CN113890849B - 基于内容分发网络、去中心化的回源路由选择系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于内容分发网络、去中心化的回源路由选择方法及系统，将终端用户的动态请求发送至分配给他的加速节点Cache3；加速节点Cache3发现自身与源站WebServer不通，查询路由表，发现可以访问源站的其他Cache；Cache3节点根据自己到其他Cache节点的质量信息，以及其他Cache到源站的质量信息，计算出最优的路由路径，将终端用户的动态请求转发至选中的下一跳Cache节点；系统通过限制转发次数，标记请求来防止请求成环，以解决用户的请求达到某个CDN节点后，如何从该CDN节点选择一条最优回源路径，保证用户的请求通过CDN加速后，降低用户的访问延时，提升网络的可靠性。

Description

基于内容分发网络、去中心化的回源路由选择系统

技术领域

本发明属于网络路由技术领域，具体涉及一种基于内容分发网络、去中心化的回源路由选择方法及系统。

背景技术

近些年来，随着互联网技术的发展，网络已经无时无刻不在影响着人们的日常生活。在互联网CDN(Content Delivery Network，内容分发网络)网络中进行域名访问时，需要解析该域名，获取该域名对应的IP地址(Internet Protocol，互联网协议)，通常一个域名对应一个或多个IP地址。Cache服务器根据解析得到的IP地址和一个IP地址对应的源站建立连接并进行通信。

专利CN 201110160398.1公开了一种Cache服务器选择源站的方法和系统，包括以下步骤：接收Cache服务器发送的IP地址查询请求，并解析出域名对应的IP地址；根据响应源站及对应响应时间的存储记录，确定出响应时间较短的响应源站；将响应时间较短的响应源站作为优选源站，并将优选源站对应的IP 地址信息发送给Cache服务器；Cache服务器访问所述优选源站。该专利通定时循环发送探测请求并存储响应源站及对应响应时间，在存储的响应源站中进行智能化的选择，为用户提供优质的源站，还可以均衡源站负载状况，降低投资成本，提高了网站的可用性和可靠性。虽然该专利可以根据Cache到源站的最短响应时间来给终端客户分配源站服务器，但是这种分配路由的方式存在以下缺陷：

(1)只使用了延时作为评判标准，无法真实地反应出源站的状态，需要增加网络的稳定性，服务器负载状况；

(2)选出最好的源站之后，系统会将所有请求引向选定的源站节点，导致源站部分节点过热，甚至出现拒绝服务的情况，降低最终用户的用户体验；

(3)Cache服务器之间没有交互，用户只能通过自己连接的Cache服务直接访问源站，当此Cache与源站之间的网络不好的时候，会给最终用户造成极差的用户体验；

(4)针对动态请求，系统总是将请求转发至源站处理，但是某些动态请求在一定时间内结果是不会发生变化的，一定程度上增加了源站服务器的压力。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于内容分发网络、去中心化的回源路由选择方法及系统，以解决用户的请求达到某个CDN节点后，如何从该CDN节点选择一条最优回源路径，保证用户的请求通过CDN加速后，降低用户的访问延时，提升网络的可靠性。

为了达到上述目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供一种基于内容分发网络、去中心化的回源路由选择方法，包括；

将终端用户的动态请求发送至分配给他的加速节点Cache3；

加速节点Cache3发现自身与源站Web Server不通，查询路由表，发现可以访问源站的其他Cache；

加速节点Cache3根据自己到其他Cache节点的质量信息，以及其他Cache 到源站的质量信息，计算出最优的路由路径，将终端用户的动态请求转发至选中的下一跳Cache节点；

系统通过限制转发次数，标记请求来防止请求成环。

作为一个总的发明构思，本发明还提供一种基于内容分发网络、去中心化的回源路由选择系统，包括网络探测端、CDN加速服务端；

所述网络探测端用于：定期探测发现Cache节点之间的链路综合质量信息；定期探测源站与Cache节点之间的链路综合质量；定期交换Cache节点自身的路由信息，以及网络拓扑；Cache节点根据自身获取的信息，计算并更新路由表；

所述网络探测端通过多种探测方式获得本Cache节点、目标节点之间的链路综合质量信息，或者其他Cache节点、源站之间的综合链路质量信息，然后计算获取权重值；这比直接用单一的指标更加能够反应网络的实际情况，并能够更好适应算法的变化；

所述CDN加速服务端用于确保用户的动态请求通过加速后，降低用户的访问延时，提升网络的可靠性。

在本申请中，所述CDN加速服务端为现有成熟技术，用于对用户的动态请求进行加速。

进一步，所述网络探测端还用于：1)网络探测端向已知的Cache节点以及源站发送探测包，延时记作CacheDelay；2)获取TCP握手，获取TCP建链时间，延时记作TcpDelay；3)通过http头探测，获取服务器的http响应时间，记作HttpDelay；4)通过ICMP协议或其他方式得到链路丢包率，记作PacketLoss；

网络抖动jitter(N)的计算公式如下：

其中，参数N是探测的次数；

由于网络抖动发生时的持续时间不可预知，通过进行不同次数的测量，然后进行一个综合计算，得到链路层的抖动综合值jitterquality(T)；

jitterquality(T)＝jitter(T)+2jitter(5T)+5jitter(10T) (2)

其中，参数T为探测的次数；

针对服务器的服务能力，经过测试，服务器质量sourcequality(T)计算公式为：

因此，综合延时、网络抖动、源站负载以及丢包率的网络质量quality(T)的计算公式为：

其中，T为探测的次数；quality(T)数值越大表示质量越差。

进一步，所述网络探测端还用于路由交换，具体为：

系统启动时向名字服务器注册自己，同时通过名字服务器获取其他探测系统的位置，并进行路由信息的交换；

系统通过DNS系统(Domain Name System，域名系统)解析一组知名的探测系统，并通过其获取相关的信息；

系统通过服务器发现协议获取网络内其他的探测系统，并获取相关的信息。

更进一步的，系统通过自身的配置文件完成启动。

本发明所述基于内容分发网络、去中心化的回源路由选择方法及系统，通过对网络状态，拓扑结构进行实时探测，最终为用户选择一条最优回源路径，具有以下优点：

(1)综合网络延时、链路的稳定性以及服务器负载状态综合评估目标的质量；

(2)在时效性不强的业务中，Cache可以缓存动态请求的结果，进一步的降低源站压力，改善用户体验；

(3)解决了终端用户所分配到的边缘缓存与源站的网络质量不好而造成用户体验下降的问题；

(4)去除中心计算节点，系统内所有节点都拥有能够自主做出决策的能力，每个节点会尽力与其他结点交换信息，及时响应网络状态的改变，极大的避免了由于中心节点的失败而造成整个系统的失败；

(5)监测系统的回源路径，防止路由成环。

附图说明

图1是本发明基于内容分发网络、去中心化的回源路由选择方法的流程图。

图2是终端用户到源站WebServer的路径选择图。

图3是网络探测端用于路由计算的工作原理图。

图4是网络探测端用于路由交换的工作原理图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明进行进一步说明：

实施例1

本实施例提供一种基于内容分发网络、去中心化的回源路由选择方法，如图1-2所示，包括；

将终端用户的动态请求发送至分配给他的加速节点Cache3；

加速节点Cache3发现自身与源站Web Server不通，查询路由表，发现可以访问源站的其他Cache；

加速节点Cache3根据自己到其他Cache节点的质量信息，以及其他Cache 到源站的质量信息，计算出最优的路由路径，将终端用户的动态请求转发至选中的下一跳Cache节点；

系统通过限制转发次数，标记请求来防止请求成环。

本实施例还提供一种基于内容分发网络、去中心化的回源路由选择系统，包括网络探测端、CDN加速服务端，如图3-4所示，

所述网络探测端用于：定期探测发现Cache节点之间的链路综合质量信息；定期探测源站与Cache节点之间的链路综合质量；定期交换Cache节点自身的路由信息，以及网络拓扑；Cache节点根据自身获取的信息，计算并更新路由表；

所述网络探测端通过多种探测方式获得本Cache节点、目标节点之间的链路综合质量信息，或者其他Cache节点、源站之间的综合链路质量信息，然后计算获取权重值；这比直接用单一的指标更加能够反应网络的实际情况，并能够更好适应算法的变化；

所述CDN加速服务端用于确保用户的动态请求通过加速后，降低用户的访问延时，提升网络的可靠性。

在一个具体实施例中，所述网络探测端还用于：1)网络探测端向已知的 Cache节点以及源站发送探测包，延时记作CacheDelay；2)获取TCP握手，获取TCP建链时间，延时记作TcpDelay；3)通过http头探测，获取服务器的http 响应时间，记作HttpDelay；4)通过ICMP协议或其他方式得到链路丢包率，记作PacketLoss；

网络抖动jitter(N)的计算公式如下：

其中，参数N是探测的次数；

由于网络抖动发生时的持续时间不可预知，通过进行不同次数的测量，然后进行一个综合计算，得到链路层的抖动综合值jitterquality(T)；

jitterquality(T)＝jitter(T)+2jitter(5T)+5jitter(10T) (2)

其中，参数T为探测的次数；

针对服务器的服务能力，经过测试，服务器质量sourcequality(T)计算公式为：

因此，综合延时、网络抖动、源站负载以及丢包率的网络质量quality(T)的计算公式为：

其中，T为探测的次数；quality(T)数值越大表示质量越差。

在一个具体实施例中，所述网络探测端还用于路由交换，具体为：

系统启动时向名字服务器注册自己，系统通过自身的配置文件完成启动；同时通过名字服务器获取其他探测系统的位置，并进行路由信息的交换；

系统通过DNS系统解析一组知名的探测系统，并通过其获取相关的信息；

系统通过服务器发现协议获取网络内其他的探测系统，并获取相关的信息。

由于整个系统是去中心化的，所有计算都是由节点自身完成，这样避免了由于中心的失败造成整个系统的失败，而系统各节点之间的联系需要一定的手段发现对方。

由于每个网络探测端均为自治系统，它不会通过一个统一的中心做决策，完全凭借自身与其他节点的信息交换做出决策，所以调用可能成环。为了防止路由成环，系统将在向其他Cache转发请求时会在请求中增加TTL以及请求的特征ID，如果收到相同特征的或请求的TTL变成0之后，系统将认为此路由路径出了问题，在路由表中标记不可用，并进行全网广播，将请求发送到次优的 cache，如果没有将直接发送至源站。针对被标记的路由路径，系统将定时进行检测，待正常后，解除不可用状态。

应用例

本应用例在内网同一台物理机器中安装两台cache节点，一台对网络不做任何设置，另一台增加网络的抖动；然后使用同一台测试客户端向分别通过这两个节点向目标网站发出一万次动态请求。

从数据中可以看出，虽然延时相差不多，但是如果考虑抖动和丢包率后，质量值却相差较大，并且最终的请求失败率也证明了计算方式的正确性。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (3)

1.一种基于内容分发网络、去中心化的回源路由选择系统，其特征在于，包括网络探测端、CDN加速服务端；

所述网络探测端用于：定期探测发现Cache节点之间的链路综合质量信息；定期探测源站与Cache节点之间的链路综合质量信息；定期交换Cache节点自身的路由信息，以及网络拓扑；Cache节点根据自身获取的信息，更新路由表；

所述网络探测端通过探测获得本Cache节点、目标节点之间的链路综合质量信息，以及其他Cache节点、源站之间的链路综合质量信息，计算出最优的路由路径；

所述CDN加速服务端用于确保用户的动态请求通过加速后，降低用户的访问延时，提升网络的可靠性；

所述网络探测端还用于：1)网络探测端向已知的Cache节点以及源站发送探测包，延时记作CacheDelay；2)获取TCP握手，获取TCP建链时间，延时记作TcpDelay；3)通过http头探测，获取服务器的http响应时间，记作HttpDelay；4)通过ICMP协议得到链路丢包率，记作PacketLoss；

网络抖动jitter(N)的计算公式如下：

其中，参数N为探测的次数；

通过进行不同次数的测量，计算得到链路层的抖动综合值jitterquality(T)；

jitterquality(T)＝jitter(T)+2jitter(5T)+5jitter(10T) (2)

其中，参数T为探测的次数；

针对服务器的服务能力，经过测试，服务器质量sourcequality(T)计算公式为：

因此，综合延时、网络抖动、源站负载以及丢包率的链路综合质量信息quality(T)的计算公式为：

其中，参数T为探测的次数；quality(T)数值越大表示质量越差。

2.根据权利要求1所述基于内容分发网络、去中心化的回源路由选择系统，其特征在于，所述网络探测端还用于路由交换，具体为：

系统启动时向名字服务器注册自己，同时通过名字服务器获取其他探测系统的位置，并进行路由信息的交换；

系统通过DNS系统解析一组知名的探测系统，并通过其获取相关的信息；

系统通过服务器发现协议获取网络内其他的探测系统，并获取相关的信息。

3.根据权利要求2所述基于内容分发网络、去中心化的回源路由选择系统，其特征在于，系统通过自身的配置文件完成启动。

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