Distribuição de Conteúdo e CDNs

As redes de distribuição de conteúdo colocam cópias do conteúdo em servidores próximos aos utilizadores e direcionam cada solicitação para uma réplica adequada, reduzindo a latência e a carga de origem e tornando viável a entrega de web e vídeo em larga escala.

Definition

Uma rede de distribuição de conteúdo é um sistema de servidores geograficamente distribuído que armazena e serve cópias de conteúdo próximo aos utilizadores finais, redirecionando cada solicitação para uma réplica próxima apropriada para reduzir a latência, a perda e a carga no servidor de origem.

Scope

Este tópico aborda como o conteúdo é entregue em escala de Internet: a razão para replicar conteúdo próximo aos utilizadores, a arquitetura das redes de distribuição de conteúdo (CDNs) com seus caches geograficamente distribuídos, os mecanismos para direcionar um utilizador para uma réplica próxima (frequentemente via DNS), as demandas especiais de streaming de vídeo, incluindo técnicas de taxa de bits adaptativa, e a interação das CDNs com a rede subjacente. Baseia-se em protocolos de nomenclatura e aplicação e exclui a codificação detalhada de mídia e os mecanismos de transporte subjacentes à entrega.

Core questions

• Por que a replicação de conteúdo próximo aos utilizadores melhora o desempenho e a escalabilidade?
• Como uma CDN é organizada e onde seus servidores são colocados?
• Como uma solicitação de utilizador é direcionada para uma boa réplica, e qual o papel do DNS?
• Como o streaming de taxa de bits adaptativa entrega vídeo em redes variáveis?
• Como as CDNs interagem com a topologia subjacente da Internet e os ISPs?

Key concepts

• replicação de conteúdo
• redes de distribuição de conteúdo (CDNs)
• servidores de cache de borda
• redirecionamento de solicitação via DNS
• proximidade e consciência de carga
• streaming de vídeo
• streaming de taxa de bits adaptativa (HTTP chunked)
• descarregamento do servidor de origem

Key theories

Replicação e proximidade

Colocar conteúdo em muitos servidores próximos aos utilizadores encurta os caminhos da rede, reduzindo a latência e a perda, e distribui a carga do servidor de origem e da rede principal; o problema central de engenharia torna-se escolher onde colocar as réplicas e qual delas servir para cada solicitação.

Redirecionamento de solicitação

As CDNs direcionam cada cliente para uma réplica próxima e saudável, geralmente retornando o endereço de um servidor escolhido em resposta a uma consulta DNS, usando o conhecimento da proximidade da rede e da carga atual.

Streaming de taxa de bits adaptativa

O streaming de vídeo é codificado em vários níveis de qualidade e dividido em blocos (chunks) obtidos via HTTP, com o cliente adaptando sua taxa de bits solicitada à largura de banda atual, o que se encaixa na entrega baseada em HTTP das CDNs e lida com condições de rede variáveis.

Clinical relevance

As CDNs transportam uma grande parte do tráfego da Internet e são essenciais para entregar páginas web, atualizações de software e, especialmente, vídeo em escala e com bom desempenho. Elas reduzem a latência para utilizadores em todo o mundo, protegem os servidores de origem contra sobrecarga e sustentam os serviços de streaming que dominam o uso da Internet pelo consumidor, tornando a distribuição de conteúdo central para o desempenho da web moderna.

History

À medida que o tráfego da web aumentou no final dos anos 1990, as redes de distribuição de conteúdo surgiram para armazenar em cache o conteúdo próximo aos utilizadores, com a Akamai sendo um exemplo inicial e influente. O crescimento do vídeo online tornou as CDNs e o streaming adaptativo baseado em HTTP centrais para a entrega na Internet, e as CDNs expandiram-se para plataformas de borda que também executam computação próximo aos utilizadores.

Key figures

• Ramesh K. Sitaraman
• Erik Nygren
• James F. Kurose

Seminal works

• kurose2021
• nygren2010

Frequently asked questions

Como uma CDN torna um site mais rápido?

Uma CDN armazena cópias do conteúdo de um site em servidores espalhados pelo mundo e serve cada utilizador a partir de um servidor próximo. Isso encurta o caminho da rede, diminuindo a latência e a perda, e descarrega o servidor de origem. O resultado são carregamentos de página mais rápidos e streaming mais suave, especialmente para utilizadores distantes da origem.

Como uma CDN decide qual servidor deve me atender?

As CDNs usam informações sobre a proximidade da rede, a carga do servidor e a disponibilidade para escolher uma boa réplica e, em seguida, direcionam sua solicitação para ela, geralmente retornando o endereço desse servidor quando seu dispositivo procura o nome do site no DNS. O objetivo é um servidor próximo e saudável que possa entregar o conteúdo rapidamente.