CDN技术的主要机制和关键技术研究

CDN技术的主要机制和关键技术研究

常巍

南京中兴新软件有限责任公司， 江苏 南京 210000

摘要：随着互联网用户数量的不断增加，网络服务器负荷原来越大，而联网数据传输的服务质量和服务器的响应效率对用户的网络体验具有直接影响。文章主要研究了CDN技术的主要机制和关键技术，通过分析相关内容进一步探索CDN技术应用方向及有效性。

关键词：CDN技术；主要机制；关键技术

引言

CDN是分布式的内容分发网，它是属于一种基于数据网络上进行构建而成的。CDN技术主要采用了流媒体服务器集群技术，以此改善单机系统输出带宽的服务性能，以及弥补其并发能力不足的缺点。CDN技术能够实现最大限度地提升系统支持的并发流数目，从而有效控制单点失效问题的发生，减少其对网络用户带来的不良影响。在互联网信息技术的高速发展以及互联网服务覆盖持续扩张的背景下，由于服务器处理能力有限，且受庞大用户群体的网络访问活动影响，网络拥塞导致网络波动起伏较大等问题时有发生，传统的交互技术与传输结构已经无法满足网络用户实际需求。基于此，文章通过对CDN技术的主要机制和关键技术进行研究，探讨该技术的可行性。

1 CDN技术的主要机制

1.1CDN体系结构

CDN的基本性质是提高网络访问速度的一种技术，又被称为是内容分发网络技术。如果要考虑到充分保证网络内容在整个网络环境中，向其他接收端进行持续性的高效分送，那么则需要结合网络流量特征、用户访问特征等多个因素，对CDN技术予以利用，而且需要对用户的网络访问请求能够快速进行数字化的定量分析。整个运行过程可以从以下几个网络体系结构进行分析。首先，内容缓存系统，在CDN中也叫作服务节点。系统分散与IDC机房的功能服务主要是实现互联网访问内容的实时缓存，以及对用户的网络访问请求作出响应^[1]。不同分布的服务节点由服务器集群组成，基于实现设备负载均衡的功能可以促进单个节点的负载能力提升，并且还能进一步增强节点的可扩展性，是实现大规模用户访问的基本保障。其次，日志系统。日志系统对于排查系统故障点、检测技术服务质量与记录管理等有较大助益，日志系统基于节点缓存软件的辅助下，对用户的流量日志和网络访问记录进行自动更新和文件打包，然后反馈给主系统进行数据统计分析等，最后结果用于CDN服务计费。再次，监控系统。监控系统主要作用于设备、网络及应用三个方面，基于实时监控功能检查是否超出固定阈值，并通过监控中心发出警告。监控系统能够实时为CDN运营、故障排查等提供数据支撑。最后，调度中心。调度中心需要根据最优的节点预设方案提前进行铺设，然后结合故障调度方案与路径探测结果作为基础支撑，通过全面分析后能够为用户的网络访问行为，提供适用的网络访问路径。

1.2CDN技术工作流程

第一，当CDN技术为用户网络方位提供基础服务的时候，CDN一般会结合服务网站所提供的域名配置调度策略及其覆盖策略，给出一个专项的服务域名。其中，服务网站会通过配置别名记录（CNAME），将自身的服务域名衔接到某个专项服务域名，这种处理方式的过程中由CDN调度中心占据技术主导，即CDN调度中心拥有解析权。第二，当用户发出网络访问等请求或指令时，网页浏览器在接收到用户请求后会向本地的DNS请求域名解析。简单来说，就是针对用户请求由DNS进行关键词标注，向浏览器提供具体的访问范围与内容导向，本地主机将结果反馈给浏览器后由CDN衔接浏览器服务域名进行处理。如果本地DNS针对用户请求的相关内容已经缓存该域名，则会直接响应CDN节点IP继续工作。如果本地DNS之前没有缓存该域名的解析信息，则首先需要进行递归解析提供导向内容。第三，当完成以上工作流程，最后用户端获得CDN节点IP后，用户从本地向该IP发起网络访问请求时，与之相应的CDN服务器会自动对用户的请求进行响应与后台处理。

2 CDN关键技术

2.1内容路由技术

内容路由技术在CDN关键技术中具有导向、分析、针对性处理等作用，是CDN技术的重要支撑。内容路由技术的主要目的是为了当多个远程用户同时发出网络访问求时，能够对多个请求起到均衡处理的作用。如此，能够保障用户快速从最优路径获取到其需要的内容信息，并且确保信息源的有效性。其中， CDN技术的内容路由技术中，负载均衡是基础且重要的算法之一，起到了支柱作用。在CDN系统中，负载均衡算法是决定本地整个CDN网络是否能实现高效运行的关键。负载均衡系统主要负责将用户的访问请求分派给网络中的最优节点。而网络路线的最优节点一共有两种，其一是距离用户最近的节点，其二是节点到用户之间的最优路径。

2.2内容分发技术

内容分发技术在CDN关键技术中是前提与基础。实现内容分发技术的实质是基于CDN源站，向其他节点服务器进行内容分发的一个工作过程。一般情况下，CDN内容分发技术可以细分为两大板块：主动分发和被动分发。其中，CDN内容分发技术进行主动分发时，通常并不会考虑到用户请求的具体类型，而是基于统一工作模式，由内容管理系统将用户请求的内容从中心服务器向各边缘服务器进行分发工作。主动分发技术比较适用于热点内容场景中。当CDN 进行被动分发时，则会充分结合用户的请求类型进行工作，并且分发时相对不受分发策略的活动限制。被动分发技术主要适用于本地服务器缺少用户请求内容作为依据的情况下，此时，CDN会进行层级递进不断向上回源进行内容查找。

2.3内容存储技术

内容存储技术在CDN关键技术中，相当于CDN运行的“安保”。内容存储技术负责的工作内容主要是对CDN网络中的内容进行全方位的存储管理。由于内容的格式、大小、类型等要素存在一定的差异性，因此，内容存储技术在CDN中的作用不容小觑^[2]。其中，内容存储技术不仅需要保障边缘服务器的内容格式兼容，同时需要保证存储器的可靠性、稳定性都处在较高水平，并且要支持多文件下的文件吞吐率不受到干扰与过多影响。而从源站服务器的需求来看，CDN技术的内容存储技术需要优先考虑和保障的因素主要是内容数量与内容占用空间，内容存储技术采用特定存储架构进行存储，保障内容的稳定与有序。CDN的内容存储技术是CDN网络中不可或缺的一项技术，内容存储的可靠性与稳定性决定了CDN技术的实效性。目前一些运用到CDN网络的工作内容中，会优先考虑采用RAID技术来进一步提升存储的可靠性。

3 CDN关键技术的应用

3.1 CDN静态内容缓存技术

当前阶段关于静态内容缓存技术的应用分析中，指出其主要内容是通过反向代理的方式，根据用户高频率访问的互联网静态内容，进行边缘节点的内容预存等工作。当用户发出相关的访问请求时，CDN技术会根据预先缓存的内容及策略基于就近原则向浏览器发放内容。如此一来，能够对网络远距离传输中携带的各类不确定因素进行有效排除，从而实现对用户的本地高带宽进行高效利用，进一步提高用户服务器的响应速率。过程中包含的CDN关键技术主要有：内容筛选、切片以及分段缓存技术；内容热度管理技术；内容存储及其位置管理技术；内容预取缓存技术；协议转换与优化技术；负载均衡技术等。其中，负载均衡技术主要负责均衡互联网的远程用户访问量。负载均衡技术可以分为服务器负载均衡技术和全局负载均衡技术两大类，其功能服务主要针对服务器资源和带宽资源的整合工作。负载均衡技术的作用原理是通过网络流量尽可能地进行均匀分配，而后再利用相同的服务器去执行任务和处理问题。该技术能够实现对不同网络节点的均匀利用，从而避免主机发生造成服务器过载等问题，导致整体服务器瘫痪等不利状况。

3.2 CDN动态加速技术

现阶段使用的动态加速技术，其主要构成包括：网络实时探测技术、访问最优路径算法、网络协议优化处理技术、数据压缩技术等。CDN动态加速技术主是通过高效率的动态内容分发，从而达到互联网内容及时响应的目的。而运用这一技术的主要原因，是因为一些网站的访问响应速率往往会受到各类因素的制约与影响，导致用户的网络访问体验感较差等。例如，带宽瓶颈、骨干网拥塞、网络波动大、网站服务器的处理能力低下、访问距离过长导致内容处理超时等。而这些制约因素的优化方法是基于CDN动态加速技术实现的^[3]。简而言之， CDN技术有利于数据传输路径的智能化管理，并且能以最快的速度将内容数据递送至目的地。结合实现CDN动态加速的具体流程与作用机制来看，首先要确保用户基于CDN 进行访问的行为，可以通过域名解析获取最近的节点服务。然后，在此基础上要保证节点探测的访问速率满足用户需求，包括边缘节点已经完成内容存储，且动态路径算法计能够给出最合适的转发节点路径。所以当用户请求到达时，可以快速实现数据转发回源以及原路返回响应。

结语

综上所述，CDN技术能够通过负载均衡、动态分发等技术，保障用户的互联网访问速度和质量等。CDN技术不仅是一项当今互联网快速发展阶段的重点研究技术对象，还是组建未来网络高速公路的重要技术。

参考文献

[1]彭小英. 基于云计算的CDN平台流媒体分发关键技术研究[J]. 产业创新研究,2021,(20):133-135.

[2]张小强,曾强,谢崇斌,赖材栋. 基于流式处理的CDN异常智能检测技术研究[J]. 科技创新与品牌,2021,(08):76-77.

[3]李英斌. CDN动态调整技术及其在新媒体直播领域的应用[J]. 现代电视技术,2020,(11):68-71.