内容分发与CDN

内容分发网络将内容的副本放置在靠近用户的服务器上，并将每个请求导向一个合适的副本，从而减少延迟和源站负载，使大规模的网页和视频分发成为可能。

Definition

内容分发网络是一个地理分布式服务器系统，它存储并向终端用户提供内容的副本，将每个请求重定向到附近合适的副本，以减少延迟、丢包和源服务器的负载。

Scope

本主题涵盖了内容如何在互联网规模上进行分发：将内容复制到靠近用户位置的理由、内容分发网络（CDN）及其地理分布式缓存的架构、将用户引导至附近副本的机制（通常通过DNS）、包括自适应比特率技术在内的流媒体视频的特殊需求，以及CDN与底层网络的交互。它建立在命名和应用协议的基础上，不包括详细的媒体编码和分发底层的传输机制。

Core questions

• 为什么将内容复制到靠近用户的位置可以提高性能和可扩展性？
• CDN是如何组织的，其服务器部署在哪里？
• 用户请求是如何被引导到合适的副本的，DNS在其中扮演什么角色？
• 自适应比特率流媒体如何在可变网络条件下传输视频？
• CDN如何与底层互联网拓扑和ISP进行交互？

Key concepts

• 内容复制
• 内容分发网络（CDN）
• 边缘缓存服务器
• 通过DNS重定向请求
• 邻近性和负载感知
• 视频流媒体
• 自适应比特率（HTTP分块）流媒体
• 源服务器卸载

Key theories

复制与邻近性

将内容放置在靠近用户的多个服务器上，可以缩短网络路径，减少延迟和丢包，并分散源站和骨干网络的负载；核心工程问题变为选择副本放置的位置以及为每个请求提供哪个副本。

请求重定向

CDN将每个客户端引导至附近健康的副本，通常通过在DNS查询响应中返回所选服务器的地址来实现，并利用网络邻近性和当前负载信息。

自适应比特率流媒体

流媒体视频以多种质量级别编码并分割成通过HTTP获取的块，客户端根据当前带宽调整其请求的比特率，这符合CDN基于HTTP的分发方式，并能应对可变的网络条件。

Clinical relevance

CDN承载着大量的互联网流量，对于大规模、高性能地分发网页、软件更新，尤其是视频至关重要。它们减少了全球用户的延迟，保护源服务器免受过载，并支撑着主导消费者互联网使用的流媒体服务，使内容分发成为现代网络性能的核心。

History

随着1990年代后期网络流量的激增，内容分发网络应运而生，旨在将内容缓存到靠近用户的位置，Akamai就是一个早期且有影响力的例子。随后，在线视频的增长使得CDN和基于HTTP的自适应流媒体成为互联网分发的核心，CDN也扩展成为边缘平台，在靠近用户的地方运行计算。

Key figures

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

Seminal works

• kurose2021
• nygren2010

Frequently asked questions

CDN如何让网站更快？

CDN将网站内容的副本存储在全球各地的服务器上，并从离用户最近的服务器提供服务。这缩短了网络路径，降低了延迟和丢包，并减轻了源服务器的负载。结果是页面加载更快，流媒体更流畅，特别是对于远离源站的用户。

CDN如何决定哪个服务器应该为我服务？

CDN利用网络邻近性、服务器负载和可用性等信息来选择一个合适的副本，然后将您的请求引导到该副本，通常是在您的设备在DNS中查找网站名称时返回该服务器的地址。目标是选择一个能够快速提供内容的、邻近且健康的服务器。