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知识路径： > 多媒体信息显示、发布及搜索技术 > 多媒体信息发布技术 > 多媒体内容分发网络技术 >
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被考次数：2次
被考频率：低频率
总体答错率：38%
知识难度系数： 
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由 软考在线 用户真实做题大数据统计生成
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考试要求：熟悉
相关知识点：11个
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互联网的迅速发展使得网络的各个核心部分的业务量、访问量和数据流量均快速增长，其处理能力和计算强度也相应增大，使得单一设备根本无法承担。特别是IPTV、VOD点播等宽带多媒体应用的兴起更是对网络的服务质量（QoS）提出了巨大挑战，其对服务器的处理能力和网络带宽的需求几乎是无穷无尽的。因此，在现有网络状况下尽量用最少的代价提供最好的服务质量成为宽带多媒体应用获得成功的必要手段。内容分发网络正是在这种背景下应运而生的。
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内容分发网络（Content Delivery Distribution Network, CDN）采用高速缓存、负载均衡和内容重定向等技术在一定的网络架构基础上实现内容加速、内容分发、减少网络带宽和用户响应时间。CDN建立在互联网之上，是由分布在不同区域的节点服务器组成的虚拟网络，它可以将网站内容（包括各种媒体）高效、稳定地发布到不同区域的节点服务器中，并智能地将用户请求导向能提供“最佳”服务的边缘网络。CDN使用户与网站或流媒体服务器之间的数据流无须经过主干网络，而是在距离用户“最近”的边缘网络得到处理，缓解互联网网络拥塞状况，提高用户访问的响应速度，合理分配服务器负载。CDN技术是解决IPTV中流媒体的大数据流量与有限互联网带宽之间的矛盾及用户的大访问量与服务器有限的处理能力之间的矛盾的较好方法。
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综上所述，CDN有以下主要功能：节省骨干网带宽，减少带宽需求量；提供服务器端加速，解决由于用户访问量大所造成的服务器过载问题；服务商可以使用Web cache技术在本地缓存用户访问过的Web页面和对象，实现对相同对象的访问无须占用主干的出口带宽，并提高用户访问Internet页面的响应时间；克服网站网点分布不均的问题，并降低网站自身的建设和维护成本；降低“通信风暴”的影响，提高网络访问的稳定性。
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一个典型的CDN系统包含多种内容设备（Content Equipment），具体包括内容缓存（Content Cache）、内容路由（Content Route）、内容交换（Content Switch）和内容管理（Content Manage）等，其中内容缓存和内容路由是CDN中必不可少的核心部分，内容交换和内容管理根据CDN的规模进行集成。CDN的核心技术由Cache技术、高层交换技术及一些智能判断算法组成。
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①内容缓存系统。主要作用是实现内容的边缘传播和存储，以便最终用户能够就近访问，因此一般部署于集中的用户接入点，完成内容边缘存储的设备通常都采用Cache技术。
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②内容路由系统。主要作用是动态地均衡各个内容缓存站点的负荷分配，为用户的请求选择最佳的访问站点，同时提高网站的可用性。内容路由根据网络拓扑结构、网络延时、服务器负荷与规则等策略设定，指定最优站点向特定的内容请求提供服务。内容路由系统可根据多种因素制定路由，包括站点与用户的临近度、内容的可用性、网络负载、设备状况等。
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③内容交换系统。可以均衡单点多个内容缓存设备的负载，它基于最终用户会话和特定的内容请求提供内容服务。内容交换系统是CDN的可选部件之一，对于较大型的用户接入点，内容交换系统可以提高站点的可用性。
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④内容管理系统。CDN的可选部件，能够让进行网络内容分布和传输服务的用户或者服务供应商根据需要监视、管理或者控制网络内容的分布、设备状态等。
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从用户使用的角度来看，CDN是透明的，用户在使用互联网业务时，该业务是否使用了CDN承载不会改变和影响用户的正常操作流程。
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当Internet内容提供商／服务提供商（ICP/ISP）成功接入CDN（假设CDN的URL为http://sample.ctccdn.com）时，把接入CDN后的URL发布到业务门户。用户使用业务的流程如下。
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①用户终端（计算机）从门户上观看一个在线视频，在打开一个播放页面后，单击“播放”按钮，该按钮的URL的地址实际是指向CDN的，如http:/sample.ctccdn.com/001。
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②用户终端携带该URL向CDN发起播放请求，CDN通过内容分发机制把内容传送给用户。CDN的内容分发机制是CDN的核心技术，如何高效地把内容由中心节点分发给用户是各大CDN厂商研究的重点内容。CDN的高效分发指的是在有限的资源下能实现用户就近服务最大化、网络消耗最小化。
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基于PULL（下拉）的CDN分发机制的基本原理主要是通过把用户服务请求调度到合适的边缘节点，如果发生内容未命中，则该边缘节点PULL内容向上，如果其上级也没有，则逐级向上下拉。
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从基于PULL的CDN分发流程分析，CDN的处理机制是比较简单的，CDN的主要调度策略不需要考虑内容的分布情况，CDN只需要根据用户访问请求的源IP地址把用户访问请求调度到合适的边缘服务器。CDN节点之间的下拉机制也比较简单，一般下级节点只需要把所需要的内容ID下拉。
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基于PUSH（推）的CDN分发机制的基本原理是把用户服务请求调度到有内容的CDN最接近用户的节点，在这种机制下不会发生内容未命中的情况，内容的CDN最接近用户的节点。
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从基于PUSH的CDN分发流程分析，CDN的处理机制是相对较为复杂的。CDN需要了解全网CDN内容的分布，才能正确地把用户调度到有内容的服务器上，而且PUSH的主动下发需要对内容热度有完全的统计信息。
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混合分发机制是PUSH与PULL分发机制相结合的一种机制。混合分发机制有多种方案，最常见的是利用PUSH机制进行内容预推，后续的CDN内容分发机制则使用PULL机制。
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混合分发机制需要支持智能分发（Push或Pull）方式，支持根据当前内容分发系统中的内容服务状况，采用推拉的方式动态地调整内容在内容分发系统中的分布，对于热点内容，要自动、智能地将其缓存在边缘节点。
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Push分发方式需要支持手工分发、自动分发、单个分发、批量分发、逻辑群分发（可选），至少应支持即时、定时、增量的内容分发策略，并根据节点分组信息、节点IP地址段等策略进行内容分发；应支持根据访问量设置分发门限、定向分发、客户自定义等分发策略；支持分类、分级的内容分发策略；支持对内容的分发优先级、更新频率、新鲜度设定等管理功能。
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在内容路由技术中，CDN负载均衡系统实现了CDN的内容路由功能，它的作用是将用户的请求导向整个CDN网络中的最佳节点。最佳节点的选定可以根据多种策略，例如距离最近、节点负载最轻等。负载均衡系统是整个CDN的核心，负载均衡的准确性和效率直接决定了整个CDN的效率和性能。
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负载均衡通常可以分为两个层次：全局负载均衡（GSLB）和本地负载均衡（SLB）。全局负载均衡的主要目的是在整个网络范围内将用户的请求定向到最近的节点（或者区域）。因此，就近性判断是全局负载均衡的主要功能。本地负载均衡一般局限于一定的区域范围内，其目标是在特定的区域范围内寻找一台最合适的节点提供服务，因此，CDN节点的健壮性、负载情况、支持的媒体格式等运行状态是本地负载均衡进行决策的主要依据。
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内容分发技术借助于建立索引、缓存、流分裂、组播等技术将内容发布或投递到距离用户最近的远程服务点（POP）处，是实现数据从内容源到CDN边缘的cache过程的技术，常用的分发方式有PUSH和PULL两种。
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PUSH是一种主动分发技术。PUSH通常由内容管理系统发起，并将内容从源或者中心媒体资源库分发到各边缘的cache节点，分发协议可采用HTTP/FTP等。通过PUSH分发的内容一般是比较热点的内容，这些内容可通过PUSH方式预分发到边缘cache，以实现有针对性的内容提供。在PUSH应用中，服务器在发送内容给客户机之前，一般没有明显的客户机请求，PUSH事务是由服务器发起的。PUSH技术的本质是让信息主动寻找用户，其优势在于信息的主动性和及时性。使用PUSH技术可以尽快地将信息推送到用户面前，但其缺点是信息的准确性较差。
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PULL是一种被动的分发技术，PULL分发通常由用户请求驱动。当用户请求的内容在本地的边缘cache上不存在时，cache会启动PULL方法从内容源或者其他CDN节点实时获取该内容。也就是说，在PULL方式下，内容的分发是按需的。
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在实际的CDN系统中，两种分发方式一般都被支持，但是根据内容的类型和业务模式的不同，在选择主要的内容分发方式时会有所不同。通常，PUSH方式适合内容访问比较集中的情况，而PULL方式则比较适合内容访问比较分散的情况。
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CDN系统需要考虑两个方面的内容存储问题：一是内容源的存储，二是内容在cache节点中的存储。
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对于内容源的存储，由于内容的规模比较大（通常可以达到几个甚至几十TB），而且内容的吞吐量较大，因此通常采用海量存储架构，如NAS和SON。
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在cache节点中的存储是cache设计的一个关键问题，需要考虑的因素包括功能和性能两个方面：在功能上包括对各种内容格式的支持、对部分缓存的支持，在性能上包括支持的容量、多文件吞吐率、可靠性、稳定性。
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其中，多种内容格式的支持要求存储系统根据不同文件格式的读写特点进行优化，以提高文件内容的读写效率，特别是对流媒体文件的读写。
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部分缓存能力指流媒体内容可以以不完整的方式存储和读取。部分缓存的需求来自用户访问行为的随机性，因为许多用户并不会完整地收看整个流媒体节目，事实上，许多用户访问单个流媒体节目的时间不会超过10分钟。因此，部分缓存能力能够大大提高存储空间的利用率，并有效地提高用户请求的响应时间，但是部分缓存可能导致内容出现碎片问题，因此其需要进行良好的设计和控制。
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采用cache存储的另一个重要因素是存储的可靠性。目前，多数存储系统都采用了RAID技术进行可靠存储，但是不同设备使用的RAID方式各有不同。
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内容管理平台作为CDN运营支撑平台的一个子系统，负责系统所有与分发有关的管理和运营。
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全局内容管理涵盖从内容的发布、注入、分发、调整、传递等一系列过程。系统可以对CP推送的内容进行审查、发布、修改、删除和刷新，可以智能地向各边缘CDN节点推送内容，也可以智能地从ICP处获取内容，即Push和Pull方式，能够实时了解内容在CDN中各节点的分布情况，并据此进行内容调度访问。除此以外，它还提供第三方分发接口，可实现针对第三方内容的统一分发。
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本地内容管理重点强调内容进入cache点后的内容管理。本地内容管理主要针对一个CDN节点（由多个CDN cache设备和一个SLB设备构成）进行。本地内容管理的主要目标是提高内容服务的效率，提高本地节点的存储利用率。通过本地内容管理，可以在CDN节点实现基于内容感知的调度，内容感知的调度可以避免将用户重定向到没有该内容的cache设备上，从而提高负载均衡的效率。本地内容管理还可以有效地实现在CDN节点的内容的存储共享，提高存储空间的利用率。
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