Top100summit 夏彦刚-视频cdn系统建设关键要点探讨

视频CDN系统建设关键要点探讨
视频CDN
CDN系统建设关键要点探讨
夏彦刚乐视网-CDN技术专家
2012年11月

揭示研发管理白金定律，分享那些激动人心的创新与变革，使得团队获得过多源动力与更大的推动力！

摘要
1、硬件商务预算
2、文件分发系统
3、智能调度系统
4、WEB服务器


视频CDN系统建设关键要点探讨
a)
a)案例简述：
网络视频是如今十分主流的应用，视频播放的流畅度和稳定性尤为重要。
CDN系统在提升用户体验方面起着十分重要的作用，本案例主要是剖析视频CDN
系统建设的主要要点：CDN系统的服务器带宽采购、文件分发、调度系统、WEB
服务器等内容

b)　设计目标：
自建一套稳定高可用、效果出色、易于管理和维护的视频CDN系统，提升用
户的视频播放体验，提升公司的行业知名度和竞争力

c) CDN
c)自建CDN
CDN的优点：
免受市场价格波动的困扰，有利于成本降低，且可控性较高


行业分析
CDN服务商代表企业优势劣势

专业CDN服务商蓝汛、进入市场较早，具有成受制于运营商带宽费用制约
帝联等熟的运营和服务能力

提供CDN服务的网宿科技、拥有带宽资源优势需要添置大量的服务器、网络
IDC运营商世纪互联等设备资源，成本高

电信运营商中国电信、拥有巨大的带宽和网络跨网络运营的问题难解决
中国联通优势不是主营业务，运营经验和服
资本实力雄厚务能力不强
品牌优势
自建CDN的互联优酷土豆、节约成本，可控性较高投资大，成本高
网企业乐视网、非核心业务，需要专业团队运
奇艺网等营
国外CDN服务商 akamai、资金雄厚，技术运营和存在安全隐患
Limelight 服务能力强
Networks等

怎么做到的内容服务终端访问(视频播放)

主讲内容：
（1）商务预算内容路由调度系统
（2）文件分发
（3）调度系统
（4）WEB服务器
内容分发 Cache节点(普通节点)

内容存储文件源(存储节点)

内容管理媒资管理系统

内容生成上传转码系统


1.1 商务预算之带宽

系统容量：满足100
100
100万人同时在线播放视频
带宽需求
A.标清：350kbps*100,0000=350Gbps
B.高清：800kbps*100,0000=800Gbps
实际带宽
A.未来业务发展可能会需要更多带宽
B.需要20%—30%冗余带宽备用，应对突发流量


1.2 商务预算之服务器

服务器数量
A.100,0000/100=10000 100台*并发连接10000
B.100,0000/1000=1000 1000台*并发连接1000
服务器性能分析
A方案：硬件要求过高，成本过高
B方案：普通服务器可支持，单机1000连接，1G带宽


1.3 商务预算之IDC部署
QQ用户实时在线分布图http://im.qq.com/online/index.shtml

部署原则：
1.用户分布密度
2.公司区域战略


2 文件分发系统要点
① 分发模式比较：push/pull
② CDN节点分类
③ 分层分发策略
④ 分发网络模型构建
⑤ 下载速度提升方案
⑥ 文件一致性保障
⑦ 分发状态记录


2.1 分发模式比较
序号功能点 PUSH模式(推) PULL模式(拉)
1 应用示例土豆网、酷6网等图片CDN系统
2 分发特点智能分发、被动分发、
主动分发、按需分发、
提前预发布最适合小文件
3 驱动方分发管理中心系统用户请求miss时
4 下载器 Agent/web服务器 Web服务器
5 节点文件量节点只保存部分文件每个节点均为全量节点
6 文件管理需要上报分发状态一般不需要状态
7 分发协议 HTTP/UDP,多线程,P2P (HTTP)Proxy取源
8 完整性分片校验、整体校验不校验
我们的策略：PUSH+PULL，两种方式相结合，PUSH为主PULL为辅


2.2 CDN节点分类边缘节点
区域中心节
（1）中心节点点
边缘节点
�存储节点,磁盘空间足够，方便扩容
�分发的中心节点，最终源节点中心节点
�服务区域中心节点未命中的请求边缘节点
（2）区域中心节点
�非全量文件，主要的分发源区域中心节
边缘节点
�服务边缘节点未命中的请求点
�具有较强的抗压能力，支持高并发访问
�带宽充足，有SSD磁盘更好(高IO能力) 边缘节点
（3）边缘节点
�就近部署，离用户最近；服务80%以上用户边缘节点
�磁盘空间有限，仅存储热点内容区域中心节
（4）第三方备用节点点
�网宿、蓝汛、快网、帝联…… 边缘节点
中心节点
区域中心节
边缘节点
点


2.3 分层分发策略(按节点)
按层次生成分发任务：

一级二级三级四级
• 中心节点 • 区域中心节点 • 边缘节点 • 节点内分发
• 至少两份 • 最近节点 • 每节点只分发一份热点节点内多份
•
• 优先节点

取源节点选择：
�根据各个IDC机房之间的网络选择
�依据smokeping数据构建分发网络


2.3 分层分发策略(按热度)


2.4 分发网络模型构建(smokeping)
smokeping
smokeping特点：
�Opensource(http://oss.oetiker.ch/smokeping/)
�多种探测方式，包括fping、echoping、dig、curl等
�易用可扩展的插件
�master/slave的工作方式
�有特色的alert设置


2.4 分发网络模型构建(smokeping)

源节点目标节点延时[ms] 丢包率探测时间
5001 820 0.239947 0.00% 2012-7-12 16:11
5001 122 14.79057 0.00% 2012-7-12 16:11
5001 826 33.16891 0.00% 2012-7-12 16:11
5001 19 126.6413 0.00% 2012-5-21 16:11
5001 151 19.98909 8.80% 2012-7-12 16:11
5001 176 205.1306 9.72% 2012-7-12 16:11
5001 731 286.8215 10.19% 2012-7-12 16:11
5001 36 31.08443 16.20% 2012-5-21 16:11
5001 124 29.99342 30.99% 2012-5-23 16:11
5001 11 157.7228 43.49% 2012-5-30 16:11
5001 154 82.40322 56.94% 2012-7-12 16:11
5001 171 14.6549 73.61% 2012-7-12 16:11
5001 163 10000 100.00% 2012-7-12 16:11
5001 180 10000 100.00% 2012-7-12 16:11


2.5 下载速度提升方案
1.多协议下载，如：UDP/http(s)/ftp/BitTorrent/Metalink
2.多源分片下载，如：P2P/P2SP
3.下载工具推荐：wget/curl/aria2


2.6 文件一致性保障
注意事项：
A.必须进行完整性校验，如size/MD5校验
B.文件要及时回写磁盘，防止机器断电文件损坏
C.定时进行对帐，校验文件的完整性，防止后期文件被篡改
D.CDN节点过多，文件份数较多，修改文件容易导致不一致，建
议重命名文件
E.记录已分发过的文件信息


2.7 文件状态记录
记录目的：
（1）文件分发系统：需要知道哪些节点/服务器存在文件，从而
决定文件如何在CDN节点之间复制；磁盘满时删除哪些文件
（2）CDN调度系统：可依据此信息进行“精准调度”，如只调度
用户到存在文件的节点

记录方式：
（1）实时上报：文件下载完成后/删除前上报状态
（2）全量上报：扫描所有磁盘文件上报到中心系统
（3）内存数据库：如memcache/membase/Redis


3 智能调度系统
GSLB
GSLB定义：
全局负载均衡系统(Global Server of Load Balance)，将用户的
请求重新引导到离用户最近的节点，即内容路由系统

系统要点：
①服务器数据采集
②IP库收集与完善
③访问节点列表生成
④节点压力平衡方案
⑤业务层QOS保障
⑥防盗链方案
⑦服务部署方案


3.1 服务器数据采集
（1）存活状态信息
1
A.中心主动探测：如中心请求服务器的80端口，探测是否响应
B.服务器主动上报：通过UDP方式上报心跳

（2）压力数据
2
A.带宽(本机/交换机)
B.连接数
C.磁盘IO
D.其他：Load/CPU等

(3)
(3)服务监控数据
A.开源软件：cacti/nagios/zabbix
B.监控告警


3.2 IP库收集与完善
（1）自建IP
1 IP
IP库管理系统
A.IP导入：多格式支持，单IP导入，批量导入
B.IP管理：IP冲突解决方案，IP库日常变更维护
C.IP输出：多格式支持，如xml,接口,mysql表

（2）推荐IP
2 IP
IP库
�IP138：http://www.ip138.com/
�GeoIP：http://www.maxmind.com
�QQ纯真IP库
�腾讯IP地址查询接口 http://fw.qq.com/ipaddress
�新浪IP地址查询接口 http://int.dpool.sina.com.cn/iplookup/iplookup.php?format=js
�搜狐IP地址查询接口 http://pv.sohu.com/cityjson
�谷歌IP地址查询接口 http://j.maxmind.com/app/geoip.js
�淘宝IP地址查询接口 http://ip.taobao.com/service/getIpInfo.php?ip=ip 地址字串
�乐视IP地址查询接口 http://g3.letv.cn/recommend?format=2


3.3 访问节点列表生成
“线性规划”算法
”
解决问题：如何分配资源，使全局质量最优；开源项目glpk
glpk
问题模型：
城市A B C 分别有用户 500 300 100 人
服务CDN节点 L M N 为他们提供服务
三个服务商的容量为 200 300 400
服务节点为三地提供服务的质量分别为
A L 90 M 80 N 70
B L 80 M 70 N 90
C L 70 M 80 N 90
求解：城市分别向各地分流多少人，才能使得服务质量最好
条件：
A.资源：节点的容量能力：物理带宽/连接数
B.用户：每个地区的用户量，根据历史数据预判
C.质量表：每个地区的用户到每个节点的质量数据(历史)


3.3 访问节点列表生成
用户访问节点列表生成，内容路由表示例：

国家码省ID 地区ID 运营商服务节点列表[普通节点]

CN 1 19 2 706,706,706,705,700,730

CN 1 22 2 706,705,705,705,705,720,711

CN 1 5 1 807,820,810,812,841

CN 1 8 7 168,102,105,104,103


3.4 节点压力平衡方案
（1）节点之间压力平衡
1
A.节点分级调度 B.节点容量放大

普通节点、区普通节点、区域中心第三方节
存储节点第三方节点存储节点
域中心节点节点点

（2）节点内部压力平衡
2
超热点文件：轮询调度，平衡压力(要求所有服务器均分发文件)
其他文件：hash算法，节省磁盘空间。两种算法并存才合理


3.5 业务层QOS保障
（1）业务分级
1 级别请求数(滑动窗口) 分布比例是否丢弃
免费与付费 --
1 100 12%
终端类型：手机/盒子/TV/PC
产品：广告/直播/站外 2 120 14% --
码率：高清/标清
3 150 18% --
频道
4 140 16% --
（2）用户分级
2
5 0 0% --
国内用户/国外用户
北上广深/重点用户 6 130 15% --
直辖市/省会城市用户
7 100 12% drop
其他地区用户
8 40 5% drop
9 20 2% drop
10 50 6% drop


3.6 防盗链方案
（1）基于网站来源
1
根据Referer/User-Agent/Host头信息，设置黑白名单
缺陷：此类信息经常变化、增加，会导致误杀用户

（2）基于Cookie
2 Cookie
Cookie的防盗链
缺陷：部分浏览器不支持cookie写入操作，安全限制不允许操作

（3）基于URL
3 URL MD5
URL和时间MD5
MD5变化
原理：将URL里面的关键字段MD5加密，同时加上URL过期时间限制。
访问服务器时进行验证。可防止URL过期后使用，URL篡改等盗链
URL示例：
http://gslb.letv.com/video.mp4?videoid=1487447
&time=1351565894&md5key=977722fec1785025c04a3d39de509604
Md5key=MD5(user-agent,filename,videoid,time,privatekey)


3.7 服务部署方案
GSLB是全局调度，需要解决单点故障。通过DNS+LVS实现：


4 Web服务器

WEB
WEB服务器对比分析（apache ,lighttpd,nginx
�三大WEB apache ,lighttpd,nginx
lighttpd,nginx）
h
•http://bbs.phpchina.com/thread-204559-1-1.html
h
•http://www.linuxany.com/archives/1368.html

�需要的功能
�视频文件下载
�视频拖放功能
�心跳数据上报
�MISS消息转发
�防盗链模块
�其他功能：如直播,实时封装ts流


And
CDN系统：提供文件的分布式存储/访问，本身是一个大的分布式应用
（1）CDN节点：边缘节点分布在全国各地，已是分布式架构系统
（2）调度系统：全局负载均衡系统，是中心系统－－考虑分布式


案例ROI分析
相关性(Relevance):
(Relevance):
视频播放的流畅度直接影响用户体验，通过CDN系统加速，将大部分视频文
件(90%以上)提前放在离用户最近的IDC机房，解决大量数据在公网上的传输，从
而提升用户体验；此系统与用户体验相关性极高

原创性(Originality):
(Originality):
CDN系统于1998年出现，是比较成熟的应用；国内大型的视频网站均有自建
的CDN系统。商用系统如网宿、蓝汛等都十分成熟。虽然各家系统的实现原理基
本相同，但是实现方案、细节并不透明；因此本系统里面部分内容具有原创性

震撼性(Impact):
(Impact):
著名的12306.cn网站如果没有CDN加速，将无法正常运行。因此CDN系统的
重要性大家有目共睹


案例启示
CDN系统是成熟的分布式应用，分布式即去中心化的思想。
现在较为流行的“云”概念，即广义上的分布式思想体现。


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