CDN网络中多链路负载均衡流量管理技术分析与研究

摘要：该文介绍了一种CDN网络中多链路负载均衡流量管理技术，给出了测量服务器负载情况的网络模型。这种多链路负载均衡流量管理技术能够在CDN中高效的完成内容分发和路由，使得用户网络请求能够得到更优的服务响应，特别是当一个ISP的链路发生故障时，访问的流量自动、无缝的被切换到另外的正常链路上。该技术对于寻找评价服务器负载更有效的模型非常有帮助，因此具有非常好的应用前景。

关键词：CDN网络；多链路；负载均衡；流量管理

中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)13-3086-02

CDN Network in the Multi-link Load Balancing Traffic Management Technology Analysis and Research

WANG Xiao-wei

(Zhongwei Power Supply Bureau,Ningxia Electric Power Company, Zhongwei 755000,China)

Abstract: This paper introduces a multi-link load balancing in a CDN network traffic management technology, network server load measurement model. This multi-link load balancing traffic management technology in the CDN and efficient content distribution and routing, allows the user to a network request to get a better service response, especially when an ISP link fails, traffic access automatically seamless switch to another link. The technology for finding a more effective model to evaluate the server load is very helpful, so it has very good prospects.

Key words: CDN network; multi-link load balancing; traffic management

1 CDN网络与负载均衡路由协议

目前，内容分发网络技术（Content Distribution Network，CDN）已经在网络中广泛应用。采用CDN技术可以使用户快速的获得想要的内容，有效地缓解网络堵塞，增加用户访问网络的响应速度。负载均衡技术是CDN中四大主要元素之一，它可以保证用户的请求指向最近的边服务器，从而使得网络内容能以最小的负载、最有效率的方式分发。

目前提出的负载均衡路由算法多种多样，而选路准则不再采用普通的MANET中的路由算法，而是通过一些能够反映网络负载状态的信息来作为选择准则。由于现有的ad hoc路由协议缺乏网络负载均衡能力，而且没有考虑网络中的每个节点的寿命，这对组网造成了诸多不便。如果在CDN网络中，采用多链路负载均衡流量管理技术，可以选择最优路径的。

2使用链路控制器的优势与负载均衡技术

传统上，多宿主网络采用边界网关协议来管理和路由流量。BIG-IP链路控制器可构建可靠的广域网(WAN)连接，提供企业级互联网连接能力；借助速率调整(Rate Shaping)使WAN链路带宽的使用更为高效；采用压缩技术减少WAN链路带宽的消耗；通过基于TCP Express的TCP/IP优化，显著改善WAN链路性能；借助BIG-IP链路控制器，您无需再购买大型路由器、与ISP进行协作或安排专门的人员和IP地址来运行BGP，同时仍能够将流量导向至最佳路由路径，为用户提供最高质量的服务和速度。

为了在CDN中高效的实现负载均衡，首先要解决两个问题，一个是如何获得和维护动态网络拓扑信息，另一个是如何寻找离用户组近的边服务器。采用分布式装箱技术是快速获得边服务器和客户终端的拓扑信息的最好方法。该策略不太需要网络基础结构，因此更具有可操作性和扩展性。用此策略得到的网络拓扑信息可以有效的解决CDN中负载均衡问题。分布式装箱策略如下：

在该策略中，一个网络节点只需要测量它自己与界标之间的距离，而不需要知道界标之间的距离，也不需要从界标节点知道其他节点到界标节点的距离。界标节点也不要做交叉测量，同样不需要收集和扩展测量的信息。分布式装箱对于一个或更多个的界标节点的错误比较鲁棒。

3负载均衡管理的网络模型

基于上述的分布式策略，假设CDN中的每个边服务器和客户终端均有自己相应的表：IP地址。利用这些拓扑信息，可以轻易的在CDN中实现客户端聚集、边服务器选择和总体动态的负载均衡。

为了描述CDN中的负载均衡，我们首先构建一个网络模型。假设网络中有N个网络服务器，这些服务器的容量分别是C1,C2,?,Cn，相应的责任域分别为Z1,Z2,?,Zn，网络负载分别为W1,W2,?,Wn。在网络中分布着M个文件。访问这些文件的成本分别为O1,O2,?,Om，相应的访问频率是f1,f2,?,fm。在理想负载均衡下，分配到每个服务器的网络负载应该与其服务能力成直接正比。因此，服务器G应该符合公式（1）。

fxOx，WK表示CDN中服务器K的总负载，fx表示存储在服务器上的文件x的访问频率，Ox表示存储在服务器上的文件x的访问成本，服务器上存储的文件包括α1,α2,?,αe。在实际中，该完美的负载均衡网络模型是不可行的。我们负载均衡目标是提供在CDN的小的区域内优化的负载均衡。下述基于分布式装箱策略的内容路由算法可以实现此目标。

内容分发算法需要综合考虑文件的“热”度、文件大小对服务器负载的影响、请求客户端与边服务器的距离等。该文在CDN服务器端建立了文件访问历史表，用Ci( )

间里对文件i的访问次数。图2给出了该信息表的结构。该表记录了服务器端的每个文件在过去时间里的访问记录。因此，可以据此分析文件的“热”度，并找出那个用户组对该文件具有最高的需求。如图2。图2服务器AIP上的信息表示例

该模型有效的利用了网络拓扑信息和用分布式装箱策略获得的文件访问历史，根据对文件的访问频率对文件的“热”度进行合理的分析，根据网络拓扑信息迅速选择距离请求客户端聚集较近的边服务器，同时，选择边服务器存储文件的复件，利用负载均衡的网络模型，并充分的衡量候选服务器的负载情况。

4改造实施案例

某调度控制中心在实施机房改造前，存在着严重的链路单点故障和不稳定性。下属各家单位和企业各自拉线路，形成一种线路混乱，投资重复，管理复杂，安全和稳定性和带宽利用率不高的局面。同时又不能解决各链路之间的负载均衡问题。

4.省略是由第三方DNS解析：

.INNSdns1.省略。

INNSdns2.省略。

dns1.省略.INA201.X.X.X（第三方DNS地址）dns2.省略.INA51.X.X.X（第三方DNS地址）

4.2流入数据流（inbound）

当外部用户client A需要对www、E-Mail等服务器进行访问时，首先进行的是Local DNS解析。把请求的数据流转到F5链路均衡器上，由它做相应的链路选择。当确定DNS查询访问的源地址为电信或网通的地址时，F5会根据LC Wideip下域名对应的VS地址即一个域名对应多个ISP的公网地址来分配web服务器对应的电信或网通或其他ISP的地址，链路控制器根据其设定的链路负载均衡算法选择相应的IP地址，然后用户根据其返回的地址来对服务器进行访问。F5通过RTT的方式来实现动态的探测链路就近访问的方式解决互联互通的问题。

F5 Link controller实现对多条链路状态的实时探测，保证应用的访问都是通过健康的链路进行。F5 Link controller通过健康检查的方式监控链路的状态，当某条链路的状态出现故障的时候，F5 Link controller将不会返回给客户该链路的相应的服务器的公网地址，保证用户的访问不会间断。

5结束语

综上所述，经过多链路技术对机房网络进行改造后，不但解决了ISP间互访的瓶颈问题，还为网站访问提供了更高的可靠性和性能。更高的可靠性是当一个ISP的链路发生故障时，访问的流量自动、无缝的被切换到另外的正常链路上。采用多个ISP链路的使用使得总访问带宽的扩大，访问的性能得到提高。多链路接入已经是企业级网络的普遍选择，多链路负载均衡技术也是今后网络发展的趋势。

参考文献：

[1] Inc.The Ins and Outs of Content Delivery Networks[Z].White Papers, 2000.

[2] .CDN, The Content distributed network technology[Z]. server, 2007.