CDN內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)

CDN內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)（英文:Content Delivery Network，縮寫為CDN）是一種提供更快互聯(lián)網(wǎng)訪問的服務(wù)，通過在網(wǎng)絡(luò)的邊緣或核心交換區(qū)域部署內(nèi)容代理服務(wù)器來實現(xiàn)。這些服務(wù)器使用全局負載調(diào)度機制來分發(fā)內(nèi)容，從而構(gòu)建了廣泛的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

1996年，麻省理工學(xué)院提出了CDN的概念。——Akamai，全球第一家CDN網(wǎng)絡(luò)運營商，1999年開始提供商業(yè)服務(wù)。自2002年以來，ArrayNetworks和Cisco等許多制造商增加了對CDN產(chǎn)品的投資，國際數(shù)據(jù)公司（IDC）企業(yè)也基于自己的數(shù)據(jù)中心建立了自己的CDN網(wǎng)絡(luò)。

CDN由內(nèi)容管理系統(tǒng)、內(nèi)容路由系統(tǒng)和緩存節(jié)點網(wǎng)絡(luò)三部分組成，涉及內(nèi)容路由技術(shù)、內(nèi)容分發(fā)技術(shù)、內(nèi)容存儲技術(shù)和內(nèi)容管理技術(shù)，包括專業(yè)的CDN服務(wù)提供商、電信運營商、互聯(lián)網(wǎng)公司等三大服務(wù)提供商，可以緩解互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)擁塞，提高互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的響應(yīng)速度，改善用戶的業(yè)務(wù)體驗。

在20世紀90年代，大多數(shù)人通過撥號上網(wǎng)。當時帶寬很低，網(wǎng)民數(shù)量相對較少，因此內(nèi)容源服務(wù)器和骨干傳輸網(wǎng)絡(luò)沒有太大壓力。然而，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進步和網(wǎng)民數(shù)量的增加，內(nèi)容源服務(wù)器和骨干傳輸網(wǎng)絡(luò)的壓力越來越大。1995年，麻省理工學(xué)院教授、互聯(lián)網(wǎng)發(fā)明者之一蒂姆·伯納斯·李博士預(yù)見到互聯(lián)網(wǎng)擁堵將成為發(fā)展的最大障礙。為了解決這個問題，他提出了一個學(xué)術(shù)問題:發(fā)明一種全新的方法，可以從根本上解決互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)容在不擁塞的情況下無法傳輸?shù)膯栴}。最終，這個學(xué)術(shù)問題催生了一項創(chuàng)新的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，它就是CDN。

Berners-Lee博士的團隊建立了世界上第一家CDN網(wǎng)絡(luò)運營商Akamai。1999年，該公司開始提供商業(yè)服務(wù)并于同年成功上市，達到了當時最大的IPO。1998年，中國第一家專業(yè)CDN服務(wù)公司ChinaCache成立。從1999年到2001年，全球互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展迅速，對HTTP頁面內(nèi)容加速的需求非常大，CDN成為業(yè)界關(guān)注的焦點。Akamai和Limelight分別代表了CDN行業(yè)的兩種發(fā)展模式，即“節(jié)點租賃”和“節(jié)點自建”，引領(lǐng)了全球CDN行業(yè)的技術(shù)趨勢。

2001年，因為股市的恐慌，第一次互聯(lián)網(wǎng)泡沫破裂，大量。網(wǎng)絡(luò)公司倒閉，網(wǎng)站關(guān)閉。CDN客戶數(shù)量一夜之間暴跌，CDN行業(yè)幾乎立即進入停滯期。2002年，美國大型電信運營商美國電話電報公司推出了CDN流媒體內(nèi)容分發(fā)架構(gòu)。自2004年以來，隨著互聯(lián)網(wǎng)的恢復(fù)和發(fā)展，流媒體服務(wù)的發(fā)展和Web 2.0的興起使CDN再次流行起來。云計算的興起也對CDN產(chǎn)生了巨大影響。一方面，許多云計算平臺在向外界提供服務(wù)時不可避免地依賴CDN分發(fā)能力。另一方面，CDN本身的技術(shù)特性使其類似于一種云服務(wù)。因此，許多云計算平臺提供商也進入了CDN領(lǐng)域，這推動了CDN技術(shù)和服務(wù)在新階段的發(fā)展。2006年，國際電信聯(lián)盟（ITU）將CDN納入IPTV標準化文檔系統(tǒng)。

2010年，云計算浪潮推動CDN技術(shù)和業(yè)務(wù)發(fā)展進入新階段。根據(jù)歐洲知名電子咨詢公司Informa Telecoms & Media發(fā)布的《內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)市場趨勢報告》，2012年全球內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)市場規(guī)模達到20億美元。2014年，全球CDN市場規(guī)模為37.1億美元。2016年達到60.5億美元，2010年至2015年全球CDN市場的復(fù)合年增長率為27.7%。2016年，全球CDN流量已達32275 Pb/月。Alexa Top 1k和Top 10k網(wǎng)站中，美國CDN服務(wù)商占70%，中國CDN服務(wù)商份額在0.5%至3.5%之間。到2023年2月，中國超過95%的CDN節(jié)點支持IPv6。

CDN通常由三部分組成，即內(nèi)容路由系統(tǒng)、內(nèi)容管理系統(tǒng)和緩存節(jié)點網(wǎng)絡(luò)。這三部分分別構(gòu)成了CDN的管理平面、控制平面和數(shù)據(jù)平面。

內(nèi)容路由系統(tǒng)：內(nèi)容路由系統(tǒng)是負責(zé)將用戶請求導(dǎo)向適當設(shè)備的關(guān)鍵組件。內(nèi)容路由系統(tǒng)通常通過使用負載平衡系統(tǒng)來實現(xiàn)這一功能。其目標是確保用戶的請求被合理地分配到不同的設(shè)備上，以實現(xiàn)高效的內(nèi)容交付。通過使用負載均衡系統(tǒng)，內(nèi)容路由可以根據(jù)設(shè)備的負載、網(wǎng)絡(luò)狀況等因素動態(tài)決定將請求路由到哪個設(shè)備，從而實現(xiàn)負載均衡和性能優(yōu)化。內(nèi)容路由系統(tǒng)的主要任務(wù)是調(diào)度用戶的請求，并確保它們快速準確地傳輸?shù)竭m當?shù)脑O(shè)備以提供良好的用戶體驗。內(nèi)容路由系統(tǒng)使CDN具有調(diào)度功能，指遷移流量并為用戶選擇合適的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點以供后續(xù)訪問。CDN通過接收終端側(cè)發(fā)起的接入請求，監(jiān)控全網(wǎng)節(jié)點的健康狀態(tài)、負載和內(nèi)容分布，并根據(jù)調(diào)度策略將終端調(diào)度到最佳邊緣節(jié)點。

內(nèi)容管理系統(tǒng)：內(nèi)容管理系統(tǒng)主要負責(zé)內(nèi)容管理，包括內(nèi)容注入和發(fā)布、內(nèi)容分發(fā)、內(nèi)容審核和內(nèi)容服務(wù)。內(nèi)容管理系統(tǒng)確保內(nèi)容順利注入和發(fā)布到CDN系統(tǒng)中，確保內(nèi)容在每個節(jié)點上的高效分發(fā)，并對內(nèi)容進行審核以確保其符合規(guī)范和要求。此外，內(nèi)容管理系統(tǒng)還提供與內(nèi)容相關(guān)的服務(wù)，如內(nèi)容搜索、索引、備份等功能，使用戶可以輕松訪問和管理所需的內(nèi)容。簡而言之，內(nèi)容管理系統(tǒng)在整個CDN系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用，為用戶提供便捷的內(nèi)容管理和服務(wù)支持。CDN的內(nèi)容管理功能是指對互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)容進行集中分析、呈現(xiàn)和決策。完成數(shù)據(jù)采集、用戶交互和數(shù)據(jù)展現(xiàn)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、資源視圖管理、統(tǒng)計分析、緩存操作管理、運營統(tǒng)計分析、節(jié)點設(shè)備管理、平臺管理等服務(wù)。

緩存節(jié)點網(wǎng)絡(luò)：緩存節(jié)點網(wǎng)絡(luò)用于支持CDN服務(wù)。它是專門為最終用戶提供內(nèi)容而設(shè)計的設(shè)備。這些節(jié)點分布在世界各地，并智能地放置在網(wǎng)絡(luò)拓撲中，以便最有效地向用戶提供內(nèi)容。緩存和CDN組可以直接向用戶終端提供內(nèi)容服務(wù)，并負責(zé)在網(wǎng)絡(luò)邊緣臨時存儲內(nèi)容。同時，它們還提供諸如本地調(diào)度、訪問控制、Web服務(wù)、媒體服務(wù)、文件下載等服務(wù)。，并直接向用戶提供接入服務(wù)。

CDN是在用戶和服務(wù)器之間增加一個緩存層，將用戶的請求引導(dǎo)到緩存中以獲取源服務(wù)器的數(shù)據(jù)，主要通過接管DNS來實現(xiàn)。首先，用戶向瀏覽器提供要訪問的域名；其次，瀏覽器調(diào)用域名解析庫解析域名。由于CDN調(diào)整了域名解析流程，解析函數(shù)庫一般會獲取域名對應(yīng)的CNAME記錄。為了獲得實際的IP地址，瀏覽器需要再次解析獲得的CNAME域名以獲得實際的IP地址。第三步，解析獲得CDN緩存服務(wù)器的IP地址，瀏覽器獲得實際IP地址后向緩存服務(wù)器發(fā)送訪問請求；第四步，緩存服務(wù)器根據(jù)瀏覽器提供的待訪問域名，通過緩存內(nèi)部專用DNS獲取該域名的實際IP地址，然后緩存服務(wù)器向該實際IP地址提交訪問請求；第五，緩存服務(wù)器從實際IP地址獲取內(nèi)容后，一方面將其保存在本地以備將來使用，另一方面將獲取的數(shù)據(jù)返回給客戶端以完成數(shù)據(jù)服務(wù)過程；第六，客戶端顯示緩存服務(wù)器返回的數(shù)據(jù)，完成整個瀏覽數(shù)據(jù)請求過程。

負載平衡系統(tǒng)：CDN通過負載均衡系統(tǒng)向用戶提供服務(wù)。負載平衡系統(tǒng)將幫助用戶根據(jù)一些標準選擇合適的緩存服務(wù)器。首先，CDN將根據(jù)用戶的IP地址確定最近的服務(wù)器，以確保低網(wǎng)絡(luò)延遲。其次，CDN將根據(jù)用戶請求的URL中的內(nèi)容名稱來確定想要獲取內(nèi)容的用戶及其服務(wù)器。最后，CDN將查詢每個服務(wù)器的當前負載，并決定哪些服務(wù)器仍具有服務(wù)能力，以確保高效的內(nèi)容分發(fā)。負載均衡系統(tǒng)是整個CDN的核心，可以通過多種方式實現(xiàn)，包括DNS、應(yīng)用層重定向、傳輸層重定向等。

CDN內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)

推拉：推和拉是兩種分發(fā)模式。這兩種模式主要通過索引、緩存、分流、組播等技術(shù)將內(nèi)容發(fā)布或交付到最近的遠程服務(wù)點。在推送分發(fā)模式中，內(nèi)容管理系統(tǒng)發(fā)起傳輸，從中央媒體服務(wù)器分發(fā)內(nèi)容的邊緣節(jié)點通常分發(fā)熱點內(nèi)容。拉模式是被動分發(fā)，通常由用戶請求發(fā)起，分發(fā)的內(nèi)容基于個人需求。

襲擊：由于CDN系統(tǒng)分為中心媒體服務(wù)器和遠程服務(wù)點，因此需要考慮兩個方面的存儲。中央媒體服務(wù)器中的數(shù)據(jù)規(guī)模和吞吐量非常大，一般使用NAS等海量存儲架構(gòu)。PoP節(jié)點的存儲不僅需要考慮多種格式的兼容性，還需要支持多個文件的吞吐量并保證可靠性和穩(wěn)定性，因此獨立磁盤冗余陣列（RAID）技術(shù)被廣泛應(yīng)用。使用RAID技術(shù)，可以將多個硬盤合并為一個硬盤，以提高數(shù)據(jù)傳輸效率和數(shù)據(jù)安全性。

監(jiān)控技術(shù)：通過內(nèi)部和外部監(jiān)控系統(tǒng)，可以獲得網(wǎng)絡(luò)組件的狀態(tài)信息，以及內(nèi)容分發(fā)的端到端性能（如丟包、延遲、平均帶寬、啟動時間、幀率等。）可以進行測量，以確保網(wǎng)絡(luò)處于最佳運行狀態(tài)。它可以減輕服務(wù)器的壓力，提高網(wǎng)站的性能和可擴展性。

內(nèi)容協(xié)議：當域名服務(wù)范圍在中國大陸或全球以外時，CDN支持HTTP和HTTPS協(xié)議，但不支持FTP、TCP、UDP、WSS等協(xié)議。當域名服務(wù)范圍為中國大陸時，CDN支持HTTP、HTTPS、WebSocket和WSS協(xié)議，但不支持FTP、TCP、UDP等協(xié)議。

對等網(wǎng)絡(luò)：P2P是點對點的，這意味著從一個節(jié)點到另一個節(jié)點的點對點傳輸。P2P技術(shù)將用戶結(jié)合成一個網(wǎng)絡(luò)，共享帶寬并一起處理信息。P2P可以直接在用戶和客戶端之間交換內(nèi)容，實現(xiàn)大規(guī)模的內(nèi)容傳輸。通過使用集中式或分布式目錄服務(wù)，P2P可以在不依賴服務(wù)器的情況下傳遞內(nèi)容，并且其性能將隨著用戶規(guī)模的增加而提高。通過將P2P的可擴展性與CDN的可靠性和可管理性相結(jié)合，可以建立一個流媒體內(nèi)容分發(fā)平臺，該平臺可以管理電信級的內(nèi)容應(yīng)用程序并提供高質(zhì)量的服務(wù)。

根據(jù)市場運營商的定位，CDN服務(wù)提供商可分為三類:專業(yè)CDN服務(wù)提供商、電信運營商和互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)。

專業(yè)CDN服務(wù)提供商：專業(yè)CDN服務(wù)提供商以Akamai和Limelight Networks為代表，其中Akamai是美國和全球最大的CDN服務(wù)提供商。根據(jù)《內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)（CDN）白皮書》（2014年），Akamai的EdgePlatform已經(jīng)在超過75個國家和地區(qū)部署了10萬臺服務(wù)器，Akamai已經(jīng)建立了五個業(yè)務(wù)類別。2013年10月，Akamai發(fā)布了新的“開放戰(zhàn)略”，加強第三方應(yīng)用程序與Akamai CDN網(wǎng)絡(luò)的整合。

電信運營商：電信運營商以美國電話電報公司、英國電信和德國電信為代表。2010年底，英國電信（BT）開始提供“批發(fā)內(nèi)容連接”（WCC）服務(wù)，以滿足快速增長的互聯(lián)網(wǎng)視頻加速需求。為了提供WCC服務(wù)，英國電信在英國部署了20個緩存，可以將流量的調(diào)度優(yōu)化到傳統(tǒng)CDN服務(wù)器的20倍。美國電話電報公司公司推出了ECDN（企業(yè)內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)），這是一項為企業(yè)客戶提供的特殊服務(wù)。這項服務(wù)對視頻行業(yè)的推送速度比Akamai（快30%）和Limelight（快50%）快得多。

互聯(lián)網(wǎng)公司：互聯(lián)網(wǎng)公司以亞馬遜和谷歌為代表。2008年11月，亞馬遜宣布推出名為“CloudFront”的CDN服務(wù)。這項服務(wù)是CDN、IDC和云計算的集成，是對亞馬遜“S3”（在線存儲服務(wù)）和“EC2”（彈性計算云）服務(wù)的補充。“CloudFront”采用靈活的收費機制，按流量收費，沒有入門費或月租費，沒有空間使用限制，也無需簽署客戶合同。