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CDN系统的设计与研究分析 　　1引言 　　随着互联网的普及和发展，个人计算机的性能也在不断地提高，现有网络服务质量受到了考验。由于网民数量的急剧增加，用户与网站之间的链路由于大流量访问造成拥塞的机率也大大增加，访问质量大受考验;异地用户访问网站的数量也提高了，网络距离过长而导致访问的质量也受到严重影响。因此，内容分发网络技术应运而生。 　　2概述 　　CDN，全称ContentDistributionNetwork，即内容分发网络技术。其原理就是在用户和网站中间添加一层新的智能化网络架构，通过将网站的内容分发到距离用户最近的边缘节点，用户能就近获取到相应的内容，由此解决了异地的访问质量的问题;再者，用户对网站的访问分散到各个边缘节点，源站的访问负载也随之下降，大并发造成的拥塞机率也大大下降。 　　CDN系统一般分为3层，即中心、骨干、边缘3个节点，较小的CDN系统可以只选取中心、边缘两个节点。 　　3关键技术 　　CDN的实现需要依赖多种网络技术的支持，其中包括了缓存技术、本地负载均衡技术、全局负载均衡技术、内容分发技术这几个关键性技术。 　　3.1缓存技术 　　缓存技术是通过缓存用户需要访问站点的内容，将用户所需的内容缓存到距离用户最近的节点，可以快速响应请求，提升了用户获取所需资源的速度。宏观上来说，CDN系统可以认为是一个庞大的分布式缓存系统。 　　缓存服务器的空间是有限的，并且随着时间的推移，缓存内容的流行度随之降低，用户对这部分内容访问需求也减少了，所以需要对缓存周期性地进行替换删除，腾出空间给新的热点资源，提高缓存空间的重复使用率，称这个过程为缓存替换。 　　现在流行的替换算法主要有以下这几种： 　　(1)LRU：即最近最少使用(LeastRecentlyUsed)算法，每当一个缓存文件被访问时，算法更新文件的最后访问时间，需要空间时将最后访问时间最早的文件进行删除。 　　(2)FIFO：即先进先出算法，当缓存空间达到设定的上限时，则从队列头部开始替换内容。 　　(3)SIZE：大小替换算法，记录目标文件的大小，在缓存服务器进行替换时，将大于某一体积的文件进行替换。 　　(4)LFU：最少频率使用算法(LeastFrequentlyUsed)，每当缓存中的文件被访问时(HIT)，则将其对应的访问次数加1;当缓存空间达到设定的上限时，从访问次数最小的文件开始驱逐，直到可以容纳新文件。 　　3.2负载均衡技术 　　负载均衡在CDN系统中是起内容路由的作用，将用户的请求导向整个CDN系统中对用户而言最佳的节点。负载均衡一般可以分为全局负载均衡(GSLB)和本地负载均衡(SLB)两个层次。负载均衡的准确性和效率直接决定了整个CDN系统的性能和效率。 　　3.2.1全局负载均衡 　　全局负载均衡(GSLB)作为全局的调度系统，充当着对CDN的所有节点之间进行流量调配，保证调度用户到最近的节点(或区域)。因此，全局负载均衡的主要功能是实现就近性判断。 　　目前全局负载均衡系统一般采用DNS来实现，具体的流程如下： 　　(1)用户访问网站，首先通过本地DNS发起DNS解析。 　　(2)本地DNS重定向到实现全局负载均衡(GLSB)转交DNS请求。 　　(3)GLSB根据转交请求的本地DNS执行负载均衡判断，返回被确定的最佳CDN节点的IP地址。 　　然而基于DNS重定向的技术也存在不少缺点，(1)依赖于DNS数据的及时更新，(2)不能得知服务器之间的差异来进行权值分配。 　　3.2.2本地负载均衡 　　本地负载均衡是为了解决网络负荷过重、数据流量过大的问题，通过将数据流量均衡地分配给服务器集群内部的服务器，充分利用现有资源，避免服务器单点失效而造成损失，而且后期扩展操作简单，不需要更改现有网络结构。常使用反向代理实现本地负载均衡。 　　反向代理是通过将缓存服务器放置在Web服务器的前端，作为代理Web服务器接受来自所有用户的http请求(需要DNS域名解析配置)，对用户而言，代理服务器就像是原始服务器。反向代理工作方式可以利用在加密、缓存动态内容、文件压缩和抗攻击等方面，也是CDN最常采用的方式。 　　常用的负载调度算法： 　　(1)轮询：将请求循环分配到服务器集群中的每台有效服务器。 　　(2)加权轮询：轮询请求，通过服务器的处理能力为服务器分配权重，充分利用资源。 　　(3)最少连接数：通过动态地将网络请求调度到已建立的链接数最少的服务器上，避免阻塞。 　　3.3内容分发