTV系統(tǒng)中，CDN技術(shù)通過參與緩存服務(wù)器、路由請(qǐng)示系統(tǒng)等部分的相關(guān)工作任務(wù)，極大優(yōu)化的處理程序，提高了訪問速度，提升了用戶滿意度。CDN技術(shù)的出現(xiàn)與應(yīng)用，促使互聯(lián)網(wǎng)資源得到了最大限度地利用，極大地推動(dòng)了我國IPTV行業(yè)的發(fā)展。

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