华为云计算 云知识 CDN的“前世今生”

CDN的“前世今生”

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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“陈情令”为例,当时曾经在某视频APP实现了1400万用户同时在线观看,单日播放量2亿。

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14,000,000×4Mbps=56,000,000Mbps=56Tbps。

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1千4百万用户的流畅观看。

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。

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。

而在互联网上也悄然生长出一张时刻为人们服务的网络,它像一位隐形的快递员,将各种各样的内容交付给用户,这就是内容分发网络CDN,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,此时主要的瓶颈在最后一公里——用户接入带宽,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。随着互联技术的发展和网民数量的增加,给内容源服务器和传输骨干网络带来越来越大的压力,互联网瓶颈从接入段逐渐向骨干传输网络和服务器端转移。

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。

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。

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。

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。

Akamai是全球第一家CDN网络运营商,从诞生之日起,就一直是全世界顶级的CDN服务商和CDN服务的领跑者。Akamai的成功表明互联网内容分发业务有着巨大的市场前景。

1999年到2001年是全球互联网发展的高潮期,HTTP网页内容的加速需求非常大,CDN成为产业关注的热点。在中国,互联网的高速发展同样始于20世纪90年代末。网民数量的剧增给网络带来巨大的压力,导致网络服务质量和用户体验下降,同时限制了流媒体等新业务的发展。在这样的背景下,中国的CDN产业应运而生。

2010年开始的云计算风潮对CDN也产生了不小的影响。一方面,很多云计算平台在对外提供服务时不可避免地会用到CDN的分发能力。另一方面,CDN的技术特点使得它本身就很像一种云服务,很多CDN服务商也正在积极尝试各种云计算技术在CDN系统中的应用。

近年来,我国CDN市场增长态势迅猛,在2016年整体市场规模达到了110亿左右。不过,就整体覆盖率而言,我国仅为17.2%,远远低于北美成熟市场50%的覆盖率。我国 CDN 供应商主要有三种类型。 第一种是以网宿科技等为代表的传统专业CDN,其特点是企业建设自己的服务器,为客户提供专业的CDN服务。第二种是云CDN,在云平台上实现CDN加速,代表公司主要为阿里云、腾讯云和华为云等。第三种是创新型 CDN,主要通过 P2P 技术和智能硬件的模式来扩展节点,实现无限节点,代表公司主要为迅雷星域。

随着5G商用化的逐渐逼近,国内人均流量消费必然将到达新的高峰。因此,中国CDN市场增长潜力仍然很大。

 

CDN的技术原理

CDN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。

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。

 

CDN工作原理

当用户访问使用CDN服务的网站时,本地DNS服务器通过CNAME方式将最终域名请求重定向到CDN服务。CDN通过一组预先定义好的策略(如内容类型、地理区域、网络负载状况等),将当时能够最快响应用户的CDN节点IP地址提供给用户,使用户可以以最快的速度获得网站内容。使用CDN后的HTTP请求处理流程如下。

HTTP请求流程说明:

①用户在浏览器输入要访问的网站域名www.example.com,向本地DNS发起域名解析请求。

②本地DNS检查缓存中是否有www.example.com的IP地址记录。如果有,则直接返回给终端用户;如果没有,则向网站授权DNS查询。

③网站DNS服务器解析发现域名已经解析到了CNAME:www.example.com.c.cdnhwc1.com。

④请求被指向CDN服务。

⑤CDN对域名进行智能解析,将响应速度最快的CDN节点IP地址返回给本地DNS。

⑥用户获取响应速度最快的CDN节点IP地址。

⑦浏览器在得到最佳节点的IP地址以后,向CDN节点发出访问请求。

如果该IP地址对应的节点已缓存该资源,节点将数据直接返回给用户,如图中步骤7和8,请求结束。

如果该IP地址对应的节点未缓存该资源,节点回源请求资源。获取资源后,结合用户自定义配置的缓存策略,将资源缓存至节点,如图中的北京节点,并返回给用户,请求结束。配置缓存策略的操作方法,请参见缓存配置。

 

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)。

 

CDN主要解决的问题

用户访问资源时,无需回源,降低源站负载,减少源站成本。

就近分发方式,使用户可以以最快的速度获得网站内容,提升访问体验。

涵盖了电信、联通、移动、教育网等主流运营商,以及多家中小型运营商,解决跨运营商访问瓶颈。

全链路数据传输均支持HTTPS加密技术,防劫持、防篡改、防泄密,实现内容安全传输。

 

有句话说得好时间就是金钱,时间的重要性不言而喻, CDN服务缩短了用户查看内容的访问延迟,节约了用户时间,提升了用户的访问体验,能够帮助企业留住用户,进而提升转化与服务。


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