贾利娟

(陕西广播电视大学职业技术学院,陕西 西安 719000)

【系统网络】

基于OPNET的内容分发网络仿真

贾利娟

(陕西广播电视大学职业技术学院,陕西 西安 719000)

随着互联网的发展,网上应用内容越来越丰富,互联网带宽的增加赶不上应用内容传输的需求。分发网络技术是一种互联网中的内容加速的传输技术,通过把内容分发到离用户更近的互联网边缘,使得内容更靠近用户,从而避免拥塞。本文提出了一种内容分发网络系统,建立了基于OPNET的内容分发网络的仿真模型,对比分析了C/S模式与内容分发网络。通过实验表明本文提出的系统性能优于C/S模式。

内容分发网络;仿真

1 CDN简介

海量内容的产生,对带宽资源消耗较大,使得单个网络难于承受。在新应用需求增加的同时,对内容分发的挑战也随之而生。于是,作为内容分发的核心技术之一,内容分发网络(CDN,Content Delivery Networks)便产生了。CDN自1998年从MIT产生以来,便得到了学术界和业界的广泛关注。CDN采用分布式缓存、负载均衡、流量工程等技术在已有的Internet上构筑一个分布式的覆盖网络,通过将内容从信源推送到网络边缘设备,一方面,使得用户得以在“就近”的位置快速访问到所需的内容,降低了端到端时延,提升了用户服务质量;另一方面,突破了中心服务器的性能瓶颈,减轻了骨干网络流量,有效缓解了高吞吐率内容传输对骨干网络的压力,在一定程度上也增加了系统容量。在不到十年的时间内,CDN成为互联网络高速发展不可或缺的核心技术之一,在业界得到高速发展。代表性的CDN服务提供商如美国Akamai目前在65个国家部署了超1100个网络以及1.4万个服务器。

2 CDN结构

CDN中存在着两种服务器——原始服务器和缓存服务器。内容文件最初始版本存在于原始服务器上,它由内容提供商进行更新。而另一方面,缓存服务器保存了内容的副本,但是也可以作为用户请求的官方版本。原始服务器通过缓存服务器进行通信以更新其内容文件。

CDN的结构表现出多种构件的从属关系,如图1所示。

这些关联关系包含多个构件,如客户端、缓存服务器、原始服务器、代理及其他网络构件。这些构件在CDN中复制并缓存内容文件,通常情况下从原始服务器使用“推”的方法向缓存服务器复制内容。

在CDN里,基本的关系是客户-边缘服务器-原始服务器的关系。一个客户端通过与边缘服务器通信请求原始服务器的文件。当边缘服务器无效时,客户端直接与原始服务器进行通信。用户与边缘服务器的通信是透明的,就好像客户直接与原始服务器通信一样。边缘服务器从本地缓存里响应用户或者作为一个gateway通向原始服务器,这种关系如图1(a)所示。

CDN也可以采用network的方式组织,如图1(b)所示。在代理之间的通信里,缓存代理可以部署成队列状(图1(c)),也可以部署成mesh状(图1(d))。

图1 CDN的关联关系

3 内容分发网络仿真模型

本文提出了一种内容分发网络的系统结构,其原理图如图2。

图2 非协作式CDN原理图

在CDN中站点内容被分发到一定数量的服务器中。其中一个服务器叫做源服务器,它有站点文件的管理权,它负责向其他服务器分发内容,如图2所示。源服务器一般属于站点拥有者,一个站点的源服务器要保持和其他服务器随时可达。因为这些服务器并不是随时都可用的,所以需要由一定数量的备份服务器进行辅存储。这些服务器保存站点的最新版本的备份。备份服务器的目的是保证站点的可用性。当源服务器不能运行时,备份服务器可以继续运行。

除了备份服务器有站点的内容外,副本服务器也有站点的内容。副本服务器的目标是性能最优化。每个站点有一些副本服务器,根据请求负载和QOS的情况,这些副本服务器使得站点尽量靠近潜在的用户。副本服务器被不同的用户操作,所以副本服务器的管理员要对这些操作加上一些权限的限制(例如硬盘空间、带宽等)。副本服务器仅有站点的一部分内容,和缓存代理类似,当本地有用户请求内容时,副本服务器从原服务器获取内容,再为用户服务。

最后,还必须有一个重定向服务器。其功能是把请求最优的定位到能为它服务的副本服务器。在Globule里面,可以用基于HTTP或者基于DNS的重定向子系统。重定向服务器监控源服务器、复制服务器、备份服务器的状态,以便把用户的请求导向可用的服务器。只要一个重定向服务器可用,站点就可以访问。

数据通过数据分发子系统分发到个副本服务器。用户的请求通过重定向系统定位到本地服务器。如果本地服务器没有所有请求的内容,本地服务器从源服务器获取所请求的内容。

在仿真软件中所设计的拓扑如图3所示。整个拓扑分为华北、东北、西北、华东、华中、西南、东南等七个子网。子网内部的结构如图4所示,其中PC机按照泊松分布产生用户请求。在华北子网中建立源服务器和CDN管理子系统(包括分发系统和重定向系统),如图5所示。在每个地市级子网中设立一个边缘服务器,如图6所示。所仿真的业务是流媒体VOD点播业务,每个视频文件的大小是100MB。所有的节目的数量是1万个视频节目,用户发出的请求服从到达率λ为10 R/S的泊松分布。平均分配到客户端模块,对节目的请求服从参数为0.271的zeif分布。与CDN对比的是传统C/S访问模式,基本仿真拓扑与CDN相同。不同的是子网中产生的请求直接访问源服务器,源服务器对请求应答。

3 对比分析

图7、图8分别为C/S模式和内容分发网络的对比结果,蓝色线条为下载时延(dld_delay)。C/S模式、内容分发网络,下载延时分别记为d1、d2。从图中可以看出d1＞d2。所以CDN的下载时延最小,要优于C/S模式。

4 结论

本文提出了一种内容分发网络系统,这种系统通过内容重定向系统把用户的请求定位到最近的边缘服务器。然后边缘服务器查找是否有所请求的内容,如果有的话,边缘服务器应答请求。如果没有,边缘服务器把请求定位到最近的有这个内容的边缘服务器。并建立了基于OPNET的内容分发网络的仿真模型,对比分析了传统C/S模式与内容分发网络的性能。通过实验表明本文提出的系统性能优于C/S模式,减少了用户感知延迟。

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[责任编辑 王爱萍]

TP393.02

A

1008-4649(2011)01-0023-04

2010-11-15

贾利娟(1981- ),女,陕西省宝鸡市人,陕西广播电视大学职业技术学院教学科助教。