Nghiên cứu công nghệ mạng phân phối nội dung( CDN) và ứng dụng

NGUYỄN THỊ TUYẾT LÊ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SỸ
CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ MẠNG
PHÂN PHỐI NỘI DUNG (CDN) VÀ ỨNG DỤNG

NGUYỄN THỊ TUYÊT LÊ
2015-2017

HÀ NỘI - 2017


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SỸ

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ MẠNG
PHÂN PHỐI NỘI DUNG (CDN) VÀ ỨNG DỤNG

NGUYỄN THỊ TUYẾT LÊ
CHUYÊN NGÀNH : CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
MÃ SỐ: 60.48.02.018
HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. TRƢƠNG TIẾN TÙNG

HÀ NỘI - 2017

1


LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai
công bố trong bất cứ công trình nào.
TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Nguyễn Thị Tuyết Lê

i


LỜI CẢM ƠN
Qua luận văn này Tôi xin chân thành cảm ơn TS.Trƣơng Tiến Tùng - Viện
Đại học Mở Hà Nội đã tận tình giúp đỡ, động viên, định hƣớng, hƣớng dẫn Tôi
nghiên cứu và hoàn thành luận văn này. Tôi xin cảm ơn các giảng viên trong Viện
Đại học Mở Hà Nội đã giảng dạy và giúp đỡ Tôi trong hai năm học qua, cảm ơn sự
giúp đỡ nhiệt tình .
Trong quá trình nghiên cứu của mình, mặc dù đƣợc sự hƣớng dẫn rất nhiệt
tình, đầy trách nhiệm của TS. Trƣơng Tiến Tùng và các thầy cô giáo trong Viện Đại
học Mở Hà Nội cùng với sự nỗ lực của cá nhân nhƣng cũng không thể tránh đƣợc
những thiếu sót. Tác giả chân thành mong nhận đƣợc những ý kiến đóng góp từ quý
Thầy, Cô và các bạn bè đồng nghiệp.
Trân trọng cám ơn.

Nguyễn Thị Tuyết Lê

ii


MỤC LỤC
Trang
LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................. i
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................... ii
MỤC LỤC ........................................................................................................ iii
DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CHỮ VIẾT TẮT ...................................... v
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ....................................................................... viii
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ..................................................................... x
MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ MẠNG PHÂN PHỐI NỘI
DUNG ............................................................................................................... 3
1.1. Khái niệm công nghệ mạng phân phối nội dung.................................... 3
1.2. Những lợi ích nổi bật của công nghệ mạng phân phối nội dung ........... 4
1.3. Những hạn chế khi không sử dụng công nghệ mạng phân phối nội dung
....................................................................................................................... 6
1.4. Nguyên lý hoạt động và cách thức thiết lập một mạng phân phối nội
dung ............................................................................................................... 8
1.4.1. Nguyên lý hoạt động ........................................................................ 8
1.4.2. Cách thức thiết lập một mạng phân phối nội dung .......................... 9
1.5. Các thành phần của giải pháp công nghệ mạng phân phối nội dung 12
1.6. Một số ứng dụng của công nghệ mạng phân phối nội dung ........... 13
1.6.1. Mạng công ty ............................................................................ 13
1.6.2. Mạng ISP.................................................................................... 14
1.6.3. Mạng nhà cung cấp công nghệ phân phối nội dung .................. 15
1.7. Ứng dụng phù hợp và ứng dụng không phù hợp với công nghệ mạng

phân phối nội dung .................................................................................. 15
1.7.1. Ứng dụng phù hợp với công nghệ mạng phân phối nội dung ... 15
1.7.2. Ứng dụng không phù hợp với công nghệ mạng phân phối nội
dung ...................................................................................................... 16
1.8. Kết luận chƣơng 1. ............................................................................... 16
CHƢƠNG 2. KIẾN TRÚC VÀ CÔNG NGHỆ MẠNG PHÂN PHỐI NỘI
DUNG ............................................................................................................. 18
2.1. Kiến trúc mạng phân phối nội dung ..................................................... 18
2.1.1. Kiến trúc nút có khả năng mở rộng ............................................... 18
2.1.1.1. Thiết bị cân bằng tải ................................................................ 18
2.1.1.2. Quảng bá và phân lọc.............................................................. 19

iii


2.1.1.3. Máy chủ địa chỉ thông minh ................................................... 20
2.1.1.4. Thiết bị khách hàng thông minh ............................................. 21
2.1.1.5. Giao thức chuyển hƣớng yêu cầu ........................................... 21
2.1.1.6. Truy nhập song song ............................................................... 22
2.1.2. Kiến trúc Web có khả năng mở rộng ............................................. 22
2.1.2.1. Quảng bá và phân lọc.............................................................. 25
2.1.2.2. Máy chủ địa chỉ thông minh ................................................... 27
2.1.2.3. Phƣơng pháp sửa đổi nội dung ............................................... 29
2.2. Công nghệ mạng phân phối nội dung................................................... 29
2.2.1. Mô hình mạng truyền thống........................................................... 29
2.2.2. Mô hình công nghệ mạng phân phối nội dung .............................. 33
2.3. Một số ứng dụng ................................................................................... 41
2.3.1. Mega meeting................................................................................. 41
2.3.2. MegaTV.......................................................................................... 46
2.3.3. Ứng dụng công nghệ mạng phân phối nội dung trong lĩnh vực

truyền tải nội dung tại VNG. ................................................................... 49
2.4. Kết luận chƣơng 2. ............................................................................... 53
CHƢƠNG 3. ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ MẠNG PHÂN PHỐI NỘI DUNG
TẠI VNPT MEDIA......................................................................................... 55
3.1. Giới thiệu tổng quan và mô hình CeeMe của VNPT Media ................ 55
3.1.1. Mục đích ........................................................................................ 55
3.1.2. Mô tả .............................................................................................. 56
3.2. Thiết kế hệ thống ................................................................................. 58
a. Hệ thống máy chủ và khả năng lưu trữ................................................ 58
3.3. Kết luận chƣơng 3. .............................................................................. 70
KẾT LUẬN ..................................................................................................... 71
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 74
PHỤ LỤC ........................................................................................................ 75

iv


DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CHỮ VIẾT TẮT
STT

Từ viết

Tiếng Anh

Tiếng Việt

tắt
1.

ADSL

Đƣờng dây thuê bao không số

Asymmetrical digital
subscriber line

2.

ARP

Address Resolution Protocol

Giao thức phân giải địa chỉ

3.

ATM

Asynchronous Transfer Mode

Chế độ truyền không đồng bộ

4.

CDN

Content Delivery Network,

Mạng phân phối nội dung

Content Distribution Network
5.

CDSP

Content Distribution Service

Nhà cung cấp dịch vụ phân

Provider

phối nội dung

Continous Intergration

Tích hợp liên tục

6.

CI

7.

CNTT

8.

DNS

Domain Name System

9.

DoS/

Denial of Service / Distributed Cuộc tấn công từ chối dịch vụ

DdoS

Denial of Service

10.

DSL

Digital Subcriber Line

11.

HDSL

High-bit-rate digital subscriber Đƣờng dây thuê bao tốc độ

12.

HLS

Công Nghệ Thông Tin
Hệ thống tên miền

Kênh thuê bao số

line

cao

HTTP Live Streaming

Giao thức truyền tải nội dung
trực tiếp

13.

HSRP

Hot Standby Router Protocol

Giao thức cung cấp tính sẵn
sàng làm việc cho hệ thống
mạng, một chuẩn đƣa ra bởi
công ty Cisco

14.

HTML

HyperText Markup Language

Ngôn ngữ đánh dấu siêu văn
bản

v


15.

HTTP

Hypertext Transfer Protocol

Giao thức truyền tải siêu văn
bản

16.

IAP

Internet Access Provider

Nhà cung cấp dịch vụ đƣờng
truyền kết nối

17.

IDSL

Digital subscriber line

Đƣờng dây thuê bao

18.

IoT

Internet of Things

Internet vạn vật

19.

ISDN

Intergrated Services Digital

Mạng số tích hợp đa dịch vụ

Network
20.

ISP

Internet Service Provider

Cung cấp dịch vụ Internet

21.

IXP

Internet Exchange Point

Điểm trao đổi Internet

22.

LANE

LAN emulation

Mô phỏng LAN

23.

LRU

Least Recently Used

Thuật toán LRU

24.

LTE

Long-Term Evolution

Tiến hóa dài hạn (Công nghệ
di động thế hệ thứ 4)

25.

MRU

Most Recently Used

Thuật toán MRU

26.

NBBS

Networking BroadBand

Dịch vụ mạng BroadBand

Services
27.

28.

OSI

Open Systems Interconnection Mô hình tham chiếu kết nối

Model

Reference Model

các hệ thống mở

OTT

Over-The-Top

Thuật ngữ dùng để chỉ những
dịch vụ và ứng dụng đa
phƣơng tiện đƣợc cung cấp
trên nền tảng Internet

29.

OWASP Open Web Application

Dự án bảo mật ứng dụng web

Security Project

mở

30.

PoP

Point of presence

Điểm hiện diện

31.

QoS

Quality of Service

Chất lƣợng dịch vụ

32.

RTMP

Real-Time Messaging

Giao thức truyền tải cho ứng

Protocol

dụng thời gian thực

vi


33.

34.

35.

SaaS,

Software as a Service,

Phần mềm nhƣ một dịch vụ,

IaaS,

Infrastructure as a service,

Cơ sở hạ tầng nhƣ một dịch

PaaS

Platform as a service.

vụ, Nền tảng nhƣ một dịch vụ

SATA/

Serial Advanced Technology

Thuật ngữ về một số chuẩn

SAS

Attachment / Serial Attached

giao tiếp của ổ cứng (Loại ổ

SCSI

cứng)

Session Initiation Protocol

Thuật ngữ về giao thức đƣợc

SIP

sử dụng trong việc truyền
thông đa phƣơng tiện
Ổ cứng

36.

SSD

Soild state hard drive

37.

TCP/IP

Transmission Control Protocol Giao thức kiểm soát truyền tải

38.

TTL

/ Internet Protocol

/ Giao thức Internet

Time to live

Thuật ngữ chỉ một trƣờng lƣu
trữ thời gian mà thông tin trả
lời có giá trị .

39.

VDSL

Very-high-bit-rate digital

Đƣờng dây thuê bao siêu tốc

subscriber line

độ

40.

VPN

Virtual Private Network

Mạng riêng ảo

41.

VRRP

Virtual Router Redundancy

Giao thức dƣ thừa Router ảo

Protocol
42.

Từ viết tắt cho các phƣơng

XDSL

thức truyền tải dữ liệu số nói
chung, nhƣ: HDSL, VDSL,
ADSL, RADSL…

vii


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Trang
Hình 1.1. Công nghệ CDN. .........................................................................................4
Hình 1.2. Lợi ích khi sử dụng CDN ............................................................................6
Hình 1.3. Kiến trúc Mạng Phân phối Nội dung (CDN). .............................................8
Hình 1.4. Nội dung và dịch vụ đƣợc cung cấp bởi CDN ............................................9
Hình 1.5. Quá trình phân phối nội dung. ..................................................................10
Hình 1.6. Quá trình phân phát nội dung. ...................................................................10
Hình 1.7.Các bƣớc mô tả phân phối nội dung trong một mạng CDN và giữa các
CDN ngang cấp. ........................................................................................................11
Hình 1.8. Phân phối nội dung trong một mạng CDN và giữa các CDN ngang cấp. 12
Hình 2.1. Cấu hình mạng sử dụng bộ cân bằng tải. ..................................................18
Hình 2.2. Mạng có khả năng dự phòng .....................................................................24

Hình 2.3. Phƣơng pháp quảng bá và phân lọc ..........................................................26
Hình 2.4. Mô hình kết nối tier luận lý. ......................................................................30
Hình 2.5. Mô hình kết nối tier tổng quát. ..................................................................31
Hình 2.6. Các loại băng thông. ..................................................................................32
Hình 2.7. Phân loại thành phần CDN. .......................................................................33
Hình 2.8. Sơ đồ các quan hệ......................................................................................35
Hình 2.9. Giao thức liên kết. .....................................................................................36
Hình 2.10. Phân phối nội dung và quản lý phân loại. ...............................................37
Hình 2.11. Phân loại việc lựa chọn và phân chia nội dung. ......................................38
Hình 2.12. Phƣơng thức thay đổi vị trí .....................................................................39
Hình 2.13. Phân loại kỹ thuật lƣu trữ. .......................................................................40
Hình 2.14. Cơ chế phân loại xung quanh các yêu cầu. ............................................40
Hình 2.15. Hội nghị truyền hình Mega Meeting. ......................................................42
Hình 2.16. Giao diện Mega Meeting. ........................................................................43
Hình 2.17. Giải pháp mã nguồn mở đƣợc sử dụng trong hệ thông CDN .................45

viii


Hình 2.18. Kết quả sau khi ứng dụng kỹ thuật phân mảnh tập tin phục vụ Pseudo
Streaming và Range Requests. ..................................................................................45
Hình 2.19. Kiến trúc hệ thống. ..................................................................................48
Hình 2.20. Giải pháp CDN theo phƣơng pháp HTTP director. ................................51
Hình 2.21. Giải pháp CDN theo phƣơng pháp DNS director. ..................................52
Hình 3.1. Cấu trúc hệ thống CeeMe. .........................................................................58
Hình 3.2. Kiến trúc tổng quan CeeMee. ...................................................................59
Hình 3.3. Mô hình cung cấp và kết nối tín hiệu. .......................................................60
Hình 3.4. Thuật toán thiết lập RTMP module...........................................................64
Hình 3.5. Mô hình hệ thống CDN trong dịch vụ Ceeme. .........................................66
Hình 3.6. Trang chủ của ứng dụng Ceemee. .............................................................67

Hình 3.7. Ceeme không chỉ là ứng dụng mà còn là mạng xã hội. ............................67
Hình 3.8. Các clip hot đƣợc cập nhật thƣờng xuyên .................................................68
Hình 3.9. Ngƣời xem có thể nghe liveshow qua ứng dụng Ceemee. .......................68
Hình 3.10. Ngƣời xem có thể trực tiếp xem liveshow qua ứng dụng Ceemee. .......68
Hình 3.11. Để theo dõi và trao đổi thông tin ngƣời dùng phải tạo tài khoản. ..........69
Hình 3.12. Giao diện ứng dụng. ................................................................................69
Hình 3.13. Live stream họp báo. ...............................................................................69

ix


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Trang
Bảng 3.1. Bảng tiếp nhận và biến đổi tín hiệu. .........................................................65
Bảng 3.2. Bảng độ trễ toàn trình của dịch vụ Ceeme................................................67

x


MỞ ĐẦU
Công nghệ CDN (Content Delivery Network) đƣợc tạo ra trong bối cảnh tình
trạng “thắt cổ chai” giữa client và server ngày càng trầm trọng. Việc tăng tốc độ
truy cập mạng và việc có thể nằm trong Top trang đầu trên các công cụ tìm kiếm là điều
vô cùng quan trọng. Để khắc phục điều này, mạng phân phối nội dung ra đời với mô
hình nhiều máy chủ đặt tại nhiều khu vực khác nhau với công nghệ sao lƣu dữ liệu
đồng bộ cho phép đáp ứng truy cập ngƣời dùng trong thời gian ngắn giảm tắc nghẽn
đƣờng truyền.
Mạng phân phối nội dung (Content Delivery Network) đƣợc biết đến là một
hệ thống máy chủ đặt ở nhiều nơi khác nhau trên thế giới và chứa những bản sao dữ
liệu của nội dung website trên hệ thống. Khi ngƣời dùng truy cập thì đƣợc trỏ tới

các bản sao nội dung tƣơng ứng trên máy chủ gần nhất thay vì đi tới nội dung gốc
trên website. Nội dung đƣợc lƣu trữ ở phía biên mạng trong các máy chủ sao lƣu
gần nhất với đầu cuối ngƣời sử dụng để giảm thời gian đáp ứng và tránh tăng lƣu
lƣợng mạng một cách đột ngột. Do vậy mà băng thông khả dụng đƣợc sử dụng một
cách tối ƣu. Các máy chủ sao lƣu đƣợc định vị cùng với các máy chủ gốc. Bộ phân
phối nội dung tới các máy chủ sao lƣu này từ các máy chủ gốc để tránh tắc nghẽn
mạng trong “giờ cao điểm”.
Hiện nay dịch vụ mạng phân phối nội dung đƣợc một số lƣợng rất lớn các
doanh nghiệp, tổ chức, các hãng truyền hình và các website mạng xã hội, các công
ty phần mềm, các công ty thƣơng mại điện tử, các tổ chức dịch vụ tài chính và
chính phủ, các cơ quan khu vực công sử dụng. Để phục vụ nhu cầu phân phối trực
tuyến của khách hàng, mạng phân phối nội dung sử dụng một loạt các kỹ thuật, bao
gồm cả bộ nhớ đệm nội dung, định tuyến thông minh và ƣu tiên lƣu lƣợng để góp
phần giảm thiểu các vấn đề nhƣ tắc nghẽn mạng, mất gói tin, trễ lƣu lƣợng và jitter.
Luận văn của Tác giả gồm có 3 chƣơng với nội dung cơ bản sau:

1


Chƣơng 1. Tổng quan công nghệ mạng phân phối nội dung
Chƣơng 2. Kiến trúc và công nghệ mạng phân phối nội dung
Chƣơng 3. Ứng dụng công nghệ mạng phân phối nội dung tại VNPT
Media.

2


CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ MẠNG PHÂN
PHỐI NỘI DUNG
1.1. Khái niệm công nghệ mạng phân phối nội dung

CDN viết tắt của từ Content Delivery Network hay Content Distribution
Network (mạng phân phối nội dung) đƣợc tạm hiểu là một hệ thống máy chủ đặt ở
nhiều nơi khác nhau trên thế giới và chứa những bản sao dữ liệu của nội dung
website trong hệ thống và khi ngƣời dùng truy cập vào thì các bản sao đó nằm tại
một máy chủ gần với ngƣời dùng nhất thay vì truy cập vào nội dung gốc trên
website . Giả sử nhƣ máy chủ website đặt ở Châu Âu nhƣng khi ngƣời dùng ở Việt
Nam truy cập vào thì những dữ liệu mà ngƣời dùng nhận đƣợc là bản sao của máy
chủ gốc đƣợc lƣu trữ tại những máy chủ trong hệ thống CDN ở khu vực ở Việt Nam
hoặc nơi gần ngƣời dùng nhất. Việc truy cập dữ liệu qua CDN cho ngƣời dùng tải
dữ liệu nhƣ hình ảnh, dữ liệu nhanh hơn[7].
CDN (Content Delivery Network) là mạng phân phối nội dung, hoạt động
nhƣ một mạng lƣới với nhiều máy chủ đặt ở nhiều nơi trên thế giới. Mỗi máy chủ
đƣợc gọi là một PoP. Các PoP có nhiệm vụ lƣu trữ các bản sao dữ liệu tĩnh (nhƣ
hình ảnh, nội dung…) từ một máy chủ gốc. Khi ngƣời dùng truy cập vào website,
hệ thống sẽ xác định vị trí của ngƣời dùng và gửi phản hồi từ PoP ở gần vị trí của
ngƣời dùng nhất. Do đó, thay vì phải chờ phản hồi từ máy chủ gốc ở xa, nhờ CDN,
ngƣời dùng có thể rút ngắn thời gian phản hồi của máy chủ, tăng tốc độ truy cập với
các PoP ở gần mình[6].
Thực tế hiện nay ngƣời dùng Internet sẽ mất 80-90% thời gian để trình duyệt
hiển thị ra các thành phần tĩnh trong trang web nhƣ: hình ảnh (image), các dữ liệu
để định dạng tài liệu HTML, (stylesheet- CSS), các đoạn script, flash. Vì vậy việc
sử dụng dịch vụ CDN sẽ giải quyết đƣợc việc này.
Kỹ thuật CDN đã đƣợc các công ty hàng đầu thế giới nhƣ Google, Facebook
ứng dụng cho các dịch vụ media nhƣ Youtube và các clip, hình ảnh trên Facebook...

3


Nhờ ứng dụng công nghệ này mà các dịch vụ của Google và Facebook có khả năng
mở rộng và tiếp cận đến khách hàng toàn cầu, gia tăng mạnh mẽ về lƣợng ngƣời

dùng và doanh số.[6]
Công nghệ CDN là một hệ thống với phân tán nội dung tĩnh từ một máy chủ
gốc sang nhiều máy chủ khác đƣợc đặt ở nhiều nơi trên thế giới. Mỗi máy chủ đƣợc
gọi là một PoP. Các PoP này sẽ gửi phản hồi khi có yêu cầu truy xuất từ ngƣời dùng
gần với PoP đó. Với cơ chế hoạt động này, tốc độ truy cập website của ngƣời dùng
sẽ nhanh hơn dù ở bất kì đâu trên thế giới.
CDN (Content Delivery Network) là 1 bƣớc tiến thông minh của công nghệ
nhằm giải quyết việc vận hành quá tải của các hệ thống Server và giảm thời gian
truy cập cho các website. Cụ thể nhằm đƣa ra giải pháp giúp giảm tải cho các máy
chủ vận hành chính hệ thống, với tính năng lƣu trữ và phân tải các dữ liệu tĩnh ít
thay đổi nhƣ “hình ảnh, video clip, mã nguồn, css” tại các máy chủ đƣợc đặt ở khắp
nơi trên thế giới. Hệ thống CDN đƣợc hiểu bao gồm rất nhiều Server chứa các dữ
liệu tĩnh nhƣ hình ảnh, video, css, js,… đƣợc đặt khắp nơi trên thế giới nhằm cung
cấp dữ liệu 1 cách nhanh nhất cho ngƣời truy cập.

Hình 1.1. Công nghệ CDN.

1.2. Những lợi ích nổi bật của công nghệ mạng phân phối nội dung


Vì CDN là một mạng lƣới các máy chủ đồng bộ về dữ liệu tĩnh nên lợi

ích nổi bật nhất của CDN đó là giảm tải cho máy chủ gốc. Bên cạnh đó, nhờ

4


vào việc xác định vị trí ngƣời dùng để gửi phản hồi từ máy chủ gần nhất giúp
giảm đáng kể thời gian phản hồi, tăng tốc độ load (tải trang) của website dù
ngƣời dùng ở xa vị trí đặt máy chủ gốc



Ngoài ra, với cơ chế hoạt động của mình, CDN còn giúp mở rộng băng

thông, tăng khả năng chịu tải cho website trong cùng một thời điểm. Do đó, dù
ngƣời dùng truy cập từ vị trí gần hay xa máy chủ gốc thì tốc độ tải của website
có sử dụng CDN vẫn nhanh hơn 15 - 20% so với website thông thƣờng


Bên cạnh đó, sử dụng CDN còn giúp tiết kiệm đƣợc băng thông của

máy chủ gốc. Bởi vì máy chủ gốc chỉ tốn băng thông cho một lần phản hồi các
yêu cầu từ các PoP, còn các lƣợt truy cập từ ngƣời dùng thì sẽ do các PoP xử
lý, nên máy chủ gốc không phải tốn thêm lƣợng băng thông cho các yêu cầu
của ngƣời dùng. Điều này giúp tiết kiệm đáng kể chi phí phải bỏ ra để nâng cấp
băng thông


Một điểm nổi bật khác của CDN đó là hệ thống máy chủ dự phòng. Có

nghĩa là các PoP có khả năng thay thế lẫn nhau hoạt động ngay lập tức khi một
PoP nào đó trong hệ gặp sự cố. Vì thế đảm bảo đƣợc đƣờng truyền luôn ổn
định, giúp website luôn đạt đƣợc tốc độ tải trang nhanh [1].


Nói đến lợi ích của CDN thì không thể không nói đến khả năng che

giấu địa chỉ IP. Với tính năng ẩn IP thực của máy chủ gốc, CDN giúp tránh
đƣợc việc các Hacker dò ra đƣợc IP thực của máy chủ từ đó giảm thiểu đƣợc
việc bị tấn công DDoS, đảm bảo máy chủ luôn vận hành một cách hiệu quả.



Việc sử dụng công nghệ CDN còn tiết kiệm chi phí hơn so với việc

nâng cấp hệ thống máy chủ hiện tại. Vì chi phí mua mới máy chủ để tăng khả
năng chịu tải cho hệ thống là khá cao. Bên cạnh đó chi phí quản lý hệ thống
máy chủ cũng không hề nhỏ vì cần đội ngũ kỹ thuật trình độ cao, và việc đồng
bộ các máy chủ trong hệ thống là không hề đơn giản. Sử dụng CDN sẽ tối ƣu
hơn vì chi phí hợp lý, thiết lập dễ dàng và có sự hỗ trợ kỹ thuật từ nhà cung cấp.
Với những lợi ích của CDN, có thể nói đây là bƣớc tiến thông minh của
công nghệ, một giải pháp tối ƣu giúp máy chủ vận hành mƣợt mà hơn, tăng tốc
độ truy cập và tăng khả năng chịu tải cho website, đảm bảo website luôn hoạt

5


động ổn định. Điều này sẽ mang lại nhiều hiệu ứng tích cực, giúp website có
đƣợc thứ hạng cao trên trang kết quả tìm kiếm, mở rộng phạm vi truy cập của
ngƣời dùng cũng nhƣ tăng lợi thế cạnh tranh cho doanh nghiệp [7].

Hình 1.2. Lợi ích khi sử dụng CDN

1.3. Những hạn chế khi không sử dụng công nghệ mạng phân phối nội
dung
Từ những lợi ích đƣợc phân tích trên, ta thấy rõ vai trò quan trọng của
CDN đối với những hệ thống trực tuyến ngày nay. Xét lại thời điểm trong quá khứ,
khi sự phát triển Internet còn trong mức giới hạn, các máy chủ để bảo đảm lƣợng
truy cập lớn cần phải đầu tƣ về cả hạ tầng, nhân lực và kỹ thuật; một vấn đề khó
khăn hơn là kết nối phải đƣợc bảo đảm trên các khu vực có ngƣời dùng lớn nhƣ

6


châu Âu, châu Á và châu Mỹ. Để thực hiện đƣợc các yêu cầu trên, các doanh
nghiệp tƣ nhân không thể thực hiện đƣợc, cần các cơ quan hoặc tổ chức có khả năng
và tài chính lớn mới có thể mở rộng với quy mô nhƣ thế.
CDN đã góp phần thay đổi và giải quyết những khó khăn lớn khi các nhà
cung cấp nội dung tại Việt Nam muốn mở rộng thị trƣờng ra khỏi quốc nội, và
mang đến những nội dung nhanh chóng đến toàn thế giới. Trong đó những vấn đề
nhƣ sau đã đƣợc giải quyết.
Ứng dụng không sử dụng CDN

Ứng dụng sử dụng CDN

 Cần xây dựng hệ thống kết nối mạng  Các PoP của nhà cung cấp đủ kinh phí
đa quốc gia có tốc độ cao, phải chi phí

để xây dựng hệ thống kết nối riêng,

triển khai cao.

ngƣời dùng có thể sử dụng với chi phí
thấp.

 Cần hạ tầng máy chủ lớn (CPU, RAM,  CDN cung cấp dịch vụ lƣu trữ tốc độ
Disk/SAN storage) để lƣu trữ và phân

cao, dữ liệu cũ bị loại bỏ và thay thế

phối tại từng khu vực.

mới phụ thuộc nhu cầu ngƣời dùng
cuối.

 Yêu cầu phần cứng, nhân sự chất  Các hệ thống cảnh báo toàn cầu của
lƣợng cao để bảo vệ trƣớc các cuộc tấn

CDN có thể chặn, lọc theo từng khu

công DoS/DdoS.

vực và giám sát bất thƣờng một cách
tự động ở quy mô lớn.

 Các máy chủ của hệ thống đƣợc công  Tin tặc chỉ có thể nhận biết IP hệ thống
khai cho phép tin tặc rà quét, tạo nguy

CDN, không thể biết đƣợc máy chủ

cơ mất an toàn trong vận hành.

thật đặt tại vị trí nào, hạn chế các rủi ro
tấn công trực tiếp vào máy chủ.

7


1.4. Nguyên lý hoạt động và cách thức thiết lập một mạng phân phối nội
dung
1.4.1. Nguyên lý hoạt động

Hình 1.3. Kiến trúc Mạng Phân phối Nội dung (CDN).
Hình 1.3 cho thấy môi trƣờng mạng phân phối nội dung điển hình, nơi các
cụm máy chủ Web đƣợc tái tạo đƣợc đặt tại cạnh của mạng mà ngƣời dùng cuối
đƣợc kết nối. Nhà cung cấp nội dung (tức là khách hàng) có thể đăng ký với một
nhà cung cấp dịch vụ CDN cho dịch vụ và có nội dung của nó đƣợc đặt trên các
máy chủ nội dung. Nội dung đƣợc nhân rộng theo yêu cầu khi ngƣời dùng yêu cầu,
hoặc nó có thể đƣợc nhân rộng trƣớc, bằng cách đẩy nội dung đến máy chủ đại diện.
Một ngƣời dùng đƣợc phục vụ với nội dung từ máy chủ Web đƣợc nhân rộng gần
đó. Do đó, ngƣời dùng kết thúc lên giao tiếp với một máy chủ CDN nhân bản gần
nó và lấy các tập tin từ máy chủ đó. Các nhà cung cấp CDN đảm bảo việc phân phối
nhanh các nội dung kỹ thuật số. Các nội dung của bên thứ ba bao gồm:
-

Nội dung tĩnh (ví dụ: các trang HTML tĩnh, hình ảnh, tài liệu, các bản vá lỗi
phần mềm),

-

Phƣơng tiện truyền thông trực tuyến (ví dụ: âm thanh, Video đƣợc tạo bởi
ngƣời dùng)

8


-

Các dịch vụ nội dung khác nhau (ví dụ: dịch vụ thƣ mục, thƣơng mại điện tử,
dịch vụ chuyển file).
Các nguồn nội dung bao gồm các doanh nghiệp lớn, các nhà cung cấp dịch

vụ Web, truyền thông và các đài phát thanh truyền hình. Ngƣời dùng cuối có thể
tƣơng tác với CDN bằng cách xác định nội dung / dịch vụ yêu cầu thông qua điện
thoại di động, điện thoại thông minh / PDA, máy tính xách tay và máy tính để bàn.
Hình 1.4 mô tả sự khác biệt Nội dung / dịch vụ đƣợc cung cấp bởi nhà cung cấp
CDN cho ngƣời dùng cuối [7]

Hình 1.4. Nội dung và dịch vụ được cung cấp bởi CDN
Ngƣời dùng khi truy cập vào các website có hỗ trợ CDN, thông tin mà bạn
nhận đƣợc sẽ đƣợc truy xuất từ máy chủ gần nhất với user, việc chấp nhận yêu cầu
này cũng tƣơng tự nhƣ vậy, nghĩa là bạn không cần phải thông qua máy chủ gốc
để truy cập website nữa. Máy chủ gốc trong CDN giờ đây đảm nhận tƣơng tác với
các máy thay thế gần nhất. Cơ chế này đã góp phần không nhỏ trong việc giúp bạn
truy cập nhanh chóng hơn rất nhiều vì khoảng cách từ máy tính cá nhân của ngƣời
dùng và máy chủ cung cấp dữ liệu đã đƣợc rút ngắn một cách đáng kể.

1.4.2. Cách thức thiết lập một mạng phân phối nội dung
Hệ thống phân phối bao gồm một tập các phần tử mạng thực hiện chung một
quá trình phân phối nội dung của các nhà cung cấp nội dung từ máy chủ gốc tới
một hoặc nhiều máy chủ sao lƣu và phân phát nội dung từ các máy chủ sao lƣu tới
các client trong một mạng CDN. Quá trình phân phối có thể xảy ra cả khi máy chủ

9


sao lƣu không nhận đƣợc yêu cầu từ các client, quá trình này đƣợc gọi là tìm nạp
trƣớc, hoặc có thể xảy ra khi máy chủ sao lƣu nhận đƣợc yêu cầu của client mà
không lƣu giữ nội dung đƣợc yêu cầu đó, gọi là tìm nạp theo yêu cầu.
Ngoài ra, hệ thống phân phối truyền cả các báo hiệu nội dung, đó là các bản
tin chỉ thị mục của nội dung. Ví dụ, báo hiệu nội dung chỉ thị rằng máy chủ gốc có

phiên bản mới về một số phần của nội dung.

Hình 1.5. Quá trình phân phối nội dung.
Quá trình phân phối nội dung thực hiện di chuyển nội dung của các nhà cung
cấp nội dung từ máy chủ gốc của nó tới một hoặc nhiều máy chủ sao lƣu (hình 1.5).
Cần chú ý rằng quá trình phân phối nội dung khác với phân phát nội dung. Phân
phát nội dung là quá trình chuyển nội dung của các nhà cung cấp nội dung tới các
client nhƣ trong hình 1.6.

Hình 1.6. Quá trình phân phát nội dung.

10


Hình 1.7. mô tả các bƣớc phân phối nội dung trong một mạng CDN và phân
phối giữa các mạng CDN ngang cấp. Sau đây là các bƣớc thực hiện phân phối [2]:
Bƣớc 1: Máy chủ gốc cho phép các CDN ngang cấp phân phối nội dung của
nó và đặt nội dung vào hệ thống phân phối ngang cấp của một trong các CDN, tồn
tại hai cách đặt nội dung:
- Đẩy nội dung xuống trƣớc: Nội dung, sẽ đƣợc sử dụng trong các CDN đƣợc
đẩy xuống một cách tích cực.
- Kéo nội dung theo yêu cầu: Nội dung đƣợc kéo theo yêu cầu từ OS khi có một
đệm bị lỗi tại máy chủ sao lƣu tại cùng thời gian đối tƣợng đƣợc yêu cầu.
Bƣớc 2,5: Hệ thống phân phối ngang cấp truyền nội dung tới hệ thống phân phối.
Bƣớc 3,6: Hệ thống phân phối sẽ phân phối nội dung giữa các máy chủ sao
lƣu trong cùng một mạng CDN
Bƣớc 4: Hệ thống phân phối ngang cấp di chuyển nội dung giữa các CDN
ngang cấp. Nó cũng cung cấp thông tin về các vị trí nơi mà nội dung có mặt tới Hệ
thống định tuyến ngang cấp. Hệ thống định tuyến ngang cấp thông báo thông tin
này tới các mạng CDN ngang cấp[2]

Hình 1.7. Các bước mô tả phân phối nội dung trong một mạng CDN và giữa các
CDN ngang cấp.

11


Hình 1.8. Phân phối nội dung trong một mạng CDN và giữa các CDN ngang cấp.
Có hai phƣơng pháp để phân phối nội dung tới các máy chủ sao lƣu đó là: Sử
dụng mạng dành riêng hoặc sử dụng mạng Internet công cộng.

1.5. Các thành phần của giải pháp công nghệ mạng phân phối nội dung
- Thành phần đầu tiên của mạng CDN là thiết kế nút CDN có khả năng mở
rộng. Việc thiết kế này bao gồm một số phƣơng pháp cho phép một nút mạng hỗ
trợ nhiều ngƣời sử dụng hơn là nếu chỉ dùng một máy chủ.Vì mục đích chính của
công nghệ CDN là nâng cao khả năng đáp ứng và hoạt động của ứng dụng, các nút
mạng CDN, bao gồm các nút thay thế và nút gốc, cần đƣợc thiết kế có tính mở
rộng và mềm dẻo cao.
- Thành phần thứ 2 của một giải pháp CDN là kỹ thuật định tuyến yêu cầu của
ngƣời sử dụng đến một nút thay thế. Việc định tuyến này đƣợc thực hiện với một số
kỹ thuật nhƣ sử dụng dịch vụ tìm kiếm địa chỉ mạng, sửa đổi giao thức định tuyến
mạng hay sửa đổi ứng dụng mạng một cách phù hợp. Khả năng sử dụng một hay
nhiều kỹ thuật này còn tuỳ vào môi trƣờng mạng CDN.
- Thành phần thứ 3 của giải pháp CDN là việc đánh giá hoạt động mạng.Thành
phần này giúp đạt đƣợc hiệu suất hoạt động tốt nhất, yêu cầu phải đƣợc chuyển tới
nút thay thế gần nhất. Để làm đƣợc điều này, mỗi mạng CDN phải duy trì và cập
nhật một bảng định tuyến gồm danh sách các nút mạng và danh sách các client cho

12

từng nút mạng. Nội dung của bảng định tuyến phải đƣợc cập nhật sửa đổi cho phù
hợp với mức độ tải hiện thời của mạng và của các nút mạng CDN.
- Thành phần thứ 4 của mạng CDN là kỹ thuật nhằm đảm bảo sự toàn vẹn và
nhất quán của nội dung tại các nút thay thế và nút gốc.Vì nhiệm vụ của mỗi nút
mạng là thay thế nội dung của nút gốc
- Thành phần thứ 5 của mạng CDN.cơ sở hạ tầng mạng kết nối nút thay thế
và nút gốc
- Thành phần thứ 6 là hệ thống tính cƣớc. Hệ thống này có nhiệm vụ thu thập
các thông tin từ các thành phần của mạng CDN liên quan đến phân phối dữ liệu tới
ngƣời sử dụng và tới các mạng CDN ngang cấp. Các thông tin này đƣợc xử lý bởi
hệ thống tính cƣớc để làm hoá đơn cho khách hàng. Các mạng CDN trao đổi dữ
liệu này với các mạng CDN ngang cấp qua cổng tính cƣớc ngang cấp để tính hoá
đơn qua lại.
- Thành phần thứ 7 là hệ thống quản lý mạng CDN. Thành phần này cho
phép quản lý toàn bộ hoạt động của mạng CDN từ trung tâm.[6]

1.6. Một số ứng dụng của công nghệ mạng phân phối nội dung
1.6.1. Mạng công ty
Môi trƣờng mạng công ty liên quan đến các mạng trong các công ty lớn nhƣ
IBM, Intel. Các công ty này có một số chi nhánh tiêu biểu đƣợc đặt tại các trung
tâm lớn. Cấu hình mạng tiêu biểu này bao gồm một số các mạng đặt tại các trung
tâm của công ty (gọi là mạng trung tâm hay mạng campus) đƣợc kết nối với nhau
bởi một mạng xƣơng sống. Mạng xƣơng sống này bao gồm các đƣờng dây thuê
riêng đƣợc công ty thuê từ công ty viễn thông hoặc ISP. Nhìn chung, các mạng
campus hoạt động tốc độ cao hơn nhiều so với mạng xƣơng sống .
Các mạng trung tâm của công ty thƣờng đƣợc kết nối qua một bộ định
tuyến truy nhập tới một hoặc nhiều ISP. Một ISP có thể hỗ trợ nhiều công ty, mỗi
công ty đƣợc kết nối tới ISP đó bằng một bộ định tuyến truy nhập
Trong một công ty, việc sử dụng các mạng CDN cho phép một số ứng dụng

có thể tạo ra lợi nhuận rất lớn. Nếu tại mỗi vùng trung tâm khác nhau đều có các
máy chủ thay thế khả dụng, thì các nhân viên trong công ty có thể kết nối tƣơng

13