CDN技术在河北干部网络培训平台中的应用研究

孙壮桥

(河北广播电视大学，河北 石家庄 050071)



CDN技术在河北干部网络培训平台中的应用研究

孙壮桥

(河北广播电视大学，河北 石家庄 050071)

河北干部网络培训平台要支持分布于河北省各地市的20万名注册学员进行在线学习。采用CDN技术，将中心节点服务器中的内容分发至分布式部署的服务节点，根据网络流量和各节点的连接、负载状况以及到用户的距离和响应时间等综合信息将用户的请求自动指向到全局最优的服务节点，提高网络资源利用率，从技术上解决网络带宽有限、用户访问量大造成的网络延迟问题，提升服务能力。

CDN技术；培训平台；负载均衡；节点

一、引言

1.CDN

CDN的全称是Content Delivery Network，即内容分发网络。原理是将中心节点服务器中的内容分发至分布式部署的服务节点中，根据网络流量和各节点的连接、负载状况以及到用户的距离和响应时间等综合信息将用户的请求自动指向到全局最优的服务节点，由该节点就近为用户提供服务，提高用户访问网站的响应速度。[1]

2.河北干部网络培训平台

中共中央颁布的《2010-2020年干部教育培训改革纲要》中指出，加快建设干部教育培训网络平台。适应现代信息技术迅猛发展的新形势，加强网络培训基础设施建设，规范干部网络培训管理，更好地满足干部多样化的学习需求。习近平同志在全国干部教育培训工作会议上多次部署了开展干部在线学习和网上培训工作，以适应现代培训发展的新趋势，并有效解决工学矛盾之重任。“干部网上学习”以其独特的优势，有望成为创新干部培训模式、推进十八大提出的“完善终身教育体系，建设学习型社会”和“学习型组织”的重要渠道。[2]河北干部网络培训平台(以下简称：培训平台)以现代信息技术为手段，以互联网为支撑，面向全省20多万公务员和参照公务员法管理的工作人员，以及省管企业、省属高校中层以上干部，着力建立兼容、开放、共享、规范的干部网络在线培训体系。

根据估算，培训平台高峰时期在线浏览视频资源人数要达到2-3万人，分布于河北省十一个地市。采用CDN技术，将内容从单一中心节点分发至节点服务器，能够减少中心系统压力，缓解流量对网络的冲击，提升服务能力。

二、河北干部网络培训平台部署现状分析

1.全国干部网络培训平台部署现状

目前，全国大多数省市已经构建了干部网络培训平台，部署方式也各不相同，主要有以下几种形式。

(1)按功能模块部署服务器，每台服务器负载一个或多个模块，负载较重时，增设服务器分离各模块。但当一个模块负载过大时，通过更换高性能服务器来提升性能，没有做到一个功能模块的多台服务器负载均衡功能。

(2)现有平台不能实现多方位的集群或分布式部署，部分服务能够多服务器负载调节。现状是不易大面积扩展，如果规模小，运行没有问题。

(3)智能DNS(域名解析)开发不够完善，只能根据学员所在地市在平台上手动划拨到各地市，也就是静态指向，没有做到智能解析，自动指向。

2.当前河北干部网络培训平台部署方式

培训平台采用不同网络接入商的双条链路出口，设备全部采用双机热备。通过链路负载均衡设备和服务器负载均衡设备对双链路和WEB、流媒体服务器进行动态负载均衡调节，保证网络流量和硬件的动态平衡，为全省干部提供服务。

三、CDN系统设计

采用CDN技术进行系统设计，将硬件采用分布式的部署方式：一个主站点，部署在中心系统，采用三层部署，即Web应用服务器、数据库服务器及流媒体服务器，各应用根据需求采用多台服务器使用负载均衡技术或集群模式部署。分中心节点根据用户需求，可先选择2-3个试点地市，逐步扩展到其他地市，多级节点。分节点根据需求分布式部署视频、期刊等服务资源。

四、CDN技术在河北干部网络培训中的应用

利用CDN及相关内容管理技术，培训平台可以把内容从中心节点服务器有效地分发到分节点服务器，在干部网络培训平台中通过边缘服务技术来实现最终用户的资源点播服务。提高了网络资源利用率，从技术上解决了节点分布不均匀、网络带宽有限、用户访问量大造成的网络延迟的问题。

1.CDN技术在河北干部网络培训中的实现

(1)利用智能DNS实现就近访问。智能DNS调度器主要实现全局负载均衡及客户端的就近访问。通过分布式内容分发网络，用户通过传统DNS别名方式把域名的解析权交给智能DNS调度器。智能DNS调度器通过自有协议与各个节点服务器交互，获得各个节点服务能力及网络状况等信息。当有用户请求解析时，智能DNS的决策模块根据服务状况、网络状况等相关信息，判定用户到各个节点服务器的访问效果，然后选定最优的节点作为解析的结果返回给用户，由该节点响应用户的请求。[3]通过减少解析记录的缓存时间，可以提高决策模块对用户访问控制的灵敏度。

(2)实现用户就近访问资源服务。学员用户分布在教育、网通、电信等不同网络，该系统能够使用户访问最近的边缘服务器(节点多媒体服务器)，利用定向技术确定最接近用户的最佳CDN节点，同时将用户的请求指向该节点。当用户的请求到达指定节点时，CDN节点的服务器负责将用户请求的内容提供给用户。

(3)根据带宽与服务器负载状态，实现全网负载均衡。利用全局负载均衡功能通过将相同服务内容部署在处于多个分节点的流媒体服务器上，实现带宽、服务器更高的可用性、性能以及更加经济和无懈可击的安全性，以便在全网范围内的学员获得更快的响应时间。[4]利用P2P加速分发技术，使得每个分节点的资源互相共享，加快了分发速度，节省了中心节点的压力。

(4)当中心节点有资源更新时，内容快速向分节点分发功能。当中心节点有数据更新时，系统采用P2P技术能够快速的将内容同步到各分节点。[5]为每个文件指定启动分发时间，或者智能分发。由于白天访问用户通常比较多，如果这些时间进行分发，则会影响服务器的服务质量。选择一个访问用户很少的时候进行分发；或实现智能分发，当服务器的访问量少时，分节点服务器可以主动向中心节点服务器请求分发任务。

(5)分节点在存储资源的同时，对部分内容进行节点缓存。对于视频及课件文件，由于其更新慢，数量相对较少，占用磁盘空间少，采用全份拷贝方式存储到分节点服务器上。缓存部分内容，采用PUSH和PULL两种方式缓存中心节点的数据。如期刊数据容量大，更新频繁，采用部分内容缓存的方式。将最新的期刊缓存下来，将访问量最少的内容淘汰掉，当缓存数据满时，采用最近最少使用等多种淘汰算法淘汰数据，对于冷、热门数据实现合理推送和下放。[6]

(6)构建运维管理系统，对河北干部远程培训系统进行监控和管理 运维管理系统对整个河北干部远程培训系统进行设置和管理，管理员可以管理分布在各地的分节点服务器，配置、管理每台节点服务器，监控各种服务的运行状况及节点服务器的资源使用情况，包括CPU、内存、硬盘、带宽等。

2.河北干部网络培训平台内容分发管理

(1)Web内容分发。Web 服务器的内容主要是代码，图片等，文件小而多，代码更改频繁，文件替换、增删频繁。在中心节点的Web服务器上部署分发服务器程序，在每个分支节点的Web服务器上部署分发客户端程序。配置好Web内容路径，客户端检测本地文件夹与服务器端文件夹有不同时，便将服务器端的内容同步下来。同步完成后将通知分发服务器程序。

(2)课件分发。在中心节点的课件服务器上部署分发服务器程序，在每个分支节点的课件服务器上部署分发客户端程序。课件上传前压缩成包，分发程序采用P2P方式将压缩包传输到各个分节点上，然后再解压缩。分发完成后将通知分发服务器程序。

(3)流媒体分发。流媒体内容主要是视频文件，由于其更新慢，数量相对较少，占用磁盘空间少，故采用全份拷贝方式存储到分节点服务器上。在中心节点的流媒体服务器上部署分发服务器程序，在每个分节点的流媒体服务器上部署分发客户端程序。分发程序采用P2P方式将视频文件传输到各个分节点上。分发完成后将通知分发服务器程序。

(4)期刊内容分发。由于期刊内容每月更新，并且每个期刊都占用较大的磁盘空间，日积月累，必须不断地扩充磁盘容量才能满足所有期刊的存储。其实，在这些期刊中，只有当月或最近几个月的才是热点期刊，比较老的期刊几乎很少甚至没人访问。因此，根据期刊的具体情况，将期刊分成热门与冷门两类。最新发布的期刊当作热门，很少访问与没人访问的期刊当作冷门。热门的期刊采用推(PUSH)方式从中心节点主动推送全份到边缘节点。冷门的期刊可以根据磁盘空间的大小，进行适当的淘汰；如果这些被淘汰掉的期刊再次被访问到，则缓存服务器可以采用拉(PULL)方式即时从中心节点将其拉下来，并对访问用户及时提供服务。

五、结语

培训平台在构建分布式硬件网络架构的基础上，完善软件平台和课程资源，完善的多级别管理体系，实现一个高质量、大容量、系统化的学习平台和资源共享、自成体系、独立运作的学习管理平台，使干部在线学习逐渐成为我省干部教育培训工作的一个有机组成部分和推进大规模培训干部工作的一个重要手段。

[1]陈明基，黄凤娟.一种内容分发网络的设计与实现[J].计算机与现代化,2016(7):87-90.

[2]王晓红.Web2.0时代干部网上学习发展策略及保障体系[J].开放教育研究，2013(1):38-43.

[3]王琼,杨冬,高德云.兼容DNS的一体化网络资源解析系统[J].计算机技术与发展，2013(1):1-4.

[4]高理峰.基于CDN技术的党员远程教育系统设计与研究[D].北京：北京邮电大学，2011.

[5]马军,郑烩,殷保群.基于CDN和P2P的分布式网络存储系统[J].计算机应用与软件，2012(2):50-52.

[6]王必尧,王劲林,吴刚,刘学.一种应用于分布式缓存系统中的缓存部署算法[J].小型微型计算机系统，2012(8):1645-1649.

Research on the Application of CDN Technology on Hebei Network Cadre Training Platform

SUN Zhuangqiao

(Hebei Radio & TV University, Shijiazhuang, Hebei 050071, China)

Hebei Network Cadre Training Platform is designed to provide online learning support for 200,000 cadre trainees of Hebei province. CDN technology delivers the content of center node servicers to the distributed servicers. According to comprehensive information including network flow, connection of nodes, load, distance from users and response time, CDN technology sends users’ request to the most appropriate node. As a result, using network resources becomes more efficient, technological problems such as limits of broadband, slow speed caused by massive visits are solved, and network service is improved.

CDN technology; training platform; load balance; node

2016-08-02

2015年河北省高等学校科学技术研究项目课题《基于CDN技术在干部远程培训系统建设中的研究与实现》(QN2015107)

孙壮桥(1980-)，男，河北邯郸人，工程硕士，副教授，主要从事远程教育信息化建设研究。

G434

A

1008-469X(2016)05-0031-03