NỀN VIẾN THÔNG
Hiện nay, trên thế giới có nhiều doanh nghiệp đã triển khai các dịch vụ nội dung (VoD, E-Learning,E-Commerce...) trên Internet. Ở Việt Nam, công ty điện toán và truyền số liệu VDC của VNPT cũng đang triển khai dịch vụ E-Learing. Doanh thu và lợi nhuận thu được từ các dịch vụ này là rất lớn. Thêm nữa từ khi công nghệ 3G được triển khai thì mở ra tiềm năng phát triển rộng lớn của dịch vụ nội dung di động nhờ khả năng truyền tải dữ liệu tốc độ cao. Công nghệ 3G tạo điều kiện cho các dịch vụ nội dung phát triển, nhưng ngược lại, dịch vụ nội dung chính là yếu tố quyết định sự tồn tại, phát triển của mạng 3G. Dịch vụ nội dung có phong phú thì mới thu hút được người sử dụng dịch vụ 3G. Ngành Bưu điện cũng đang phát triển mạng băng rộng, do vậy việc triển khai mạng phân phối nội dung là yêu cầu cấp bách trong tình hình hiện nay.
CDN là một mạng thông minh, nó cung cấp một lớp thông minh ở trên cơ sở hạ tầng mạng IP, chuyển đổi mô hình Web tập trung truyền thống thành mạng hướng nội dung và phân bố nội dung một cách có hiệu quả. Một giải pháp mạng CDN cho phép các doanh nghiệp, các nhà cung cấp dịch vụ nội dung điều khiển và quản lý nội dung của họ. Nội dung được lưu trữ ở phía biên mạng trong các server sao lưu gần nhất với đầu cuối người sử dụng để giảm thời gian đáp ứng và tránh tăng lưu lượng mạng một cách đột ngột. Do vậy mà băng tần khả dụng được sử dụng một cách tối ưu. Các server sao lưu được định vị cùng với các server gốc. Bộ phân phối nội dung phân phối nội dung tới các server sao lưu này từ các server gốc để tránh tắc nghẽn mạng trong giờ cao điểm. Khi đầu cuối người sử dụng tạo một yêu cầu nội dung, thì nó sẽ được hướng tới server sao lưu gần nhất. Nếu server này có nội dung được yêu cầu, thì yêu cầu sẽ được phục vụ từ bộ nhớ cache nội bộ của server đó.
Nếu nội dung được yêu cầu không có trong bộ nhớ cache nội bộ của server này, thì sau đó nó sẽ liên lạc với hệ thống định tuyến yêu cầu, hệ thống này sẽ định tuyến yêu cầu tới thiết bị biên thích hợp khác. Định tuyến yêu cầu dựa trên các phép đo như số các
chặng, tải, URL, DNS…Nếu không có thiết bị nào chứa nội dung được yêu cầu thì server sao lưu liên lạc với server gốc một cách trực tiếp và phục vụ khách hàng nội dung yêu cầu. Trong khi đáp ứng yêu cầu của khách hàng, một bản sao của nội dung này được lưu giữ trong bộ nhớ cache nội bộ của nó, để các yêu cầu tiếp theo của cùng nội dung đó sẽ được đáp ứng tại bộ nhớ cache này.
Như vậy, mạng phân phối/ phân tán nội dung thêm vào mạng Internet phần quản lý và chất lượng dịch vụ. Việc truy cập dữ liệu qua CDNs cho phép độ trì hoãn thấp hơn và đạt lưu lượng cao hơn và có khả năng mở rộng. Nội dung các loại bao gồm các đối tượng web, các tập tin media, phần mềm, tài liệu, video streaming thời gian thực,…Ví dụ như thực hiện tốt hơn nhờ vào các kỹ thuật lưu trữ và tái tạo nội dung. Chúng tạo ra tiềm năng mới cho các dịch vụ giá trị gia tăng, như khoanh vùng nội dung hay cá nhân hóa nội dung, cho phép truy nhập nội dung nhanh và an toàn, tự động thích ứng nội dung…
Tại Việt Nam khi mà mạng băng rộng đang được triển khai và phát triển, công nghệ 3G đã được các nhà khai thác hạ tầng mạng viễn thông triển khai thì dịch vụ nội dung càng trở nên quan trọng và bức thiết. Xét về mặt kinh tế thì công nghệ có phát triển hay không phụ thuộc nhiều vào yếu tố lợi nhuận. Và dịch vụ nội dung tạo nên doanh thu chính cho mạng băng rộng. Chính vì vậy việc thiết lập mạng cung cấp nội dung là yêu cầu cần thiết và thực tế khi mà số khách hàng sử dụng ngày càng gia tăng.
Chƣơng 2: CẤU TRÚC MẠNG CDN 2.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MẠNG CDN
Ngày nay, việc phát triển quá nhanh chóng của mạng Internet cũng làm nảy sinh nhiều vấn đề nghiêm trọng ảnh hưởng đến hoạt động của nhiều ứng dụng mạng cũng như chất lượng dịch vụ. Các công ty thương mại điện tử, các publisher (nhà cung cấp dịch vụ) và các nhà cung cấp nội dung xem web như là phương tiện để tải các nội dung phong phú đến khách hàng của họ. Do đó,lưu lượng trên mạng quá nhiều khiến cho tắc nghẽn xảy ra trên một số khu vực hoặc toàn bộ mạng. Để khắc phục việc này, các kĩ thuật đảm bảo và cải thiện khả năng hoạt động của ứng dụng mạng trở nên hết sức quan trọng. Một trong những kỹ thuật để nâng cao năng lực của mạng là giải pháp CDN. Mục tiêu chính của CDN là để tránh các vùng tắc nghẽn trong mạng. Nếu lưu lượng giữa client và server đi qua phần mạng bị nghẽn thì client có thể kết nối với một server thay thế với đường truyền không bị nghẽn. Thêm vào đó chúng tạo ra các tiềm năng mới cho các dịch vụ giá trị gia tăng như khoanh vùng nội dung hay cá nhân hóa nội dung, cho phép truy nhập nội dung nhanh và an toàn, tự động thích ứng nội dung,…Tập các phần tử mạng được sắp xếp để phân phát nội dung tới các client hiệu quả hơn. Cụ thể là mạng CDN bao gồm hệ thống định tuyến yêu cầu, các server sao lưu, hệ thống phân phối, và hệ thống tính cước.
Dịch vụ CDN được truy xuất nhờ các proxy ứng dụng cụ thể, ví dụ như HTTP proxy (dùng cho lưu lượng web bình thường), RTSP proxy (dùng cho các luồng đa phương tiện). Các proxy này được định vị tại biên của mạng để đầu cuối người sử dụng kết nối tới, như mô tả trong hình 2.1.
Mỗi nút trong CDN được định vị gần với user, tạo ra sự thích ứng với các thay đổi về chất lượng thiết bị đầu cuối người sử dụng hoặc thay đổi về sở thích của họ. Cụ thể là CDN cung cấp các chức năng sau:
Các dịch vụ định hướng: định hướng yêu cầu tới các cache server gần nhất và khả dụng nhất.
Các dịch vụ phân phối: như là server gốc phân phối nội dung tới tập các server sao lưu.
Các dịch vụ tính cước: để xử lý , đo, và ghi lại việc sử dụng nội dung.
Cơ sở hạ tầng của mạng CDN, bao gồm toàn bộ các dịch vụ và thiết bị, cung cấp các xếp chồng cho mạng Internet hiện tại và cần thiết để đảm bảo quản lý chất lượng cho nội dung đa phương tiện.
Ưu điểm của CDN là làm giảm nhỏ thời gian trên mạng, giảm tải mạng, thu nhỏ vùng địa lý đi qua, ở gần các client hơn, giảm trễ quay vòng, giảm tải trên server gốc, giảm thời gian xử lý, cải thiện tính vững chắc và khả dụng của nội dung.
Theo cách này, CDN hoạt động như là phần tử trung gian giữa đầu cuối người sử dụng và nhà sở hữu nội dung, hay các công ty lớn (cho sử dụng nội bộ). Họ tạo ra phương tiện để nghiên cứu, bởi vì hoạt động của nó là vô hình đối với đầu cuối người sử dụng.
Dưới đây đưa ra hai kiểu mạng nội dung cổ điển và mạng phân phối nội dung với quá trình phát triển của nó cũng như là các khái niệm cơ bản về mạng này.
2.1.1. Mạng sử dụng Caching Proxies
Một kiểu mạng nội dung được sử dụng trong vài năm gần đây là mô hình sử dụng các caching proxy. Mô hình sử dụng cache được chỉ ra trong hình 2.2
Browser gửi tất cả các yêu cầu HTTP tới cache, nếu đối tượng được yêu cầu có trong cache thì cache sẽ yêu cầu đối tượng từ server gốc, sau đó trả lại đối tượng cho client, cache đóng vai trò là cả client và server.
Như vậy, một mạng được sử dụng bởi một ISP để tạo ra lợi ích cho các user truy nhập Internet, như là quay số hoặc truy nhập qua modern cáp. Để cải thiện được độ thực thi và giảm băng tần sử dụng, các caching proxy được đặt gần với các user. Các user được khuyến khích gửi các yêu cầu của chúng tới các bộ nhớ cache này chứ ko phải gửi trực tiếp tới server gốc. Khi cấu hình thích hợp được thực hiện, toàn bộ phiên trình duyệt của user sẽ đi qua một caching proxy cụ thể. Vì vậy, caching proxy đó sẽ bao gồm “hot set” của tất cả nội dung được quan sát bởi tất cả các user của caching proxy đó.
Khi một yêu cầu đang được xử lý tại caching proxy thay mặt cho user, các quyết định khác có thể được tạo ra, như là :
Một nhà cung cấp triển khai các bộ nhớ cache trong nhiều vị trí địa lý khác nhau có thể cũng triển khai các caches mẹ của vùng để tập hợp các yêu cầu và đáp ứng khác nhau của người sử dụng. Điều này có thể cải thiện độ thực thi và tiết kiệm được băng tần. Khi có các caches mẹ sẽ có sự phân cấp của các cache.
Sử dụng các giao thức parenting (rich parenting protocols), các cache proxy mẹ
dư thừa có thể vẫn được triển khai để dự phòng.
Sử dụng các giao thức parenting tương tự, các yêu cầu có thể được phân chia
như là các yêu cầu về các miền nội dung trung tâm được gửi tới cache mẹ đầu tiên. Điều đó có thể tạo ra hiệu quả sử dụng các tài nguyên của caching proxy là lớn nhất.
Trong mô hình phân cấp cache, client có thể trao đổi trực tiếp với nhiều caching proxies.
2.1.2. Mạng sử dụng Server Farms
Một kiểu mạng nội dung nữa được sử dụng trong nhiều năm gần đây là server
farm. Một server farm tiêu biểu được gọi là chuyển mạch “nội dung” hoặc chuyển mạch
“thông minh” (nghĩa là sử dụng thông tin lớp 4 đến lớp 7 trong mô hình OSI). Chuyển
mạch này xem xét các yêu cầu nội dung và chuyển chúng giữa một nhóm các server.
Mục đích của server farm là:
Giả tạo rằng một nhóm các server thực tế là một origin đơn.
Cân bằng tải của các yêu cầu qua tất cả các server trong nhóm.
Định tuyến tất cả các yêu cầu đối với một phiên của một user tới cùng một server, để bảo tồn trạng thái phiên.
Sơ đồ sau mô tả việc triển khai một server farm đơn giản:
Hình 2.3: Triển khai server farm trong CDN
Một kiểu mạng nội dung tương tự (nghĩa là, được triển khai gần với các server ) có
thể được tạo ra với các Server sao lưu thay thế cho một chuyển mạch.[2,9]
2.1.3. Mạng phân phối nội dung
Cả 2 mô hình phân cấp trên đều có những hạn chế nhất định. Server farms có thể
cải thiện được độ mở rộng của server gốc. Tuy nhiên, do có nhiều server và các phần tử khác được triển khai gần server gốc, nên cải thiện các vấn đề thực thi là ít do tắc nghẽn mạng (vì chúng được định vị gần các client) nhưng chúng lưu giữ các đối tượng dựa vào nhu cầu của client. Việc lưu giữ dựa vào nhu cầu của client được thực hiện không tốt nếu các yêu cầu về một đối tượng xác định được truyền bá giữa nhiều các caching proxies khác nhau. Ví dụ, một đối tượng có thể được yêu cầu n lần qua n caching proxies khác nhau, tạo ra n caching proxy yêu cầu tới một origin server hoặc cùng một hoạt động như vậy có thể xảy ra mà không cần có bất kỳ caching proxies nào được triển khai. Do vậy, nhà cung cấp nội dung với nguồn nội dung ưa chuộng có thể nhận thấy rằng phải quan tâm đến một lượng lớn các server farms, cân bằng tải, và các kết nối băng tần cao để đáp ứng được nhu cầu.
Để loại bỏ các hạn chế này, một kiểu mạng nội dung khác đã được triển khai trong những năm gần đây đó là mạng cung cấp/phân phối nội dung. Một mạng CDN chuyển các cấu hình tương tự như của Server Farm tới các vị trí mạng được caching proxy chiếm
lĩnh. Một yêu cầu từ một trình duyệt về một chỉ mục nội dung đơn được định hướng tới bản sao “tốt”, trong đó “tốt” thường có nghĩa là chỉ mục đó được phục vụ tới client nhanh hơn so với thời gian tìm nạp từ server gốc. Thông tin tĩnh về các vị trí địa lý và các kết nối mạng thường không đủ để lựa chọn một bản sao tốt. Vì vậy, CDN kết hợp thông tin động về các điều kiện mạng và tải trên các server sao lưu, định hướng các yêu cầu để cân bằng tải. So với việc sử dụng các server và các server sao lưu trong một trung tâm dữ liệu, CDN là một hệ thống tương đối phức tạp bao gồm nhiều điểm hiện diện, trong các vị trí mà có thể là một phần địa lý.
Khái niệm cơ bản của mạng CDN được mô tả trong hình 2.4, minh họa kết nối giữa client và server qua một mạng xương sống. Tuyến kết nối giữa client và server bị nghẽn. Tuy nhiên, giả sử rằng có một server khác có thể tạo một kết nối tốt hơn với client đó và client này có thể lấy được toàn bộ thông tin cần thiết từ server này thay vì server gốc. Trong trường hợp này, nếu client kết nối với server thứ hai thì tốc độ kết nối sẽ tốt hơn nếu như kết nối với server gốc.
Hình 2.4: Hoạt động cơ bản của mạng CDN
Nếu ta có thể khiến cho client kết nối với server thay thế và thiết lập một hệ thống mà trong đó các server thay thế có thể đáp ứng một phần lớn các yêu cầu từ client, ta có thể tránh được phần tắc nghẽn trong mạng và giảm thiểu thời gian đáp ứng của mạng. Tuy nhiên, mỗi server chỉ tốt với một số client chứ không phải là tất cả. Do vậy, có thể đáp ứng tất cả các client trong mạng, ta sẽ cần không chỉ một mà phải nhiều server sao lưu như hình minh họa ở 2.5, mô tả ba nhóm client, mỗi nhóm lại được kết nối với một server sao lưu khác nhau. Server gốc có thể được sử dụng để đáp ứng nhu cầu của các client còn lại.
Hình 2.5: Cấu hình một mạng CDN đặc trƣng
Hình 2.5 minh họa một mạng CDN đặc trưng. Mạng CDN bao gồm nhiều nút thay thế được đặt tại các vị trí thích hợp để mỗi client có thể kết nối một cách tốt nhất tới một hay nhiều nút thay thế. Mỗi client sẽ được kết nối tới một nút thay thế này và tốc độ kết nối sẽ được đảm bảo ngay cả khi tuyến kết nối giữa client và server gốc bị nghẽn. Mỗi nút thay thế có thể gồm một hay nhiều server sao lưu. Các cách tiếp cận này giảm thiểu khả năng nghẽn mạng và nâng cao chất lượng dịch vụ của mạng. Một lợi ích nữa của CDN là khả năng xử lý của các server sao lưu sẽ bổ sung cho khả năng của server gốc, và do vậy, hệ thống có thể đáp ứng yêu cầu của nhiều client hơn là nếu chỉ có server gốc. Như vậy, CDN có thể cải thiện một cách đáng kể khả năng mở rộng của bất cứ ứng dụng nào.
Điều hành một mạng CDN không dễ dàng đối với nhà cung cấp nội dung, do các nhà cung cấp nội dung muốn tập trung các tài nguyên của nó để phát triển nội dung giá trị cao, không quản lý cơ sở hạ tầng mạng. Vì vậy, có nhiều kiểu sắp xếp để nhà cung cấp dịch vụ mạng xây dựng và điều hành mạng CDN của họ, tạo ra các dịch vụ phân phối nội dung cho một số nhà cung cấp nội dung.
CDN cho phép nhà cung cấp dịch vụ hoạt động thay mặt nhà cung cấp nội dung để phân phát các bản sao nội dung của server gốc tới khách hàng từ nhiều vị trí khác nhau. Việc tăng số lượng và tính đa dạng của vị trí được chú ý để cải thiện thời gian tải tin và do đó cải thiện được hành trình mà người sử dụng phải đi qua. CDN là sự kết hợp của cơ sở hạ tầng định tuyến yêu cầu, cơ sở hạ tầng phân phát nội dung, cơ sở hạ tầng phân phối, cơ
