省級(jí)運(yùn)營(yíng)商CDN網(wǎng)絡(luò)升級(jí)需求與升級(jí)方式研究

史旭鵬

（廣東省電信規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司 南京分公司，江蘇 南京 210009）

0 引 言

內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)（Content Delivery Network，CDN）狹義上可以理解為各種流媒體服務(wù)器、存儲(chǔ)系統(tǒng)、管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心，廣義上包括為數(shù)據(jù)中心提供互聯(lián)的承載網(wǎng)[1]。在多年的努力下，通過(guò)不同的應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)，國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)商的IT基礎(chǔ)架構(gòu)已經(jīng)具有了一定的規(guī)模，并有了較多的技術(shù)積累，CDN作為運(yùn)營(yíng)商布局娛樂(lè)視頻業(yè)務(wù)重要技術(shù)支撐手段，其重要性日益凸顯[2]。通過(guò)多年支撐系統(tǒng)擴(kuò)容改造工程的建設(shè)，在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、設(shè)備配置、工程實(shí)施等方面都積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。隨著客戶數(shù)量的持續(xù)增長(zhǎng)與業(yè)務(wù)的不斷升級(jí)，需要不斷擴(kuò)容與升級(jí)現(xiàn)有CDN架構(gòu)。

本文將從各大運(yùn)營(yíng)商的現(xiàn)有宏觀CDN架構(gòu)入手，分析研究大客戶量、復(fù)雜業(yè)務(wù)需求情況下的CDN網(wǎng)絡(luò)升級(jí)思路與方案。

1 CDN網(wǎng)絡(luò)部署現(xiàn)狀

1.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

運(yùn)營(yíng)商組建的CDN網(wǎng)絡(luò)總體采用“管理域+傳輸分發(fā)域+服務(wù)接入域”的3層架構(gòu)，從功能屬性劃分也可分為CDN內(nèi)容中心、調(diào)度控制平臺(tái)與網(wǎng)絡(luò)分發(fā)節(jié)點(diǎn)3個(gè)部分[3]。構(gòu)建全網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)度能力，承載了互聯(lián)網(wǎng)瀏覽、下載、視頻及互聯(lián)網(wǎng)電視等各類業(yè)務(wù)。

管理域、傳輸分發(fā)域包括管理層、調(diào)度控制中心、內(nèi)容中心等，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)容展現(xiàn)管理與調(diào)度等功能。

管理域主要包括對(duì)網(wǎng)間內(nèi)容管理，作為網(wǎng)間內(nèi)容的具象化數(shù)據(jù)體現(xiàn)和數(shù)據(jù)分析中心，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)間內(nèi)容的具象化體現(xiàn)、網(wǎng)間資源質(zhì)量評(píng)價(jià)、相關(guān)數(shù)據(jù)分析等功能。

調(diào)度控制中心為CDN網(wǎng)絡(luò)提供相關(guān)資源運(yùn)營(yíng)管控與訪問(wèn)接入調(diào)度服務(wù)。

CDN內(nèi)容管理負(fù)責(zé)系統(tǒng)與外部系統(tǒng)間的對(duì)接與差異化內(nèi)容添加，并為邊緣接入節(jié)點(diǎn)提供內(nèi)容分發(fā)與內(nèi)容回滾。

CDN技術(shù)通過(guò)在應(yīng)用層的內(nèi)容智能路由技術(shù)上的應(yīng)用，使廣大用戶實(shí)現(xiàn)了就近訪問(wèn)[4]。

內(nèi)容管理層、調(diào)度分發(fā)層由總部統(tǒng)一建設(shè)，邊緣服務(wù)層由各省自行建設(shè)。

1.2 系統(tǒng)邏輯架構(gòu)

CDN網(wǎng)絡(luò)從架構(gòu)角度可劃分為內(nèi)容管理層、相關(guān)內(nèi)容的調(diào)度分發(fā)層和提供各級(jí)用戶接入的邊緣接入層3個(gè)層面，其中內(nèi)容管理層主要包含內(nèi)容管理功能，調(diào)度分發(fā)層包含統(tǒng)一運(yùn)營(yíng)支撐系統(tǒng)、證書管理系統(tǒng)、調(diào)度控制系統(tǒng)以及運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)，此外還包括面向內(nèi)容運(yùn)營(yíng)的內(nèi)容中心，提供內(nèi)容溯源和緩存功能的溯源中心以及區(qū)域調(diào)度中心等7個(gè)子系統(tǒng)，邊緣服務(wù)接入層主要提供服務(wù)接入功能，同時(shí)具備緩存和內(nèi)容分發(fā)的功能。

1.3 常用組網(wǎng)架構(gòu)

CDN交互網(wǎng)絡(luò)電視（Internet Protocol Television，IPTV）的典型組網(wǎng)架構(gòu)一般在運(yùn)營(yíng)商的骨干網(wǎng)層面部署相關(guān)系統(tǒng)，包括運(yùn)營(yíng)支撐子、調(diào)度控制、運(yùn)營(yíng)管理和內(nèi)容溯源等功能，在運(yùn)營(yíng)商省網(wǎng)核心層面部署關(guān)鍵的網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)度和內(nèi)容管理能力，在省網(wǎng)核心及城域網(wǎng)分級(jí)部署用于各級(jí)用戶接入的邊緣服務(wù)接入節(jié)點(diǎn)。建設(shè)統(tǒng)一平臺(tái)、統(tǒng)一內(nèi)容庫(kù)、統(tǒng)一RR，優(yōu)化業(yè)務(wù)流程實(shí)現(xiàn)IPTV平臺(tái)與CDN分發(fā)系統(tǒng)解耦，中心內(nèi)容庫(kù)與邊緣CDN解耦[5]。網(wǎng)絡(luò)一般支持架構(gòu)彈性靈活的組網(wǎng)方案，以滿足業(yè)務(wù)不斷演進(jìn)下的網(wǎng)絡(luò)無(wú)縫升級(jí)改造和能力擴(kuò)展需求。系統(tǒng)在管控角度采用集中化管控模式，通過(guò)調(diào)度和管理系統(tǒng)統(tǒng)一對(duì)內(nèi)容中心、溯源中心、內(nèi)容調(diào)度節(jié)點(diǎn)和邊緣服務(wù)接入節(jié)點(diǎn)進(jìn)行控制，此外運(yùn)營(yíng)商管理的調(diào)度中心支持對(duì)邊緣服務(wù)接入節(jié)點(diǎn)按照相關(guān)規(guī)則進(jìn)行精細(xì)化調(diào)度。

內(nèi)容網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)架構(gòu)受服務(wù)對(duì)象的影響，一般支持根據(jù)用戶的接入量動(dòng)態(tài)擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)整體容量，邊緣節(jié)點(diǎn)支持分級(jí)部署架構(gòu)。從擴(kuò)容方式上看，可通過(guò)增加邊緣服務(wù)接入的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行接入層的水平擴(kuò)展，也支持通過(guò)對(duì)邊緣服務(wù)接入節(jié)點(diǎn)按照業(yè)務(wù)規(guī)則進(jìn)行分級(jí)分層的垂直擴(kuò)展。水平擴(kuò)展較少進(jìn)行內(nèi)容注入，這種方式因內(nèi)容未命中帶來(lái)的回源延時(shí)開銷較小。垂直擴(kuò)展的方式可以使得邊緣服務(wù)接入節(jié)點(diǎn)更適應(yīng)用戶的需求，適合互聯(lián)網(wǎng)電視等流量和帶寬需求較大的內(nèi)容的分發(fā)服務(wù)，進(jìn)一步減少網(wǎng)絡(luò)中分發(fā)內(nèi)容的流量。

2 升級(jí)建設(shè)需求分析

現(xiàn)有CDN主要承載了互聯(lián)網(wǎng)瀏覽、下載、視頻及互聯(lián)網(wǎng)電視等各類業(yè)務(wù)，隨著接入用戶的不斷增多與業(yè)務(wù)的多元化，CDN需要在已有基礎(chǔ)上進(jìn)行不斷升級(jí)改造。運(yùn)營(yíng)商CDN直觀的需求就來(lái)自于客戶接入量的不斷增長(zhǎng)，除此之外還包含技術(shù)升級(jí)、信息安全、管理能力優(yōu)化等多種需求，詳見表1[6]。

表1 CDN網(wǎng)絡(luò)升級(jí)需求分析

此外，從實(shí)際運(yùn)營(yíng)商組網(wǎng)現(xiàn)狀來(lái)看，現(xiàn)有系統(tǒng)中存在大量老舊設(shè)備，CDN功能的改進(jìn)需要對(duì)老舊設(shè)備進(jìn)行同步更換。

3 總體升級(jí)建設(shè)原則

3.1 通用性

運(yùn)營(yíng)商CDN擴(kuò)容需要考慮通用性原則，支持承載多樣化的業(yè)務(wù)，包括運(yùn)營(yíng)商自營(yíng)業(yè)務(wù)、客戶及第三方友商的內(nèi)容；支持多種分發(fā)內(nèi)容形態(tài)；支持多種協(xié)議，包括超文本傳輸協(xié)議（Hyper Text Transfer Protcal，HTTP）、基于HTTP的流媒體網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議（HTTP Living Streaming，HLS）、HTTPS、HTTP 2.0、實(shí)時(shí)消息傳輸協(xié)議（Real Time Messaging Protocol，RTMP）、實(shí)時(shí)流傳輸協(xié)議（Real Time Streaming Protocl，RTSP）；支持多種網(wǎng)絡(luò)類型的接入；支持多種類型終端的加速，包括傳統(tǒng)的PC、筆記本、手機(jī)、機(jī)頂盒以及新業(yè)務(wù)涉及的智能電視、VR終端等；支持IPTV業(yè)務(wù)及互聯(lián)網(wǎng)視頻；支持直播、點(diǎn)播、回看等業(yè)務(wù)形態(tài)。

整體網(wǎng)絡(luò)部署應(yīng)遵循簡(jiǎn)化原則，不應(yīng)引入太多類型的承載技術(shù)[7]。

3.2 開放性

標(biāo)準(zhǔn)接口：內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)整體遵循開放原則，提供標(biāo)準(zhǔn)接口，以便其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)的調(diào)用或其他系統(tǒng)的對(duì)接。

內(nèi)部解耦：運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)從硬件到軟件一般由多家廠家提供服務(wù)，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)以及網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容需要支持不同廠家同時(shí)部署，擁有靈活的部署模式。

互連互通：支持與外部的CDN系統(tǒng)互聯(lián)和協(xié)同工作，支持將運(yùn)營(yíng)商內(nèi)容網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)容分發(fā)至其他CDN或者將其他CDN的內(nèi)容通過(guò)運(yùn)營(yíng)商內(nèi)容網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分發(fā)，支持與其他視頻專用CDN進(jìn)行對(duì)接及融合組網(wǎng)。

3.3 融合性

邊緣服務(wù)節(jié)點(diǎn)同時(shí)具備主動(dòng)分發(fā)和本地調(diào)度能力，可以根據(jù)需求進(jìn)行靈活配置。

4 升級(jí)建設(shè)內(nèi)容

運(yùn)營(yíng)商的CDN擴(kuò)容需求主要來(lái)自于自有業(yè)務(wù)特別是互聯(lián)網(wǎng)電視等業(yè)務(wù)的擴(kuò)容升級(jí)需求。針對(duì)業(yè)務(wù)的實(shí)際需求，整體升級(jí)建設(shè)內(nèi)容包括2個(gè)部分。

（1）現(xiàn)有容量擴(kuò)容。一方面，根據(jù)業(yè)務(wù)接入客戶數(shù)據(jù)規(guī)劃整體CDN網(wǎng)絡(luò)的資源需求，主要在接入層擴(kuò)容對(duì)應(yīng)內(nèi)容分發(fā)服務(wù)器。另一方面，還要進(jìn)行內(nèi)容存儲(chǔ)擴(kuò)容。為滿足內(nèi)容回溯等功能，主要在調(diào)度層擴(kuò)容相關(guān)服務(wù)器資源。部分運(yùn)營(yíng)商現(xiàn)網(wǎng)中調(diào)度層存在不同廠家的設(shè)備與軟件，互相并不兼容，因此需要根據(jù)不同廠家針對(duì)性地?cái)U(kuò)容相關(guān)內(nèi)容存儲(chǔ)資源[8]。

（2）功能優(yōu)化。低延遲功能改造主要在調(diào)度層進(jìn)行低延遲功能改造，部署相關(guān)低延遲直播子系統(tǒng)。除此之外，功能優(yōu)化還包括安全和管理功能優(yōu)化，由于CDN的技術(shù)分布特性，一旦出現(xiàn)不良信息就會(huì)快速分發(fā)到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中[9]。為滿足業(yè)務(wù)不斷增長(zhǎng)帶來(lái)的安全與管理需求，提高內(nèi)容提供商與網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商之間系統(tǒng)內(nèi)容的分發(fā)效率，降低網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商對(duì)已有系統(tǒng)改造的風(fēng)險(xiǎn)，更好地完成媒資文件的傳輸[10]。配置系統(tǒng)擴(kuò)容安全和管理服務(wù)器設(shè)備，并且擴(kuò)容相關(guān)安全與管理功能。

4.1 CDN網(wǎng)絡(luò)邏輯架構(gòu)

針對(duì)業(yè)務(wù)發(fā)展而升級(jí)的CDN架構(gòu)是原有體系架構(gòu)的升級(jí)，并不影響原有系統(tǒng)架構(gòu)。根據(jù)建設(shè)需求，主要在原有網(wǎng)絡(luò)的調(diào)度層新增延遲管理相關(guān)系統(tǒng)，在安全系統(tǒng)中新增安全合規(guī)與惡意內(nèi)容審核等功能。

調(diào)度層主要面向內(nèi)容網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)開展統(tǒng)一的運(yùn)營(yíng)、配置、管理以及用戶請(qǐng)求的統(tǒng)一調(diào)度。除此之外，為確保擴(kuò)容后系統(tǒng)的效率要求，調(diào)度層需要提供出網(wǎng)訪問(wèn)的統(tǒng)一回源服務(wù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)互聯(lián)網(wǎng)電視視頻及其他業(yè)務(wù)場(chǎng)景下的精準(zhǔn)調(diào)度。

邊緣服務(wù)接入層主要包括內(nèi)容分發(fā)、內(nèi)容服務(wù)和訪問(wèn)控制等功能，直接面向客戶及相關(guān)終端提供內(nèi)容分發(fā)服務(wù)。除此之外，在邊緣服務(wù)接入層也需要部署本地調(diào)度、訪問(wèn)控制、文件下載等功能，以滿足客戶接入后的操作功能需求。為滿足擴(kuò)容后降低延時(shí)等需求，當(dāng)邊緣節(jié)點(diǎn)內(nèi)容未命中時(shí)，要根據(jù)相關(guān)策略更高效地向上一級(jí)內(nèi)容源獲取信息。邊緣服務(wù)接入層一般會(huì)根據(jù)區(qū)域和相關(guān)角色等標(biāo)準(zhǔn)劃分為多級(jí)接入結(jié)構(gòu)，整體結(jié)構(gòu)在擴(kuò)容后應(yīng)該能納入統(tǒng)一的管理平臺(tái)接受統(tǒng)一管理。

升級(jí)后的CDN設(shè)計(jì)邏輯架構(gòu)如圖1所示。

圖1 CDN設(shè)計(jì)邏輯架構(gòu)

4.2 組網(wǎng)架構(gòu)

CDN升級(jí)組網(wǎng)如圖2所示，升級(jí)后的整體組網(wǎng)架構(gòu)在運(yùn)營(yíng)商骨干網(wǎng)層面部署統(tǒng)一運(yùn)營(yíng)支撐子系統(tǒng)、調(diào)度控制子系統(tǒng)，在省級(jí)層面部署區(qū)域調(diào)度系統(tǒng)及內(nèi)容中心與邊緣服務(wù)節(jié)點(diǎn)。整體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)依托于運(yùn)營(yíng)商現(xiàn)有的骨干網(wǎng)、核心網(wǎng)以及城域網(wǎng)建設(shè)基礎(chǔ)。相對(duì)于其他CDN服務(wù)供應(yīng)商，運(yùn)營(yíng)商的現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)和技術(shù)基礎(chǔ)能保障CDN網(wǎng)絡(luò)更好地發(fā)揮效益，為客戶提供服務(wù)。

圖2 CDN升級(jí)組網(wǎng)

5 結(jié) 論

隨著運(yùn)營(yíng)商客戶數(shù)量的不斷增多與整體CDN承擔(dān)業(yè)務(wù)的愈發(fā)多樣化，服務(wù)提供商的CDN必須不斷地?cái)U(kuò)容與演進(jìn)。在現(xiàn)有系統(tǒng)上的技術(shù)更新，不僅依靠已有的技術(shù)積累和新的技術(shù)加入，同時(shí)也需要基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)維管理、系統(tǒng)日常運(yùn)維保障等方面的技術(shù)資源積累，完善的網(wǎng)絡(luò)升級(jí)方案才能使整體網(wǎng)絡(luò)更加安全與高效。