CDN与Cache的技术特点及融合思路

CDN 与Cache 的技术特点及融合思路

宋兵

（中国移动通信集团设计院有限公司安徽分公司，合肥 230041）

摘　要　结合现阶段需求，重点分析了CDN与Cache的技术特点、分散建设模式下存在问题，并提出了CDN与Cache

的融合思路。

关键词　Cache; CDN; 调度

中图分类号 TN915 文献标识码 A 文章编号 1008-5599（2015）01-0073-05

收稿日期：2014-08-20

1 概述

视频流早已成为互联网最主要流量，随着视频业务高清化及OTT 等业务的发展，运营商网络压力越来越大。通过网络扩容或部署DPI 进行封堵难以解决根本问题，而CDN 与Cache 可实现将内容引入网内，并推送至用户边缘，这在提高本网率、提升用户体验、节省传输带宽、降低网间流量等方面均可发挥重要作用。

而当各省独自建设网络时，会缺少对内容、管理及调度上的协同，CDN 与Cache 的差异、能否融合以及融合型CDN 的建设思路是本文重点探讨的问题。

2 CDN 与Cache 的技术比较

2.1 CDN 与Cache 的技术特点

CDN 可以实现将分散于互联网各处的内容汇聚于网内，并推送至靠近用户的边缘节点，就近为用户提供服务。Cache 是通过分光或DNS 重定向方式截取用户

的正常互联网访问需求，根据用户的请求热度对内容进行缓存，再次发起请求时，将用户的请求重定向至Cache 系统，由Cache 系统向用户提供服务。两者既有相似也有不同点，从业务流程的差异上可比较出两者的技术特点。

2.1.1 CDN 的业务流程

在未使用CDN 时，用户的域名解析请求通过本地DNS 定向至源站授权DNS，授权DNS 将资源的IP 地址返回至用户，用户向此IP 发起访问请求。而当使用CDN 后，源站授权DNS 并不是将资源的IP 地址直接返回用户，而是返回一条CNAME 记录至本地DNS(因与源站的签约合作关系，所以源站会这么做)，然后本

地DNS 定向请求至CDN 的流量调度系统，流量调度系统负责将网内最优的服务节点的IP 地址返回给用户。流程如图1所示。2.1.2 Cache 的业务流程

以WebCache 为例，解析用户原始请求，发送重定向报文引导用户访问本地的缓存系统，若已缓存，直接

下发至用户。若未缓存，下载至缓存系统为用户提供服务。 业务流程如图2所示。

（1） 用户发起对某域名的DNS 解析请求；

（2） 本地DNS 在转发策略中将需要加速的域名列表指向WebCache 的重定向子系统； （3） 重定向子系统将域名解析为缓存子系统IP 地址，并返回至用户； （4） 用户向缓

存子系统IP 地址发

起HTTP 请求；

（5） 缓存子系统根据请求的URL 返回相应内容。 通过上述流程可看出，CDN 方式与源站有关(源站授权DNS)，而Cache 与源站无关；CDN 适合对签约内容的主动注入，Cache 主要实现对热点资源的被动缓存。

2.2 CDN 与Cache 的比较分析

目前，两者在运营商均有大规模的部署应用。结合技术特点以及在网络中的实际部署情况分析，二者在支持文件类型及分级部署的架构上相似，但在业务支持、缓存方式、调度方式以及控制、回源和运营方面存在差异，如表1所示。

3 建设模式分析

随着宽带用户规模和网络流量的快速增长，各省运

类别 CDN

Cache

业务支持

签约内容，包括自有业务以及签约了CDN

服务的互联网站点

开放的互联网内容，但部分内容类业务无法加速(如互联网电视)缓存方式 以主动缓存为主，主动、被动缓存均支持以被动缓存为主，通过改造可支持主动缓存(如中国移动上海视频基地的

Cache )

调度方式 DNS CNAME 机制，需源站配置局数据 采用监听、拦截等方式，无需源网站签约

控制力度 由源站将调度权转交给CDN

由运营商自行控制，根据网内或省内的需求灵活设置加速白名单统一回源 支持

通过研发可实现以内容中心为统一回源点运营支撑支持B2B 运营，全局的报表和日志

区域的报表和日志

表1 CDN与Cache的比较

图1 CDN的业务访问流程

图2 WebCache的业务访问流程

营商陆续进行互联网电视CDN、省内Cache等相关平台的建设，为本省互联网用户提供加速服务。在流量本网率的提升方面效果明显，但也存在一些问题。

3.1 重复的缓存和回源，增加建设成本

主要存在CDN与Cache间内容的重复、不同省份间内容的重复。重复内容造成硬件平台的重复投资，另外相同内容多次回源形成了结算的增加。

3.2 竖井式发展，缺乏调度协同

省内在进行内容引入时，在调度机制上框定了本省的地址范围，即使相邻省份的访问也是被内容源站所调度，往往难以得到最优的访问路径，即对于A省已引入的资源与B省难以有效共享。此外，多个省份往往与同一个内容源站进行签约合作，这也增加了经济和人力上的重复开销。

3.3 规模效应不明显

因为缺少统一的内容管理和调度机制，难以形成CDN与Cache间、不同省份间资源的协同，形成庞大的规模效应。

因此，优化建设模式、整合内容资源、统一管理和调度，使内容源自全网、服务于全网，建设一个融合型CDN已成为发展趋势。

4 融合思路建议

4.1 关键问题分析

4.1.1 融合不是取代，两者将长期共存

CDN面向自有业务及签约互联网内容，根据业务需求以主动授权方式进行分发加速。Cache面向开放的互联网内容，是非签约内容。CDN主要负责大型的、服务流量靠前的内容源站以签约的方式引入。数百万计的庞大规模使得CDN不可能更无必要去完成对所有网站的引入。因此，当CDN覆盖不到时、或新增内容CDN来不及覆盖时，由Cache完成其中的热点资源的引入。两者在引入内容的范围上互为补充，而如何实现Cache基于访问热度缓存的内容与CDN方式下有计划的引入的内容的互斥、如何实现分省引入内容的全网服务和最优调度，便成为两者存在融合点之所在。CDN 建设初期，与Cache作为网内两种独立的方式进行流量疏导，当签约内容成为网内主要流量成份时，Cache的需求将逐步降低，但也不会被替代，两种将长期共存，共同提供服务。

4.1.2 管理与调度的统一，是融合的目标

内容引入方式、覆盖范围不同，CDN和Cache的服务器节点将会共存，只是容量上此消彼长而已。那么融合的概念主要体现于管理与调度等方面的统一。融合时，需要解决的问题主要包括：

（1）统一的调度、回源、呈现和监控；

（2）既能支持全国范围内的运维，又可支持分省的运维；

（3）各省已建CDN和Cache可利旧，各省可自主平滑扩容平台；

（4）各厂家可协同建设，支持统一的规范及演进思路；

（5）能够支持自有业务和互联网业务的加速，支持能力的对外开放和运营。

能解决上述问题的系统可称之为“融合CDN”。4.1.3 解耦，是实现融合的关键点

对软件的掌握和开放能力构成了对CDN运营的基本要求，要实现对系统的自主掌控必须解耦(包括不同子系统间接口的解耦、软硬件平台的解耦)，需由运营商通过制定标准的接口规范、设备规范、技术要求来实现不同厂商平台间的对接，承建厂商也应在承诺开放接口、支持接口规范和相关能力的厂商中选择。 解耦后的系统架构会更清晰，升级、替换、利旧、维护更便捷，可以打破垄断和缩短建设周期。

4.2 建设思路建议

建设融合型CDN网络时，在实现内容的管理与调度、业务的快速对接、良好的视频体验以及稳定易维护等方面需具备解决方案，特别是对已建设的Cache和CDN需能平滑演进。