CN104660700B - 一种内容分发网络的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种内容分发网络的系统和方法。所述系统包括边缘服务层和智能路由层。所述边缘服务层包括多个边缘节点，所述边缘节点既可以作为用户端的接入边缘节点，也可以作为源站的接入父节点。所述智能路由层向所述边缘服务层提供路由调度策略，所述边缘服务层根据所述路由调度策略进行智能路由选择。

Description

一种内容分发网络的方法和系统

技术领域

本发明涉及内容分发网络，尤其涉及一种针对内容分发网络的新型构架。

背景技术

随着云计算的普及，云化内容导致了对内容分发网络的依赖度更甚。传统的内容分发网络采用“边缘+父”的架构技术。边缘节点(下称“边缘”)离用户端较近，这样能够就近缓存用户所需的网络资源，用户可以就近获取所需网络资源，降低资源的获取时间。父节点(下称“父”)的引入降低了源站(下称“源”)的访问量，如果边缘节点没有缓存用户所需资源，边缘节点不需要直接回源站获取资源，而是通过父节点获取所需资源，一旦父节点已经缓存所需的资源，则不需要再回源站，从而达到降低回源量的目的。

传统的“边缘+父”的内容分发网络的架构方案存在以下两个弊端：

首先，如果“边缘”没有用户所需的资源，或者用户所需资源是动态资源，即用户所需资源不能够被缓存在中间节点，这时候“边缘”需要回“父”(或直接回“源”)获取资源，“边缘”到“父”(或“边缘”到“源”)的不确定的网络环境将直接影响资源的获取时间，这种不确定的因素主要表现在不同运营商的互联节点、骨干网的中转次数等。传统的内容分发网络架构并没有很好的对这种不确定的网络环境进行优化，例如：优化路由、采用私有协议等，导致资源获取时间变得更加不可控。

其次，传统构架中，“边缘”和“父”的概念的区分，在一定程度上，降低了资源的利用率，同时，增大了资源规划和部署的复杂度。资源浪费行为主要表现为两个方面：一是硬件资源浪费，传统架构的“边缘”和“父”在硬件资源规划上没有互用，即使“边缘”空闲也不能当成“父”使用，除非“边缘”在资源规划上被改成“父”；“父”也存在类似“边缘”的情况，即，“父”空闲也不能当成“边缘”使用，这都是硬件资源的浪费；二是缓存资源浪费，传统架构的“父”无法类似“边缘”为用户端提供就近加速服务，导致缓存资源浪费。由于传统架构根深蒂固，若要转变成新架构，需要重新资源规划，并且配置部署上需要重新调整，这也是难点所在。

发明内容

为了解决传统“边缘+父”的内容分发网络架构的两个弊端，本发明提供了一种全新的内容分发网络构架，其允许“边缘”和“父”的概念得以融合，解决了现有技术的弊端。

本发明提供了一种基于边缘服务层与智能路由层相结合的架构的内容分发网络的系统。所述系统包括：

边缘服务层，所述边缘服务层包括多个边缘节点，所述边缘节点既可以作为用户端的接入边缘节点，也可以作为源站的接入父节点；

智能路由层，所述智能路由层向所述边缘服务层提供路由调度策略，所述边缘服务层根据所述路由调度策略进行智能路由选择。

在一个实施例中，靠近客户端的边缘节点为客户端边缘节点，具有传统意义上的边缘节点的功能；靠近源站的边缘节点为源端边缘节点，具有传统意义上的父节点的功能；所述客户端边缘节点与所述源端边缘节点具有相同的功能。

在一个实施例中，所述智能路由层包括：

动态组，所述动态组包括一或多个中转节点，被配置成向中央控制器主动上报调度数据；以及

所述中央控制器，被配置成根据所述动态组上报的所述调度数据进行统筹处理和汇总，生成智能路由决策数据，所述中央控制器本身提供负载均衡以保证服务可靠性。

在一个实施例中，所述调度数据包括负载数据和探测数据，所述负载数据表示动态组的负载状态信息，以用于实现过载分流，所述探测数据表示所述动态组到所述源端边缘节点的往返时间数据。

在一个实施例中，所述边缘服务层被配置成定期从所述中央控制器获取所述智能路由决策数据，定期探测所述边缘节点到所述动态组的往返时间数据，并结合所述智能路由决策数据和所述往返时间数据得到最优的路由调度策略。

在一个实施例中，所述边缘服务层包括多个边缘服务区块，每个所述边缘服务区块由一个或多个所述客户端边缘节点或源端边缘节点组成，其中，所述客户端边缘节点或源端边缘节点包括一个或多个应用服务类型组，各个所述应用服务类型组包括一个或多个物理节点。

本发明还提供了一种基于边缘服务层与智能路由层相结合的架构的内容分发网络的方法。所述方法包括：

提供边缘服务层，所述边缘服务层包括多个边缘节点，所述边缘节点既可以作为用户端的接入边缘节点，也可以作为源站的接入父节点；

提供智能路由层，所述智能路由层向所述边缘服务层提供路由调度策略，所述边缘服务层根据所述路由调度策略进行智能路由选择。

在一个实施例中，靠近客户端的边缘节点为客户端边缘节点，具有传统意义上的边缘节点的功能；靠近源站的边缘节点为源端边缘节点，具有传统意义上的父节点的功能；所述客户端边缘节点与所述源端边缘节点具有相同的功能。

在一个实施例中，所述边缘服务层包括多个边缘服务区块，每个所述边缘服务区块由一个或多个所述客户端边缘节点或源端边缘节点组成，其中，所述客户端边缘节点或源端边缘节点包括一个或多个应用服务类型组，各个所述应用服务类型组包括一个或多个物理节点。

在一个实施例中，所述提供智能路由层包括：

提供动态组，所述动态组包括一或多个中转节点，被配置成向中央控制器主动上报调度数据；以及

提供所述中央控制器，被配置成根据所述动态组上报的所述调度数据进行统筹处理和汇总，生成智能路由决策数据，所述中央控制器本身提供负载均衡以保证服务可靠性。

在一个实施例中，所述调度数据包括负载数据和探测数据，所述负载数据表示动态组的负载状态信息，以用于实现过载分流，所述探测数据表示所述动态组到所述源端边缘节点的往返时间数据。

在一个实施例中，所述方法还包括：

所述边缘服务层定期从所述中央控制器拉取智能路由决策数据，所述边缘节点根据这份智能路由策略，定期探测其到所述动态组的往返时间数据，并结合所述智能路由决策数据和所述往返时间数据得到最优的路由调度策略。

附图说明

本发明的以上发明内容以及下面的具体实施方式在结合附图阅读时会得到更好的理解。需要说明的是，附图仅作为所请求保护的发明的示例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的元素。

图1示出根据本发明一实施例的基于“边缘服务层+智能路由层”的内容分发网络的架构图；

图2示出根据本发明一实施例的智能路由层(即核心服务层)与边缘服务层的交互示意图。

具体实施方式

以下在具体实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任何本领域技术人员了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所揭露的说明书、权利要求及附图，本领域技术人员可轻易地理解本发明相关的目的及优点。

“边缘”和“父”都用于缓存了用户访问的资源，如果“边缘”和“父”的概念融为一体，则“边缘”和“父”的缓存资源可以提前到边缘层上互用，而不是仅仅延后到父层互用。也就是说，“边缘”和“父”的缓存资源都可以同时在边缘层和父层上服务用户，这样可以充分利用节点的缓存资源。两种概念不再区分，可同时简化规划和部署的难度，由两种概念简化成单一概念，配置模板、应用类型规划等都可以使用同一套方法。

由此，为了解决传统“边缘+父”的内容分发网络架构的两个弊端，改进后的技术方案如下。

首先，“边缘”到“父”(或“边缘”到“源”)的网络环境存在许多不确定因素，这些不确定因素可能导致网络传输的延迟问题，从而影响资源获取时间。为了最大化降低这些不确定因素的影响，本发明的技术方案中引入了“智能路由层”，该“智能路由层”位于“边缘”和“父”之间(或“边缘”和“源”之间)，因此，这里也称之为“核心服务层”。该“智能路由层”的作用主要是通过智能选路，降低回“父”(或直接回“源”)的网络延迟，使该段网络环境变得可控。该层主要由中央控制器集群和动态组集群两个部分组成。中央控制器集群负责对数据进行收集、处理和汇总，得到路由调度策略，并将路由调度策略下发边缘服务层。动态组集群包括一或多个路由中间节点(中转节点)，向中央控制器集群主动上报调度数据，这部分数据包含负载数据和探测数据等。边缘服务层根据中央控制器集群下发的路由调度策略，进行智能路由选择，通过动态组回“父”或直接回“源”。

其次，本发明的构架方案引入了“边缘服务层”的概念，将“边缘”和“父”融为一体，对于用户端，“父”是“边缘”，对于源站，“边缘”是“父”，优点是能够充分地利用节点资源。因此，改进后的内容分发网络架构由传统的“边缘+父”的架构变成了“边缘服务层+智能路由层”的架构。

本发明的CDN架构方案不再区分“边缘”和“父”的概念，“边缘”和“父”被融为一体，对于用户端，“父”是“边缘”(后面的“边缘”指用户端接入的节点)；对于源站，“边缘”是“父”(后面的“父”指源站接入的节点)。“边缘”既可以作为特定区域用户端的接入“边缘”，同时也可以充当特定区域源站的接入“父”。传统架构的“父”只能当作“父”使用，“边缘”只能当作“边缘”使用，节点资源利用率不高，这些资源主要是硬件资源和缓存资源等。不区分“边缘”和“父”的概念在一定程度上可以简化内容分发网络的规划和部署，并且可以充分利用节点资源。这里将不区分“边缘”和“父”概念的“边缘”和“父”统称为边缘，因此，该层称为“边缘服务层”。

在一个实施例中，如果“边缘”靠近客户端，则是传统意义的“边缘”，在本文中也可称为“客户端边缘”或“客户端边缘节点”。如果“边缘”靠近源站，则是传统意义的“父”，在本文中也可称为“源端边缘”或“源端边缘节点”。本发明的“边缘”的概念扩大化了，既能充当传统的“边缘”，也能充当传统的“父”。在一个实施例中，客户端边缘节点与源端边缘节点具有相同的系统构架，不再将传统的“边缘”和传统的“父”从物理架构上作区分。

图1示出根据本发明一实施例的基于“边缘服务层+智能路由层”的内容分发网络的架构图。如图1所示，该内容分发网络包括边缘服务层101以及与该边缘服务层相通讯的智能路由层105。

边缘服务层101可以包括多个边缘服务区域块102。每个边缘服务区域块102服务特定区域，边缘服务区域块102的规模由对应服务区域的流量大小和客户类型决定。例如：流量较大的区域通常是较为重要的区域，因此，边缘服务区域块102的规模也会相应的增大。边缘服务层101为客户端103和源站104提供就近接入服务，客户端103可以从最近的“边缘”获取资源，源站104可以从最近的“边缘”响应资源。

边缘服务区域块102包括多个不同或相同的应用服务类型组108，边缘服务区域块102包含哪些应用服务类型组108同样由客户应用类型决定。同一个边缘服务区域块102可以同时包括多个相同的应用服务类型组108，并且分布于不同的机房，提供稳定的服务。

应用服务类型组108可以包括多个物理节点。物理节点的个数由应用的规模决定，通常同一应用服务类型组的物理节点在同一机房，主要是快速的负载均衡和组内资源共享。

智能路由层(也称为核心服务层)105包括中央控制器集群106和动态组集群107。智能路由层105主要提供边缘间(或边缘与源间)的智能路由服务，降低边缘间(或边缘与源间)的网络延迟，降低资源响应时间。

动态组107可以包括多个物理节点，物理节点的个数由区域的流量大小决定，同一个动态组的物理节点允许分布于不同区域，但通常分布同一机房，多个动态组107分布于智能路由层105的各个区域，作为智能路由的关键节点，动态组107分布区域的选择比较关键。边缘服务层101的交互数据经由动态组进行传播，数据传播一般不会经过太多个动态组107，通常控制在两个以内，因为每经过一个动态组107都可能产生一定的网络延迟。动态组对传播数据不做缓存。动态组定期向中央控制器106上报负载数据(一般采用流量数据)和探测数据，这些数据用于中央控制器的智能路由决策。

中央控制器106用于对动态组107上报的负载数据(一般采用流量数据)和探测数据进行处理和汇总，根据特定算法生成智能路由决策，这部分数据包含动态组107的负载等级和动态组107到“源端边缘”(或到源)的探测值，并将该份决策提供边缘服务层101使用。边缘服务层101根据这份决策回源端边缘或直接回源。中央控制器集群106本身提供负载均衡，保证服务的可靠性。

在一个实施例中，本发明的内容分发网络的流程包括：用户端通过DNS接入就近的边缘服务层101的边缘服务区域块102，DNS的主要作用是根据用户IP所在区域和域名所属应用服务类型获取接入的应用服务类型组108的入流量IP。如果边缘服务区域块102存在多个相同的应用服务类型组108，则引流到负载较低的应用服务类型组108。应用服务类型组108根据特定策略方法引流到具体的物理节点。如果用户所需资源已经存在“边缘”，则直接返回用户所需资源，反之，可以从同组节点获取资源，也可以选择回“源端边缘”(或直接回源)获取资源。边缘服务层101会定期从中央控制器集群106拉取智能路由策略，物理节点根据这份智能路由策略，结合所在应用服务类型组108到动态组107的探测数据，智能获取最优的路由方案，例如：经由特定动态组回“源端边缘”更佳。动态组107本身不缓存资源。如果“源端边缘”缓存数据，则不再需要回“源”，否则，回“源”获取资源。

图2示出根据本发明的一实施例的智能路由层与边缘服务层的交互示意图。动态组集群定期向中央控制器上报负载数据和探测数据，负载数据主要用于检测动态组的负载从而实现过载分流，通常采用流量数据，探测数据主要用于动态组到“源端边缘”的RTT(往返时间)探测。

中央控制器用于全局的统筹，根据动态组集群上报的数据，进行统筹处理和汇总，根据特定算法得到每个动态组的实际服务能力和动态组到“源端边缘”的RTT(往返时间)数值，生成智能路由决策数据，这份数据决定边缘服务层的路由选择。中央控制器集群需要保证数据的一致性，并提供集群的负载均衡，保证服务的可靠性。

边缘服务层不需要向中央控制器集群上报任何数据，定期从中央控制器集群获取智能路由决策数据，并且定期探测其到动态组的RTT(往返时间)数值，结合两部分数据最终得到最优的路由方案。算法中结合了区域、域名和应用服务类型等其他信息，从而保障重要区域和域名或实时性要求较高的应用的服务质量。

这里采用的术语和表述方式只是用于描述，本发明并不应局限于这些术语和表述。使用这些术语和表述并不意味着排除任何示意和描述(或其中部分)的等效特征，应认识到可能存在的各种修改也应包含在权利要求范围内。其他修改、变化和替换也可能存在。相应的，权利要求应视为覆盖所有这些等效物。

同样，需要指出的是，虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可做出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。

Claims (12)

1.一种内容分发网络的系统，其特征在于，所述系统包括：

边缘服务层，所述边缘服务层包括多个边缘节点，所述边缘节点既可以作为用户端的接入边缘节点，也可以作为源站的接入父节点；以及

智能路由层，所述智能路由层向所述边缘服务层提供路由调度策略，所述边缘服务层根据所述路由调度策略进行智能路由选择。

2.如权利要求1所述的内容分发网络的系统，其特征在于，如果所述边缘节点靠近客户端，则所述边缘节点为客户端边缘节点，所述客户端边缘节点作为所述用户端的接入边缘节点；如果所述边缘节点靠近源站，则所述边缘节点为源端边缘节点，所述源端边缘节点作为所述源站的接入父节点。

3.如权利要求2所述的内容分发网络的系统，其特征在于，所述智能路由层包括：

动态组，所述动态组包括一或多个中转节点，被配置成向中央控制器主动上报调度数据；以及

所述中央控制器，被配置成根据所述动态组上报的所述调度数据进行统筹处理和汇总，生成智能路由决策数据；所述中央控制器本身提供负载均衡以保证服务可靠性。

4.如权利要求3所述的内容分发网络的系统，所述调度数据包括负载数据和探测数据，所述负载数据表示所述动态组的负载状态信息，以用于实现过载分流，所述探测数据表示所述动态组到所述源端边缘节点的往返时间数据。

5.如权利要求3所述的内容分发网络的系统，其特征在于，所述边缘服务层被配置成定期从所述中央控制器获取所述智能路由决策数据，定期探测所述边缘节点到所述动态组的往返时间数据，并结合所述智能路由决策数据和所述往返时间数据得到最优的路由调度策略。

6.如权利要求2所述的内容分发网络的系统，其特征在于，所述边缘服务层包括多个边缘服务区块，每个所述边缘服务区块由一个或多个所述客户端边缘节点或所述源端边缘节点组成，其中，所述客户端边缘节点或所述源端边缘节点包括一个或多个应用服务类型组，各个所述应用服务类型组包括一个或多个物理节点。

7.一种内容分发网络的方法，其特征在于，所述方法包括：

智能路由层向边缘服务层提供路由调度策略，所述边缘服务层根据所述路由调度策略进行智能路由选择，所述边缘服务层包括多个边缘节点，所述边缘节点既可以作为用户端的接入边缘节点，也可以作为源站的接入父节点。

8.如权利要求7所述的内容分发网络的方法，其特征在于，如果所述边缘节点靠近客户端，则所述边缘节点为客户端边缘节点，所述客户端边缘节点作为所述用户端的接入边缘节点；如果所述边缘节点靠近源站，则所述边缘节点为源端边缘节点，所述源端边缘节点作为所述源站的接入父节点。

9.如权利要求8所述的内容分发网络的方法，其特征在于，所述边缘服务层包括多个边缘服务区块，每个所述边缘服务区块由一个或多个所述客户端边缘节点或所述源端边缘节点组成，其中，所述客户端边缘节点或所述源端边缘节点包括一个或多个应用服务类型组，各个所述应用服务类型组包括一个或多个物理节点。

10.如权利要求8所述的内容分发网络的方法，其特征在于，所述智能路由层包括动态组和中央控制器，所述智能路由层向边缘服务层提供路由调度策略以及所述边缘服务层根据所述路由调度策略进行智能路由选择的步骤包括：

所述动态组向所述中央控制器主动上报调度数据；以及

所述中央控制器根据所述动态组上报的所述调度数据进行统筹处理和汇总，生成智能路由决策数据，所述中央控制器本身提供负载均衡以保证服务可靠性。

11.如权利要求10所述的内容分发网络的方法，其特征在于，所述调度数据包括负载数据和探测数据，所述负载数据表示所述动态组的负载状态信息，以用于实现过载分流，所述探测数据表示所述动态组到所述源端边缘节点的往返时间数据。

12.如权利要求10所述的内容分发网络的方法，其特征在于，所述方法还包括：

所述边缘服务层定期从所述中央控制器拉取智能路由决策数据，所述边缘节点根据所述智能路由策略，定期探测其到所述动态组的往返时间数据，并结合所述智能路由决策数据和所述时间往返数据得到所述边缘节点之间的最优的路由调度策略。