缩短时延的CDN技术是怎样的网络技术？

sayuenala

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和网络拥塞。

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？

阅读全文