到底什么是CDN?

如今这个移动互联网时代,越来越多的人使用手机观看视频,丰富自己的娱乐生活。

可是,大家在追剧的时候,有没有想过一个问题——为什么有时候明明自己手机的网速很快,但观看视频时,仍然卡顿?

回答这个问题之前,我们先来做一道算术题。

以之前很火的“延禧攻略”为例,当时曾经在某视频APP实现了1千万用户同时在线观看。

如果大家观看的是1080p清晰度的视频(理论上需要4Mbps带宽),那么,累计需要的流量带宽是10,000,000×4Mbps=40,000,000Mbps=40Tbps。

对于优酷、爱奇艺这样的互联网视频内容提供商来说,这无疑是非常巨大的流量压力。

我们普通计算机的网卡,是1Gbps的带宽。如果优酷有一台超级服务器,那么,这台超级服务器就需要4万块网卡,而且必须百分之百跑满速度,才能够实现这1千万用户的流畅观看。

对于一些实力不够的服务商,或者突发流量陡增的情况,就会造成拥塞,从而导致卡顿和延时。

有这么一个说法:当用户打开一个页面,等待超过4秒,他就会关闭这个页面。也就是说,这个用户就会流失。

▼这应该是大家最讨厌的符号

用户的流失,就意味着金钱的流失。没有任何一家互联网服务提供商希望这样的情况发生。所以,它们必须想方设法让自己的内容尽快呈现,缩短用户的等待时间,提升用户的体验。

而CDN,就是一项非常有效的缩短时延的技术。

CDN的诞生

上世纪80年代,互联网技术刚刚走入民用领域。

人们主要通过拨号来访问网络,带宽很低,用户也很少,所以,没有对骨干网以及服务器带来压力。

随着互联网的爆炸式发展,用户越来越多,加上宽带接入网的出现,内容源服务器和骨干网络的压力越来越大,无法及时响应用户的访问需求。

1995年,麻省理工学院教授、互联网的发明者之一,Tim Berners-Lee博士发现,网络拥塞越来越严重,将会成为互联网发展的最大障碍。

Tim Berners-Lee

于是,他提出一个学术难题,希望有人能发明一种全新的、从根本上解决问题的方法,来实现互联网内容的无拥塞分发。

当时Tim Berners-Lee博士的隔壁,是Tom Leighton教授的办公室。他是一位麻省理工学院应用数学教授。

Tom Leighton

他被Berners-Lee的挑战激起了兴趣,于是他请研究生Danny C. Lewin和其他几位顶级研究人员一起破解这个技术难题。

Danny C. Lewin

最终,他们开发了利用数学运算法则来处理内容的动态路由算法技术,有效地解决了这个难题。这个技术,就是CDN。

他们还为此专门成立了公司,发挥其商业价值。这个公司,就是后来鼎鼎大名的CDN服务鼻祖——Akamai公司

CDN的原理

CDN这个技术其实说起来并不复杂,最初的核心理念,就是将内容缓存在终端用户附近

内容源不是远么?那么,我们就在靠近用户的地方,建一个缓存服务器,把远端的内容,复制一份,放在这里,不就OK了?

因为这项技术是把内容进行了分发,所以,它的名字就叫做CDN——Content Delivery Network,内容分发网络

具体来说,CDN就是采用更多的缓存服务器(CDN边缘节点),布放在用户访问相对集中的地区或网络中。当用户访问网站时,利用全局负载技术,将用户的访问指向距离最近的缓存服务器上,由缓存服务器响应用户请求。(有点像电商的本地仓吧?)

大家可能觉得,这个不就是“镜像服务器”嘛?其实不一样。镜像服务器是源内容服务器的完整复制。而CDN,是部分内容的缓存,智能程度更高。

确切地说,CDN=更智能的镜像+缓存+流量导流

而且还需要注意的是,CDN并不是只能缓存视频内容,它还可以对网站的静态资源(例如各类型图片、html、css、js等)进行分发,对移动应用APP的静态内容(例如安装包apk文件、APP内的图片视频等)进行分发。

我们来举个例子,看看CDN的具体工作流程

如果某个用户想要访问优酷的视频点播内容,那么:

具体步骤:

①、当用户点击APP上的内容,APP会根据URL地址去本地DNS(域名解析系统)寻求IP地址解析。

②、本地DNS系统会将域名的解析权交给CDN专用DNS服务器

③、CDN专用DNS服务器,将CDN的全局负载均衡设备IP地址返回用户。

④、用户向CDN的负载均衡设备发起内容URL访问请求。

⑤、CDN负载均衡设备根据用户IP地址,以及用户请求的内容URL,选择一台用户所属区域的缓存服务器

⑥、负载均衡设备告诉用户这台缓存服务器的IP地址,让用户向所选择的缓存服务器发起请求。

⑦、用户向缓存服务器发起请求,缓存服务器响应用户请求,将用户所需内容传送到用户终端。

⑧、如果这台缓存服务器上并没有用户想要的内容,那么这台缓存服务器就要网站的源服务器请求内容。

⑨、源服务器返回内容给缓存服务器,缓存服务器发给用户,并根据用户自定义的缓存策略,判断要不要把内容缓存到缓存服务器上。

CDN的好处

采用CDN技术,最大的好处,就是加速了网站的访问——用户与内容之间的物理距离缩短,用户的等待时间也得以缩短。

而且,分发至不同线路的缓存服务器,也让跨运营商之间的访问得以加速。

例如中国移动手机用户访问中国电信网络的内容源,可以通过在中国移动架设CDN服务器,进行加速。效果是非常明显的。

此外,CDN还有安全方面的好处。内容进行分发后,源服务器的IP被隐藏,受到攻击的概率会大幅下降。而且,当某个服务器故障时,系统会调用临近的健康服务器 进行服务,避免对用户造成影响。

正因为CDN的好处很多,所以,目前所有主流的互联网服务提供商,都采用了CDN技术。所有的云服务提供商,也都提供了CDN服务(价格也不算贵,按流量计费)。

某某云的CDN服务

CDN和通信行业

CDN是从传统IT行业发展起来的一项服务。但是,对于我们通信行业来说,CDN也有非常大的商业价值。

互联网服务提供商采用CDN,是以存储换时延。花钱购置CDN服务器或云计算服务,以此换取更好的用户体验。

通信运营商也追捧CDN,但它们的目的,是以存储换带宽——通过服务“下沉”,减轻上层骨干网络的流量压力,避免硬件扩容,降低网络建设成本。

这个很好理解啊,如果大量的业务流量数据在骨干网跑来跑去,骨干网肯定吃不消,要拼命扩容。如果这些业务流量数据在底层就被解决了,那么,骨干网的带宽压力自然就减轻了。不是么?

很多运营商已经将CDN下沉到地市级,以此减轻压力,同时可以提升用户体验。

讲到这里,广大通信汪们是不是想到了什么?

没错,这个和前几天介绍过的移动边缘计算,有异曲同工之妙。

一直以来,随着网络能力的不断提升,内容资源和计算能力都在不断“往上走”,走到云计算中心。由一个核心云计算中心,对所有终端节点提供服务。

结果,人们回过头来发现,对于非常大的面积区域,非常多的用户数量,尤其是国家级或世界级的服务,不管你把这个中心设在哪里,也不管你这个中心的能力有多强大,都无法克服物理距离上的障碍,会导致无法忍受的延时网络拥塞

于是乎,人们就开始把云计算中心进行部分“下沉”,这才有了雾计算、霾计算。甚至人们开始质疑,集中式计算是否会最终被分布式计算所取代?

区块链,就是分布式计算的代表

在小枣君看来,不存在谁完全取代谁的问题。不同的场景带来不同的需求,不同的需求需要不同的网络架构。场景的多样化是现实存在的,所以,网络架构的灵活化,也是必然的选择。

即将到来的5G,提出三大场景和切片,用同一张网络,满足不同的需求,就体现了这样的设计思想,顺应了潮流的发展方向。

总而言之,对于网络技术来说,不管是黑猫、白猫,总之,能抓到老鼠的,就是好猫。难道不是么?

原文发布于微信公众号 - 鲜枣课堂(xzclasscom)

原文发表时间:2018-12-13

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