用于在ip網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行內(nèi)容緩存和傳輸?shù)姆椒?、系統(tǒng)和裝置的制造方法
【專利說明】
[0001] 發(fā)明背景
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，更具體地涉及在包括內(nèi)容傳輸網(wǎng)絡(luò)（CDN)服務(wù)的互聯(lián)網(wǎng) 協(xié)議（IP)網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行多媒體內(nèi)容（例如，文本、音頻、視頻、軟件等、或它們的任意組合）緩 存和傳輸。
【背景技術(shù)】
[0003] 網(wǎng)絡(luò)緩存或內(nèi)容緩存的意思是最受歡迎的（網(wǎng)絡(luò)）內(nèi)容（也被稱為互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)容或 OTT內(nèi)容）存儲(chǔ)在服務(wù)提供商網(wǎng)絡(luò)中，并從服務(wù)提供商網(wǎng)絡(luò)，而不是從原始（original)服務(wù) 器提供，原始服務(wù)器是網(wǎng)絡(luò)上的原始內(nèi)容位置。服務(wù)提供商和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商廣泛應(yīng)用緩存技 術(shù)以降低對等鏈路上的帶寬，并改善用戶的體驗(yàn)質(zhì)量（QoE)。內(nèi)容緩存通常需要內(nèi)容擁有者 和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商之間的商業(yè)關(guān)系。內(nèi)容擁有者向網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商提供內(nèi)容，而網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商對內(nèi)容 進(jìn)行緩存并從他們自己的網(wǎng)絡(luò)傳輸網(wǎng)絡(luò)（CDN)將內(nèi)容傳輸給用戶。
[0004] 內(nèi)容傳輸網(wǎng)絡(luò)或者內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)（CDN)是一種由包含數(shù)據(jù)副本的計(jì)算機(jī)組成的 系統(tǒng)，所述計(jì)算機(jī)位于網(wǎng)絡(luò)的不同節(jié)點(diǎn)，更具體地，CDN是一種在多個(gè)位置分布的網(wǎng)絡(luò)緩存 的集合，將內(nèi)容更有效地傳輸給用戶。當(dāng)巧妙設(shè)計(jì)并實(shí)施時(shí)，通過使多個(gè)副本更接近終端用 戶，CDN能夠改善對它所緩存的數(shù)據(jù)的訪問，從而增加數(shù)據(jù)訪問帶寬，獲得更好的縮放比例， 彈性，并降低延遲。原始（網(wǎng)絡(luò)）服務(wù)器通常包含初始內(nèi)容副本并能夠訪問內(nèi)容元數(shù)據(jù)，從 而在服務(wù)內(nèi)容請求時(shí)生成特定于內(nèi)容的響應(yīng)，例如，內(nèi)容報(bào)頭和緩存報(bào)頭。網(wǎng)絡(luò)緩存節(jié)點(diǎn)不 能訪問內(nèi)容元數(shù)據(jù)以生成特定于內(nèi)容的響應(yīng)，因此它緩存內(nèi)容和來自原始網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的響 應(yīng)。CDN中通常緩存的數(shù)據(jù)或媒體內(nèi)容類型包括多媒體對象（音頻或視頻對象），網(wǎng)絡(luò)對 象（文本，圖像，URL以及腳本），可下載對象（媒體文件，軟件，文檔），應(yīng)用程序，實(shí)時(shí)媒體 (事件），以及數(shù)據(jù)庫查詢。雖然網(wǎng)絡(luò)緩存的概念簡單（存儲(chǔ)最流行的互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)容并從運(yùn)營 商網(wǎng)絡(luò)傳輸內(nèi)容，而非總是從遠(yuǎn)程內(nèi)容原始來檢索內(nèi)容），但是它的實(shí)施必須確保服務(wù)，內(nèi) 容和網(wǎng)絡(luò)的完整性。
[0005] 在部署網(wǎng)上CDN的過程中，服務(wù)提供商的目標(biāo)是服務(wù)于不斷增長的消費(fèi)者群體， 這個(gè)群體觀看來自許多不同在線原始的優(yōu)質(zhì)內(nèi)容。但是服務(wù)提供商通常并不是和所有的在 線內(nèi)容提供商都具有商業(yè)關(guān)系，因此一些內(nèi)容最開始并未由內(nèi)容擁有者提供給網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商 以通過CDN傳輸。即使內(nèi)容擁有者最初并未提供內(nèi)容，但是絕大多數(shù)的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商仍然需 要降低傳輸成本，改善Q〇E，并管理在線內(nèi)容的流量激增。透明緩存是一種新興緩存技術(shù)， 它解決了這些挑戰(zhàn)。這些解決方案使服務(wù)提供商能夠在他們的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部緩存并傳輸互聯(lián)網(wǎng) (OTT)內(nèi)容。透明緩存可被視為CDN的一種用途（應(yīng)用），與其他用途（例如，多屏視頻傳 輸，針對B2B消費(fèi)者的多租戶CDN，CDN輔助的視頻點(diǎn)播）并無二致。內(nèi)容傳輸網(wǎng)絡(luò)以及透 明緩存系統(tǒng)在運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)邊緣上緩存數(shù)據(jù)。預(yù)計(jì)到2014年，一半以上的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商都將 部署透明緩存和CDN。
[0006] 術(shù)語"透明緩存"指的是在內(nèi)容擁有者不參與-并且通常是在內(nèi)容擁有者不知道 的情況下對內(nèi)容進(jìn)行緩存和傳輸。透明緩存通常指的是這樣的緩存，該緩存：
[0007] _總是傳輸新鮮內(nèi)容。
[0008] -保存端到端應(yīng)用邏輯，確保在諸如用戶鑒權(quán)，地理控制和設(shè)備特定內(nèi)容這些領(lǐng)域 中的完整功能。
[0009] -完全符合版權(quán)法規(guī)。
[0010] -不引入額外的接入點(diǎn)，額外的接入點(diǎn)可能會(huì)導(dǎo)致運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)的安全漏洞。
[0011] -對于內(nèi)容發(fā)起人和終端用戶都是不可見的。
[0012] 借助透明緩存，內(nèi)容在運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)的邊緣處存儲(chǔ)和提供，節(jié)省核心以及IP傳輸網(wǎng) 資原始，并加速向用戶的傳輸。透明緩存自動(dòng)攔截流行的網(wǎng)絡(luò)（互聯(lián)網(wǎng)）內(nèi)容并根據(jù)緩存 對內(nèi)容請求進(jìn)行服務(wù)，而不是穿過網(wǎng)絡(luò)傳輸并將點(diǎn)與原始網(wǎng)絡(luò)位置對等。通過降低對傳輸 帶寬的需求并使延遲最小化，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商能夠提供更好的Q〇E，特別是在尖峰期，并減低對 等成本。
[0013] 由于這種緩存對于內(nèi)容擁有者"透明"或"不可見"，當(dāng)由于某些原因不可能和內(nèi)容 擁有者具有商業(yè)關(guān)系時(shí)，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商內(nèi)容從傳統(tǒng)緩存優(yōu)勢中獲益。透明緩存具有前述傳輸 緩存的特征，例如，從接近用戶的位置傳輸內(nèi)容，保持內(nèi)容的"新鮮"，保存端到端商業(yè)規(guī)則 和應(yīng)用邏輯，例如地理限制，并確保內(nèi)容安全。
[0014] 透明緩存的最佳已知現(xiàn)有技術(shù)解決方案在'數(shù)據(jù)路徑'的基礎(chǔ)上部署，并在圖1中 顯示：每個(gè)針對內(nèi)容的客戶端請求都被路由至緩存，緩存對請求進(jìn)行服務(wù)于，或者將請求傳 遞給內(nèi)容原始服務(wù)器。這種現(xiàn)有的解決方案-其基于在數(shù)據(jù)路徑上部署透明緩存，例如，使 用基于策略的路由（PBR)-具有下面解釋的若干缺點(diǎn)。明顯，使用這些方法，任何緩存失敗 都將導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)中斷?？梢栽谕该骶彺媲懊媸褂秘?fù)載均衡器，實(shí)現(xiàn)至少N+1冗余，從而防止 網(wǎng)絡(luò)中斷，但是這使整體解決方案變得昂貴，并阻止透明緩存與底層網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚o密重疊，例 如，在網(wǎng)絡(luò)位置深處部署透明緩存，例如交換。即使單個(gè)透明緩存能夠服務(wù)于所有的交換用 戶，但是還是需要額外的負(fù)載均衡器和額外的緩存，從而在緩存故障的情況下防止網(wǎng)絡(luò)中 斷，這回增加復(fù)雜性和成本。
[0015] 基于在數(shù)據(jù)路徑上部署透明緩存的現(xiàn)有技術(shù)解決方案存在諸多缺點(diǎn)，這些缺點(diǎn)可 以總結(jié)如下：
[0016] _在攔截客戶端請求并為其提供服務(wù)的步驟（3a，3b)中出現(xiàn)透明緩存故障會(huì)引起 網(wǎng)絡(luò)中斷：緩存故障的意思是客戶端請求不能從緩存得到服務(wù)（3a)，并重新定向到另一個(gè) 緩存或者被傳遞至原始服務(wù)器（7)，因此導(dǎo)致用戶客戶端超時(shí)。
[0017] _本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在透明緩存前面部署負(fù)載均衡器和N+1冗余，但是這種增 強(qiáng)會(huì)使解決方案變得昂貴，因?yàn)樾枰惺轿恢脕硗泄茇?fù)載均衡器和透明緩存。
[0018] -負(fù)載均衡器和超文本傳輸協(xié)議（HTTP)重定向只對支持離域（off-domain)重定 向的客戶端起作用，例如，客戶端使用HTTP302消息。一些已知的客戶端，包括Xbox不允許 離域重定向。
[0019] 因此，需要為所有的現(xiàn)有用戶客戶端實(shí)現(xiàn)透明緩存，而不存在引起網(wǎng)絡(luò)中斷的風(fēng) 險(xiǎn)，并且不依賴負(fù)載均衡器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0020] 鑒于當(dāng)前需要一種針對透明緩存的增強(qiáng)解決方案-該方案克服了基于'數(shù)據(jù)路徑 上'的透明緩存的所有上述缺點(diǎn)，這里對所提出的基于"路徑外"的各種示例性實(shí)施方式進(jìn) 行簡要概述。
[0021] 在下面的總結(jié)中可能會(huì)做出簡化和省略，目的是為了突出和介紹各種示例性實(shí)施 方式的某些方面，但是不對它的范圍構(gòu)成限制。隨后的部分將詳細(xì)描述優(yōu)選示例性實(shí)施方 式，其足以使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)和使用本發(fā)明的概念。
[0022] 本發(fā)明非常適合于已知的用戶客戶端，例如，包括Xbox，并且不需要對客戶端進(jìn)行 修改。
[0023] 本發(fā)明適用于互聯(lián)網(wǎng)和在線⑶N。
[0024] 本發(fā)明針對透明緩存提出一種"路徑外"方法/系統(tǒng)，它能夠在網(wǎng)絡(luò)位置深處部署 單個(gè)透明緩存，不存在當(dāng)透明緩存故障時(shí)引起網(wǎng)絡(luò)中斷的風(fēng)險(xiǎn)。
[0025] 在本發(fā)明的實(shí)施方式中，"路徑外"提議使用內(nèi)容流量的鏡像（