بخشی از مقاله
چکیده
یکی از تکنولوژی های محبوب توسعه دهندگان وب Content Delivery Network یا CDN و به معنای - شبکه ی تحویل محتوا - است که با آن می توان سرعت بارگذاری و نمایش سایت یا وبلاگ را افزایش داد.با استفاده از CDN ،محتوا با توجه به موقعیتجغرافیایی کاربر از طریق نزدیک ترین سرور به کاربر ارائه داده می شود.شبکه های تحویل محتوا بایستی با ارائه ی خودکارانه ی ظرفیت های درخواستی، بعنوان کمک فنر برای ترافیک در شبکه عمل کنند تا الزامات ازدحام ناگهانی را برآورده نمایند این امر باعث می شود که کاربران مختلف ، در هنگام استفاده از سرویس های وب هیچ گونه تفاوتی را احساس نکنند و همگی با بالاترین سرعت ممکن از نزدیک ترین سرور شرکت مورد بحث استفاده کنند.شرکت های بزرگ اینترنتی ، برای کنترل ترافیک سایت و سرویس های اینترنتی خود از چندین سرور در نقاط مختلف جهان برای ذخیره سازی و توزیع اطلاعات و امکانات خود در سراسر جهان استفاده می کنند. این امر باعث می شود که کاربران مختلف ، در هنگام استفاده از سرویس های آنها هیچ گونه تفاوتی را احساس نکنند و همگی با بالاترین سرعت ممکن از نزدیک ترین سرور شرکت مورد بحث استفاده کنند.در این مقاله به جهت گیری های آینده در شبکه های تحویل محتوا پرداخته شده است.
کلمات کلیدی:شبکه های تحویل محتوا، اینترنت، شبکه های سرویس محتوا، سرور، ترافیک سایت
-1 مقدمه
اینترنت یک شبکه جهانی است که شامل میلیون ها کامپیوتر متصل به هم از سرتاسر دنیا بوده و اجازه انتقال انبوهی از داده ها و اطلاعات را میان کامپیوترهای موجود می دهد. با گسترش استفاده از اینترنت، خدمات وب اغلب به علت تقاضاهای زیاد بوجود آمده از خدمات و سرویس دهی خودشان با تنگناهایی مواجه میشوند. چنین تنگناهایی ممکن است سطوح غیر قابل مدیریت جریان ترافیک را سبب شده و در نتیجه باعث از دست دادن تقاضاهای بسیار زیادی می گردد.شبکه تحویل محتوا که به اختصار CDNنیز خوانده می شود یک شبکه بزرگ از سرورهایی است که در نقاط مختلف دنیا مستقر هستند و به صورت جغرافیایی توزیع شده اند. با بکارگیری شبکه های CDN، محتوا با توجه به موقعیت جغرافیایی کاربر از طریق نزدیک ترین سرور به کاربر ارائه داده می شود.
این سرویس های تحویل محتوا در افزایش سرعت تحویل محتوا و پهنای باند در وب سایتهای با ترافیک بالا و وب سایت های جهانی مانند گوگل، یاهو، فیس بوک و … تاثیر زیادی گذاشته است. وقایع ازدحام بار ناگهانی [1] مانند حوادث یازده سپتامبر 2009 در آمریکا [2]، منجر به مشکلات شدید ذخیره ای برای برخی از سایت ها گشت.اسپایک های ناگهانی در درخواستهای محتوای وب، ممکن است باعث حجم کار بالا بر روی سرور یا سرورهای وب خاصی شود، و در نتیجه یک کانون بحران [3] بوجود می آید. مقابله با چنین تقاضای غیر منتظره ای باعث فشار قابل توجهی بر سرور وب می گردد. در نهایت سرورهای وب کاملا با افزایش ناگهانی در ترافیک، غرق شده و وب سایت حاوی محتوا به طور موقت از دسترس خارج می شود.
عملکرد شبکه های تحویل محتوا به طور معمول توسط زمان پاسخ - یعنی تاخیر - مشخص شده و توسط کاربران نهایی درک و مشاهده می شود.زمان پاسخ دهی آهسته، بزرگترین کمک کننده به مشتریان برای ترک وب سایت ها و پروسه ها می باشد.[4]چنین شبکه های محتوا تلاش می کنند تا مشکل عملکردی را با استفاده از مکانیزم های مختلف نشانه روند تا کیفیت سرویس - - QOS بهبود بیاید. یک روش این است که معماری وب سنتی را توسط بهبود سخت افزاری سرور وب تغییر دهیم که اینکار با اضافه کردن یک پردازنده با سرعت بالا، حافظه و فضای دیسک زیادتر، و یا شاید حتی یک سیستم چند پردازنده انجام پذیر می باشد. این روش انعطاف پذیر نیست .[5]
علاوه بر این، پیشرفت های کوچک امکان پذیر نیست و از برخی نقاط، سیستم سرور کامل ممکن است مجبور به جایگزین و تعویض شدن شود. استقرار پروکسی ذخیره سازی توسط ISP ،می تواند برای کاربران دارای پهنای باند باریک که به اینترنت دسترسی داردند سودمند باشد. به منظور بهبود عملکرد و کاهش مصرف پهنای باند، پروکسی ذخیره، نزدیک به کاربران مستقر می گردد.شبکه های تحویل محتوا [8] [7 ] [6 ] خدماتی ارائه می دهند که کارکرد شبکه را با به حداکثر رساندن پهنای باند، بهبود قابلیت دسترسی ، حفظ دقت و صحت از طریق تکرار یا تکثیر محتوا، بهبود می بخشد. آنها خدمات و برنامه های سریع و قابل اعتماد را، از طریق توزیع محتوا به حافظه ی پنهان - Cache - یا سرورهای لبه ی واقع شده در نزدیک کاربران عرضه می کنند .[6]
شبکه های تحویل محتوا دارای ترکیبی از انتقال -محتوا ، درخواست مسیریابی، توزیع و محاسبه ی زیرساخت ها است. شبکه های تحویل محتوا برساخت زیرساخت های شبکه خود تمرکز می نماید تا خدمات و ویژگی های زیر را ارائه دهد: ذخیره سازی و مدیریت محتوا، توزیع محتوا در میان عناصر جایگزینی، مدیریت حافظه ی پنهان، انتقال استاتیک، محتوای پویا و در جریان، پشتیبان گیری - - Backup و راه حل های بازیابی حادثه ای، نظارت، گزارش وسنجش عملکرد.قابلیت های معمولی یک شبکه های تحویل محتوا شامل:
·تغییر مسیر درخواست ها و خدمات انتقال محتوا به منظورهدایت یک درخواست به نزدیک ترین سرور جایگزین مناسب با استفاده از مکانیسم ها برای دور زدن تنگناها، در نتیجه بر ازدحام ناگهانی و یا اثرات SlashDot غلبه می کند.
·برون سپاری محتوا و توزیع خدمات به منظور تکرار و / یا محتوای حافظه ی پنهان به سرورهای جانشین توزیعی از طرف سرور مبدا.
·خدمات مذاکره محتوا برای دستیابی به نیازهای خاص هر کاربر فردی - یا گروهی از کاربران - .
·خدمات مدیریت برای مدیریت اجزای شبکه، رسیدگی به محاسبه و حسابداری، نظارت و گزارش درباره ی کاربرد محتوا.
پنگ [8] یک تصویر کلی از شبکه های تحویل محتوا را ارائه می نماید. تحقیق او، مسائل مهم دخیل در طراحی و پیاده سازی شبکه های تحویل محتوا موثر را نشان می دهد، و به بررسی روش هایی که در ادبیات برای رسیدگی به این مشکلات ارائه شده می پردازد. Vakali و همکاران [7] بررسی معماری شبکه های تحویل محتوا و ارائه دهندگان سرویس شبکه های تحویل محتوا مشهور را ارائه می دهد. این بررسی، بر درک چارچوب شبکه های تحویل محتوا و کارآیی اش متمرکز است. آنها ویژگی ها و شیوه های فعلی موجود در دامنه محتوای شبکه را شناسایی می کنند، و مسیر تکاملی برای شبکه های تحویل محتوا را نشان می دهند تا از روند فعلی شبکه های محتوا بهره برداری نمایند.
دیلی و همکاران[9] بینش را به درون معماری سیستم کلی شبکه های تحویل محتوا پیشرو [10] [9] Akamai فراهم می نمایند. آنها یک نمای کلی از شیوه های انتقال محتوای موجود را ارائه می دهند و زیرساخت های شبکه Akamai و عملکردش را با جزئیات توصیف می کنند. در حالی که آنان یک شبکه های تحویل محتوا جهانی شبیه به Akamai را می سازند ، به چالش های فنی ای که با آن رویرو می شوند نیز اشاره می کنند. Saroiu و همکاران [11] به بررسی انتقال محتوا از دیدگاه چهار سیستم انتقال محتوا می پردازد: ترافیک وب HTTP ، CDN Akamai ، ناتلا [13] [12] و [15] [14 ] KaZaA سیستم های اشتراک فایل همتا-به-همتا.کونگ و همکاران [16] یک طبقه بندی برای شبکه های محتوا توصیف کرده و یک کلاس جدید از شبکه محتوایی را معرفی می کنند که" قرارگیری حساس محتوا و تجمع معنایی " محتوا را انجام می دهد.
همکاری میان اجزای توزیعی شبکه های تحویل محتوا می تواند در طول گره ها در هر دو محیط همگن و ناهمگون رخ دهد. شبکه های تحویل محتوا می توانند اشکال و ساختارهای مختلفی داشته باشند. آنها می توانند متمرکز شوند، زیرساخت های سلسله مراتبی تحت کنترل اداری خاص، و یا به طور کامل سیستم ها غیر متمرکز گردند. همچنین می توانند بصورت اشکال مختلف ارتباط شبکه ای وجود داشته و اشتراک گذاری را در میان نهادهای متفاوت شبکه های تحویل محتوا کنترل نمایند. ملاحظات عمومی در طراحی یک شبکه های تحویل محتوا را می توان در [17] یافت.در زمینه شبکه های تحویل محتوا ، محتوا به هر گونه منابع داده های دیجیتالی ارجاع می گردد و از دو قسمت اصلی تشکیل می شود: رسانه های کد گذاری شده و ابرداده .[18]
رسانه کد گذاری شده شامل اطلاعات رسانه ای استاتیک، دینامیک و مستمر - به عنوان مثال صوتی، تصویری، اسناد، تصاویر و صفحات وب - می باشد. ابر داده ،توصیف محتوایی است که اجازه ی شناسایی، کشف، و مدیریت داده های چند رسانه ای را می دهد، و همچنین تفسیر اطلاعات چند رسانه ای را تسهیل می نماید.شبکه های تحویل محتوا را می توان به عنوان یک پوشش جدید مجازی در، مدل پایه مرجع سیستم های Open ارتباطی - - OSI تصور نمود .[19] این لایه خدمات پوشش شبکه ای را فراهم می کند که بر پروتکل های لایه ای برنامه متکی می باشد مانند HTTP یا RTSP برای حمل و نقل .[20]
سه مولفه ی کلیدی معماری شبکه های تحویل محتوا - ارائه دهنده محتوا، ارائه دهنده شبکه های تحویل محتوا و کاربران نهایی می باشند. ارائه دهنده محتوا و یا مشتری ،کسی است که به فضای URI ابزارهای وب ،این اجازه را می دهد تا توزیع و منتشر بشوند. سرور مبدا ارائه دهنده ی محتوا دارای چنین ابزارهایی می باشد. ارائه دهنده شبکه های تحویل محتوا یک سازمان اختصاصی یا شرکتی است که امکانات زیربنایی را برای ارائه دهندگان محتوا فراهم می کند تا محتوا را با شیوه ای قابل اعتماد و کم زمان بر، ارسال نماید. کاربران نهایی یا مشتریان، اشخاصی هستند که به محتوا، از وب سایت ارائه دهنده محتوا دست می یابند.
شبکه های تحویل محتوای نسل اول عمدتا بر اسناد وبی استاتیک و یا دینامیک متمرکز بودند.[21] [7] از سوی دیگر، برای نسل دوم شبکه های تحویل محتوا ، تمرکز تغییر کرد و بر روی فیلم های درخواستی - - VOD ، جریان صوتی و تصویری منتقل شد. اما هنوز در فاز تحقیقاتی می باشند وهنوز به بازار عرضه نشده اند.در سال 2012 ، Nguyen و همکارانش یک طرح مسیریابی اجتماعی مبتنی بر محتوا با نام مسیریابی با استفاده از پیش بینی اطلاعات محتوا Context Information Prediction for Routing in Oppnets - - - CIPRO - مطرح کردند .در این روش از یک مدل شبکه ی عصبی متکی بر انتشار - Back propagation Neural Network - BNN - - برای پیش بینی محتوای گره ها استفاده میشود .
با استفاده از این شبکه ی عصبی مبدأ میتواند زمان و مکان شروع فرایند مسیریابی برای حداقل نمودن تأخیر انتقال و سربار شبکه را تشخیص دهد.[22]در سال2012 ، Verma و همکارانش یک روش یکپارچه مسیریابی - Integrated routing - پیشنهاد کردند .این روش در صورتی که اطلاعات محتوا در شبکه وجود نداشته باشد و کاربران در حالت منزوی - Isolated - به سر ببرند، تنها راه مسیریابی را استفاده از طرح های بی توجه به محتوا می داند و هنگامی که کاربران اجتماعی تر - Socialized - شده و اطلاعات محتوا در شبکه انتشار یابد، از روشهای مبتنی بر محتوا استفاده میکند.[23]در سال 2012 ، Fan و همکارانش یک الگوریتم جدید به نام مسیریابی مبتنی بر محتوای قابل تطبیق - Context-Based Adaptive - Routing - CBAR - پیشنهاد کردند که در آن از اطلاعات محتوای شبکه و تئوری-Dempster Shafer برای محاسبه ی تابع تخصیص قابلیت اطمینان اولیه ی گره - 1RGHʼV EDVLF UHOLDELOLW\ DVVLJQPHQW - function استفاده میشود .
پس از انتشار پیام، این تابع وضعیت گره ها را از لحاظ اعتبار، عدم اعتبار و اعتبار ناشناخته تعیین میکند .سپس گره با بالاترین مقدار قابلیت اطمینان با توجه به میزان اعتبار آن، برای ارسال پیام انتخاب میشود .ولی اگر به هر دلیلی انتخاب گره انجام نشود، پیام به صورت سیل آسا منتشر می گردد تا احتمال تحویل آن افزایش یابد.[24] مقاله [46] شبکه ی تحویل محتوایی را نشان می دهد که بر اساس دسته بندی سرورهای جایگزین می باشد و در آن، یک پروتکل مبتنی بر نزدیکی سرورهای جایگزین، به منظور کاهش زمان توزیع محتوا، توسعه داده شده است. در تحقیقی دیگر،[47] با کاهش محدوده جستجوی محتوا در شبکه های توزیع محتوا، زمان جستجو، بار شبکه و میانگین زمان توزیع محتوا را کاهش می دهند.
-2 جهت گیری های آینده در شبکه های تحویل محتوا
-1-2شبکه محتوا یکپارچه
به منظور تبدیل خدمات محتوا به سرویس زیرساخت اینترنت، فروشندگان، شبکه های سرویس محتوا - CSN - رااجرا کرده اند[25]، که بعنوان یک لایه زیرساخت شبکه ای دیگر ساخته شده بر روی شبکه های تحویل محتوا عمل نموده و نسل بعدی خدمات شبکه های تحویل محتوا را فراهم می اورد. CSN به نظر می رسد که تنوعی از شبکه های تحویل محتوا معمولی باشد. این جدایی منطقی بین محتوا و خدمات تحت ' توزیع/تحویل محتوا" و حوزه ی" خدمات محتوا" با توجه به روند در حال رشد در شبکه های محتوا، نامطلوب است. از این رو، شبکه محتوای یکپارچه ای، که از ترکیب هماهنگ و تحویل محتوا و خدمات پشتیبانی می کند، بسیار مطلوب است.
-2-2بسوی شبکه محتوای پژوهش - - CN
به عنوان بخشی از چرخه پژوهشی سیستم طبیعی، محققان شبکه های تحویل محتوا می خواهند تا مکانیزم وخدمات جدید را مستقر کرده و آزمایش نمایند. در این زمینه، برای دستیابی به نتیجه عملکرد زمان واقعی، درخواستهای کاربر بایستی شبیه سازی شود تا ترافیک شبکه محتوای واقعی را تولید نماید. آن، نیاز به چارچوب پژوهشی یکپارچه را خاطر نشلن می کند که به محققان اجازه می دهد تا به سرعت سیستم های شبکه های تحویل محتوا را از قطعات موجود مونتاژ نموده و با مکانیزم های سیستم های عملیاتی سطح پایین آزمایش نماید.[18] آزمون گستره جهانی که PlanetLab نامیده می شود[26] را می توان برای حمایت بخشی از تحقیقات شبکه های تحویل محتوا استفاده نمود. با این حال، گاهی اوقات نتایج تجربی حاصل شده از طریق این پلت فرم، بدلیل اجرای همزمان چندین آزمایش، از واقعیت بدست می آید. از این رو، چنین بستر آزمونی باید توانایی ارائه کنترل دسترسی را داشته باشد تا آزمایشهای همزمان را به یک سطح معقول و منطقی محدود نماید.
3-2 جریان رسانه ای برای شبکه های تحویل محتوا تطبیقی
بدلیل شبکه عظیم و پهنای باند مورد نیاز برای ارسال بطورهمزمان مقدار زیادی محتوا به کاربران نهایی، میزبانی سرویس جریان محتوا رسانه ای به-محض تقاضا چالش برانگیز است. برای جلوگیری از تراکم شبکه و برای بهبود عملکرد، تکنیک های همتا به همتا - P2P - را می توان برای ساخت شبکه های تحویل محتوا تطبیقی استفاده نمود. در چنین سیستمی، ذخیره سازی محتوا و حجم کار سرور جریان، شبکه و منابع ذخیره سازی به ایستگاه های کاری کاربران نهایی تخلیه بار می شوند. ایده اساسی این است که به همتایان مشترک چندگانه اجازه داده می شود تا جریان های محتوای ویدئویی یکسان را به طور همزمان به همتای مصرف کننده، بجای مدل جریان کاربر- به - تک سرور سنتی سرویس دهی نماید، در حالی که به هر همتا اجازه می دهد تا
