专利名称：一种分层的内容分发网络及内容分层分发的方法
技术领域：
本发明涉及内容分发网络技术，特别是指一种分层的内容分发网络及内容分层分发的方法。
背景技术：
随着互联网用户的迅速增长和用户对提高互联网服务质量的需求不断增强，传统的由互联网内容提供端(ICP，Internet Content Provider)直接提供信息服务的模式正面临严重的挑战。ICP应用站点一般是在一个或少数几个地方建立物理站点，面向全国乃至全球互联网用户提供信息服务。互联网的自身结构特点和网络带宽瓶颈等问题使得人们访问全球站点时延迟长，效率低。
信息分布是解决这些问题的有效办法，即通过在现有的互联网基础之上建立一层全新的网络——内容分发网络(CDN，Content Delivery Network)，专门用于通过互联网高效地传递丰富的多媒体内容。CDN通过实现用户对网站的就近访问及网络流量的智能分流，大大提高了网络的响应速度，从技术上全面地解决了由于网络带宽小、用户访问量大、网点分布不均等原因而使用户的访问效果受到影响的问题。CDN的技术原理是在现有的互联网络中，将网站的内容从网络的骨干部分推送到最接近用户的网络“边缘”，以减少传输延迟、网络抖动等影响效果的因素，从而提供有序且高质量的服务，使用户能以最快的速度、从最接近用户的地方获得所需的信息。由于这种技术极大地缓解了互联网的拥塞情况，所以网站有能力提供更多类似视频节目、歌曲点播等数据流量巨大的内容服务，同时，在线交易、网上银行等多种业务的可靠性也可得到有效保障。总之，CDN能够将ICP站点的信息预先发布到网络的边缘设备上，使得用户在访问站点时可以在就近的边缘设备上得到快速的响应，从而提高了对用户的服务质量，同时也减轻了中心节点的负荷。
目前的CDN组网结构都比较简单，无论是企业范围、城域范围还是全国范围，采用的都是单级结构，其网络结构如图1所示。CDN的主要组成部件有全局负载均衡器、中心服务器(CS)、边缘服务器(ES)等设备，其网络架构主要可分为中心和边缘两大部分。中心部分一般由全局负载均衡器、中心服务器等设备组成，边缘部分一般由众多的边缘服务器组成，作为给用户提供访问信息的边缘设备部分。ICP站点的信息通过中心服务器被预先发布到各边缘服务器上，各用户对ICP站点的访问请求由全局负载均衡器来调度。从图1所示CDN的组网结构可以看出，虽然CDN的边缘服务器分布在网络的边缘，但作为调度器的全局负载均衡器却仍集中在网络中心。
在上述的CDN网络结构中，一般的用户访问调度流程如图2所示，包括以下步骤步骤201，用户通过浏览器访问环球网(WEB)网站，点击该网站中的内容。
步骤202，用户终端的浏览器请求本地域名服务器(DNS，Domain NameServer)对该网站的域名进行解析。
步骤203，本地DNS向该网站的授权DNS请求解析。
步骤204，该网站的授权DNS通知本地DNS，该网站域名的子域名的授权DNS为全局负载均衡器，并返回全局负载均衡器的IP地址。
步骤205，本地DNS向全局负载均衡器发出解析请求。
步骤206，全局负载均衡器基于一定的预设策略，一般是以轮循方式，选择一个最佳的ES，并向本地DNS返回该ES的IP地址。
步骤207，本地DNS向上述用户终端的浏览器返回上述ES的IP地址。
步骤208，用户根据返回的IP地址访问上述ES，向其发出请求。
步骤209，如果该ES上没有该用户所需的内容，则ES从中心服务器上获取用户所需内容，再执行步骤210；否则，直接执行步骤210。
步骤210，该ES根据上述用户的请求提供其所需的内容。
采用上述方案的CDN虽然在一定程度提高了用户的访问质量，但仍然存在一些问题，使该CDN在服务质量和网络使用效率方面还远未达到完美的程度，例如①难以进行大规模的CDN组网；②由于采用统一集中的调度方式，所以不论覆盖范围有多广，作为调度器的全局负载均衡器都是集中在一起，导致调度器的负载重，响应慢，对调度器的并发负载能力要求也很高；③不能根据用户IP地址检测用户的临近度，精确地进行就近调度；④在内容发布管理方面，只支持下拉(PULL)，不支持推送(PUSH)，主动推送能力弱；⑤选择边缘服务器时没有对内容进行检测，导致访问命中率低，而且没有对网络的忙闲状况进行检测，不能选择流量小的网络提供服务等。
目前，还有一种采用了四层(L4)交换机的方案，在此方案中，L4交换机具有上述方案中全局负载均衡器的功能。此方案的一般用户访问调度流程如图3所示，包括以下步骤步骤301，用户通过浏览器访问WEB网站，点击该网站中的内容。
步骤302，用户终端的浏览器请求本地DNS对该网站的域名进行解析。
步骤303，本地DNS将解析请求转发到L4交换机。
步骤304，L4交换机向该网站的授权DNS请求解析。
步骤305，该网站的授权DNS根据请求解析出多个ES的IP地址，并将这些IP地址返回给L4交换机。
步骤306，L4交换机根据一定的预设策略，如轮循方式，在多个ES中选择一个最佳的ES，并把该ES的IP地址返回给本地DNS。
步骤307，本地DNS向上述浏览器返回该ES的IP地址。
步骤308，用户根据本地DNS返回的IP地址访问该ES，向其发出请求。
步骤309，如果该ES上没有该用户所需的内容，则ES从中心服务器上获取用户所需内容，再执行步骤310；否则，直接执行步骤310。
步骤310，该ES根据上述用户的请求提供其所需的内容。
采用上述方案的CDN仍然存在一些问题，例如所有访问都集中到L4交换机，其负载太重；对于用户的请求，L4交换机只能处理网络协议第四层的信息，而不能处理第七层的信息，即不能对内容进行检测等。
从上述两个方案可以看出，随着用户的增加，目前广泛采用的单级CDN已不能适应大范围、高密度的应用环境，不能实现分布式服务及实现业务负载的地域均衡。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种分层的内容分发网络及内容分层分发的方法，使得CDN的组网方式更加灵活，优化传统CDN的调度方式，进而提高CDN服务质量，且能实现分布式服务及实现业务负载的地域均衡，并能提高访问的命中率。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的一种分层的内容分发网络，该网络由内容发布层、包含至少一级分发子层的内容分发层以及边缘服务层组成；所述内容发布层包括至少一个ICP节点，该内容发布层与内容分发层中的一级分发子层直接连接；所述内容分发层的每级分发子层由至少一个分发节点组成，内容分发层中的最下一级分发子层与边缘服务层直接连接；所述边缘服务层由至少一个边缘服务区组成；内容发布层所需发布的内容通过与其直接相连的一级分发子层中的分发节点逐级向下分发到边缘服务层。
所述的每个ICP节点至少包括一个ICP操作端和至少一个ICP。
所述的每个分发节点至少包括一个煤体管理器(MM)，一个中心服务器(CS)。
所述的每个边缘服务区至少包括一个CS、一个MM、一个媒体请求调度器(MRB)以及至少一个边缘服务器(ES)。
所有边缘服务区中的MRB均分布式部署在每个边缘服务区的局部中心。
所述内容发布层中的ICP节点为与其直接连接的一级分发子层中的分发节点的上一级节点，所述边缘服务层中的边缘服务区为与其直接连接的最下一级分发子层中的分发节点的下一级节点。
一种内容分发网络分层分发的方法，该方法包括以下步骤a、ICP节点将所需发布的内容分发到与其直接连接的内容分发层中的至少一个分发节点；b、在内容分发层内，当前收到内容分发命令的分发节点判断自身是否为最下一级分发子层中的分发节点，如果是，则执行步骤c；如果不是，则从与其直接连接的上一级节点中读取所需发布的内容，存储在本节点中的CS上，并将该内容分发到与其直接连接的一个或一个以上下一级分发节点，返回步骤b；c、当前分发节点根据收到的内容分发命令从与其直接连接的上一级节点接收所需发布的内容，存储在本节点中的CS上，并将该内容分发到与其直接连接的一个或一个以上边缘服务区。
该方法进一步包括用户对ICP的访问，由该用户所在地的边缘服务区内的MRB进行调度，并由该用户所在地的边缘服务区内的CS或ES提供该用户所需的服务。
所述调度至少包括对用户所访问的ICP的域名进行解析、对边缘服务区内的ES进行探测或选择最佳ES。
所述对ES的探测至少包括对ES相对用户的临近度、用户所需内容的有无或网络忙闲状况进行探测。
所述选择是根据ES相对用户的临近度、用户所需内容的有无或网络忙闲状况来确定最佳ES。
与现有技术相比，应用本发明可以组建各种规模的网络，包括城域网、省级网或者全国网。也支持逐级扩容，由城域范围扩展到全省范围，乃至全国范围，使得CDN的组网方式更加灵活。本发明对传统CDN的调度方式进行了优化，采用分布式调度，缩小调度器服务范围，减轻负载，缩短响应时间，能进一步提高CDN网络的服务质量。由于本发明采用了分层分级式的内容分发管理，从而保证ICP只需一点接入，就可实现全网发布，全网服务，从而实现了分布式服务及实现业务负载的地域均衡。同时，本发明可以基于边缘服务器的忙闲状态及用户临近度进行调度，选择相对闲的边缘服务器提供服务，提高服务质量；还可以基于内容进行调度，提高访问的命中率。
图1为现有技术方案的网络结构示意图；图2为现有技术方案一中用户访问调度流程示意图；图3为现有技术方案二中用户访问流程示意图；图4为本发明一实施例的网络结构示意图；图5为本发明一实施例的内容发布流程示意图；图6为本发明一实施例的用户访问调度流程示意图。
具体实施例方式
为使本发明的目的、技术方案和优点表达得更加清楚明白，下面结合附图及具体实施例对本发明再作进一步详细的说明。
本发明的主要思想是采用分布式调度、分层分发的方式进行组网，调度器不是集中在网络的中心，而是分布式部署在各服务区域的局部中心，负责本区域的访问调度；内容的分发管理采用分层分级方式，保证ICP只需一点接入，即可全网发布，全网服务。
本发明所述的分层CDN由内容发布层、包含至少一级分发子层的内容分发层以及边缘服务层组成，以内容分发层由两级分发子层构成的网络结构为例，本发明的网络结构如图4所示组建CDN的主要组成部件有ICP、ICP操作端、中心服务器(CS)、媒体管理器(MM)、媒体请求调度器(MRB)、ES等设备。其中，MM负责处理信令，其主要功能是接受ICP操作端发出的关于内容发布的发布命令，并根据该发布命令向ES、下一级的MM或各级CS发出内容分发命令，并接收ES、下一级的MM或各级CS的反馈信息；各级CS负责中心的内容存储、分发及服务提供；边缘服务层中所有边缘服务区中的MRB均分布式部署于各边缘服务区的局部中心，主要负责本区域网络内的访问调度，实现负载均衡。图4中的实线表示内容的发布和分发的过程；虚线表示内容的发布命令。
上述CDN中的各种组成部件可组合成ICP节点、分发节点、边缘服务区。其中，每个ICP节点至少包括一个ICP操作端、一个或多个ICP；每个分发节点至少包括一个MM，一个CS；每个边缘服务区至少包括一个CS、一个MM、一个MRB以及一个或多个ES；内容发布层由一个或多个ICP节点组成，内容分发层由一级或多级分发子层组成，每级分发子层由至少一个分发节点组成，边缘服务层由一个或多个边缘服务区组成。内容发布层与内容分发层直接连接，内容分发层与边缘服务层直接连接，内容发布层所需分发的内容通过内容分发层分发到边缘服务层。
按连接方式可将上述内容分发层中的各分发子层及各分发子层中的分发节点划分为不同的等级将与内容发布层直接连接的分发节点作为一级分发节点，所有一级分发节点的集合称为一级分发子层，内容发布层中的ICP节点为与其直接连接的一级分发节点的上一级节点；将与一级分发节点直接连接的作用相同的分发节点称为二级分发节点，所有二级分发节点的集合称为二级分发子层，一级分发节点为与其直接连接的二级分发节点的上一级节点；依此类推，边缘服务层的边缘服务区与最下一级分发节点直接连接，所有最下一级分发节点的集合称为最下一级分发子层，最下一级分发节点为与其直接连接的边缘服务区的上一级节点。内容分发层中至少有一个一级分发节点。
内容发布层所需发布的内容先分发到与其直接连接的一个或多个一级分发节点，上述一级分发节点将接收的所需发布的内容分发到与该一级分发节点直接连接的一个或多个二级分发节点，接着该二级分发节点将接收的所需发布的内容分发到与该二级分发节点直接连接相连的一个或多个三级分发节点；依此类推，直至将所需发布的内容逐级向下分发到边缘服务层，从而实现内容的分层分发。
基于图4所示的CDN网络结构，一般的内容发布流程如图5所示，包括以下步骤步骤501，内容发布层中某个ICP节点的ICP操作端向与其直接连接的一个或多个一级分发节点中的MM发出内容发布命令。
步骤502，上述一级分发节点中的MM根据接收到的内容发布命令，向其所在分发节点中的CS发出内容发布命令。
步骤503，上述一级分发节点中的CS根据收接到的内容发布命令，从上述ICP节点的ICP内容存储设备中读取该ICP所需发布的内容，并存储到上述一级分发节点中的CS上。
步骤504，上述一级分发节点中的CS通知其所在分发节点中的MM，上述ICP节点所需发布的内容已经存储到上述一级分发节点中的CS上。
步骤505，上述一级分发节点中的MM向与该节点直接连接的二级分发节点中的MM发出内容分发命令。
步骤506，上述二级分发节点中的MM根据接收到的内容发布命令，向其所在节点中的CS发出内容发布命令。
步骤507，上述二级分发节点中的CS根据接收到的内容分发命令，从上一级CS，即上述一级分发节点中的CS读取需发布的内容，并存储在该二级分发节点中的CS上。
步骤508，上述二级分发节点中的CS通知其所在节点中的MM，所需发布的内容已经存储到上述二级分发节点中的CS上。
步骤509，上述二级分发节点中的MM向与该节点直接连接的边缘服务区中的MM发出内容发布命令。
步骤510，上述边缘服务区中的MM根据接收到的内容发布命令，向其所在边缘服务区中的CS发出内容发布命令。
步骤511，上述边缘服务区中的CS根据接收到的内容分发命令，从上一级CS，即与其直接连接的二级分发节点中的CS读取需发布的内容，并存储在本地CS，即上述边缘服务区中的CS上。
步骤512，该上述边缘服务区中的CS通知其所在节点中的MM，所需发布的内容已经存储到上述边缘服务区中的CS上。
步骤513，上述边缘服务区中的MM向其所在边缘服务区中的ES发出内容分发命令。
步骤514，上述边缘服务区中的ES根据接收到的内容分发命令，从其所在边缘服务区中的CS读取需发布的内容，并存储在该ES上。
经过上述内容发布流程，ICP所需发布的内容就通过上述的分层CDN被预先推送到了网络边缘，即边缘网络中的ES上。上述内容发布流程不但适用于省级CDN，也适用于城域级CDN、全国级CDN。
在本发明所述的CDN网络结构中，一般的用户访问调度流程如图6所示，包括以下步骤步骤601，用户访问WEB网页，点击网站内容。
步骤602，用户终端的浏览器请求本地DNS对用户对该网站的域名进行解析。
步骤603，本地DNS向该网站的授权DNS请求解析。
步骤604，该网站的授权DNS通知本地DNS，该网站相应内容的授权DNS为部署在本地的MRB，并返回MRB的IP地址。
步骤605，本地DNS向浏览器返回MRB的IP地址。
步骤606，用户终端的浏览器访问MRB。
步骤607，MRB对本区域内所有的ES进行探测，根据临近度和内容有无选择最佳的ES，并向浏览器返回该ES的IP地址。
步骤608，该用户访问该ES，向ES提出请求。
步骤609，如果该ES上没有该用户所需的内容，则ES从本地的CS上获取用户所需内容，再执行步骤610；否则，直接执行步骤610。
步骤610，该ES根据上述用户的请求提供其所需的内容。
从上述流程可以看出，本地用户的访问通过DNS解析后，其访问既由本地的MRB进行调度，也由本地的ES提供服务，很好的体现了业务分布式实现的思想。
由于本发明采用分布式调度、分层分发的方式进行组网，因此相对于传统的CDN，本发明具有支持分层分级组网的优点，既可以组建小规模的CDN，也可以组建大规模的CDN；本发明的内容分发管理采用分层分级式，从而保证ICP只需一点接入，就能全网发布，全网服务；本发明由于划分了服务区域，各边缘服务区在本地进行分布式调度，从而有效地减轻了调度器的负载，对网络的状况也能实行更有效的探测。
以上所述实施例是以内容分发层由两级分发子层构成的网络结构为例进行的说明，对于内容分发层由一级或多级分发子层构成的网络结构，本发明也同样适用。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种分层的内容分发网络，其特征在于该网络由内容发布层、包含至少一级分发子层的内容分发层以及边缘服务层组成；所述内容发布层包括至少一个ICP节点，该内容发布层与内容分发层中的一级分发子层直接连接；所述内容分发层的每级分发子层由至少一个分发节点组成，内容分发层中的最下一级分发子层与边缘服务层直接连接；所述边缘服务层由至少一个边缘服务区组成；内容发布层所需发布的内容通过与其直接相连的一级分发子层中的分发节点逐级向下分发到边缘服务层。
2.根据权利要求1所述的内容分发网络，其特征在于所述的每个ICP节点至少包括一个ICP操作端和至少一个ICP。
3.根据权利要求1所述的内容分发网络，其特征在于所述的每个分发节点至少包括一个媒体管理器(MM)，一个中心服务器(CS)。
4.根据权利要求1所述的内容分发网络，其特征在于所述的每个边缘服务区至少包括一个CS、一个MM、一个媒体请求调度器(MRB)以及至少一个边缘服务器(ES)。
5.根据权利要求4所述的内容分发网络，其特征在于所有边缘服务区中的MRB均分布式部署在每个边缘服务区的局部中心。
6.根据权利要求1所述的内容分发网络，其特征在于所述内容发布层中的ICP节点为与其直接连接的一级分发子层中的分发节点的上一级节点，所述边缘服务层中的边缘服务区为与其直接连接的最下一级分发子层中的分发节点的下一级节点。
7.一种内容分发网络分层分发的方法，其特征在于该方法包括以下步骤a、ICP节点将所需发布的内容分发到与其直接连接的内容分发层中的至少一个分发节点；b、在内容分发层内，当前收到内容分发命令的分发节点判断自身是否为最下一级分发子层中的分发节点，如果是，则执行步骤c；如果不是，则从与其直接连接的上一级节点中读取所需发布的内容，存储在本节点中的CS上，并将该内容分发到与其直接连接的一个或一个以上下一级分发节点，返回步骤b；c、当前分发节点根据收到的内容分发命令从与其直接连接的上一级节点接收所需发布的内容，存储在本节点中的CS上，并将该内容分发到与其直接连接的一个或一个以上边缘服务区。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于该方法进一步包括用户对ICP的访问，由该用户所在地的边缘服务区内的MRB进行调度，并由该用户所在地的边缘服务区内的CS或ES提供该用户所需的服务。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于所述调度至少包括对用户所访问的ICP的域名进行解析、对边缘服务区内的ES进行探测或选择最佳ES。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于所述对ES的探测至少包括对ES相对用户的临近度、用户所需内容的有无或网络忙闲状况进行探测。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于所述选择是根据ES相对用户的临近度、用户所需内容的有无或网络忙闲状况来确定最佳ES。
全文摘要
本发明公开了一种分层的内容分发网络，该网络由内容发布层、包含至少一级分发子层的内容分发层以及边缘服务层组成；内容发布层包括至少一个ICP节点，该内容发布层与内容分发层中的一级分发子层直接连接；内容分发层的每级分发子层由至少一个分发节点组成，内容分发层中的最下一级分发子层与边缘服务层直接连接；边缘服务层由至少一个边缘服务区组成；内容发布层所需发布的内容通过与其直接相连的一级分发子层中的分发节点逐级向下分发到边缘服务层。同时，本发明还公开了一种内容分层分发的方法。应用本发明可使得CDN的组网方式更加灵活，优化传统CDN的调度方式，提高CDN服务质量，且能实现分布式服务及实现业务负载的地域均衡，并能提高访问命中率。
文档编号H04L12/54GK1592248SQ0315610
公开日2005年3月9日 申请日期2003年8月29日 优先权日2003年8月29日
发明者熊安元, 何代义 申请人:华为技术有限公司