CDN內容分發網絡

CDN內容分發網絡（英文:Content Delivery Network，縮寫為CDN）是一種提供更快互聯網訪問的服務，通過在網絡的邊緣或核心交換區域部署內容代理服務器來實現。這些服務器使用全局負載調度機制來分發內容，從而構建了廣泛的網絡系統。

1996年，麻省理工學院提出了CDN的概念。——Akamai，全球第一家CDN網絡運營商，1999年開始提供商業服務。自2002年以來，ArrayNetworks和Cisco等許多制造商增加了對CDN產品的投資，國際數據公司（IDC）企業也基于自己的數據中心建立了自己的CDN網絡。

CDN由內容管理系統、內容路由系統和緩存節點網絡三部分組成，涉及內容路由技術、內容分發技術、內容存儲技術和內容管理技術，包括專業的CDN服務提供商、電信運營商、互聯網公司等三大服務提供商，可以緩解互聯網網絡擁塞，提高互聯網服務的響應速度，改善用戶的業務體驗。

在20世紀90年代，大多數人通過撥號上網。當時帶寬很低，網民數量相對較少，因此內容源服務器和骨干傳輸網絡沒有太大壓力。然而，隨著互聯網技術的進步和網民數量的增加，內容源服務器和骨干傳輸網絡的壓力越來越大。1995年，麻省理工學院教授、互聯網發明者之一蒂姆·伯納斯·李博士預見到互聯網擁堵將成為發展的最大障礙。為了解決這個問題，他提出了一個學術問題:發明一種全新的方法，可以從根本上解決互聯網內容在不擁塞的情況下無法傳輸的問題。最終，這個學術問題催生了一項創新的互聯網服務，它就是CDN。

Berners-Lee博士的團隊建立了世界上第一家CDN網絡運營商Akamai。1999年，該公司開始提供商業服務并于同年成功上市，達到了當時最大的IPO。1998年，中國第一家專業CDN服務公司ChinaCache成立。從1999年到2001年，全球互聯網發展迅速，對HTTP頁面內容加速的需求非常大，CDN成為業界關注的焦點。Akamai和Limelight分別代表了CDN行業的兩種發展模式，即“節點租賃”和“節點自建”，引領了全球CDN行業的技術趨勢。

2001年，因為股市的恐慌，第一次互聯網泡沫破裂，大量。網絡公司倒閉，網站關閉。CDN客戶數量一夜之間暴跌，CDN行業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流媒體內容分發架構。自2004年以來，隨著互聯網的恢復和發展，流媒體服務的發展和Web 2.0的興起使CDN再次流行起來。云計算的興起也對CDN產生了巨大影響。一方面，許多云計算平臺在向外界提供服務時不可避免地依賴CDN分發能力。另一方面，CDN本身的技術特性使其類似于一種云服務。因此，許多云計算平臺提供商也進入了CDN領域，這推動了CDN技術和服務在新階段的發展。2006年，國際電信聯盟（ITU）將CDN納入IPTV標準化文檔系統。

2010年，云計算浪潮推動CDN技術和業務發展進入新階段。根據歐洲知名電子咨詢公司Informa Telecoms & Media發布的《內容分發網絡市場趨勢報告》，2012年全球內容分發網絡市場規模達到20億美元。2014年，全球CDN市場規模為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網站中，美國CDN服務商占70%，中國CDN服務商份額在0.5%至3.5%之間。到2023年2月，中國超過95%的CDN節點支持IPv6。

CDN通常由三部分組成，即內容路由系統、內容管理系統和緩存節點網絡。這三部分分別構成了CDN的管理平面、控制平面和數據平面。

內容路由系統：內容路由系統是負責將用戶請求導向適當設備的關鍵組件。內容路由系統通常通過使用負載平衡系統來實現這一功能。其目標是確保用戶的請求被合理地分配到不同的設備上，以實現高效的內容交付。通過使用負載均衡系統，內容路由可以根據設備的負載、網絡狀況等因素動態決定將請求路由到哪個設備，從而實現負載均衡和性能優化。內容路由系統的主要任務是調度用戶的請求，并確保它們快速準確地傳輸到適當的設備以提供良好的用戶體驗。內容路由系統使CDN具有調度功能，指遷移流量并為用戶選擇合適的網絡節點以供后續訪問。CDN通過接收終端側發起的接入請求，監控全網節點的健康狀態、負載和內容分布，并根據調度策略將終端調度到最佳邊緣節點。

內容管理系統：內容管理系統主要負責內容管理，包括內容注入和發布、內容分發、內容審核和內容服務。內容管理系統確保內容順利注入和發布到CDN系統中，確保內容在每個節點上的高效分發，并對內容進行審核以確保其符合規范和要求。此外，內容管理系統還提供與內容相關的服務，如內容搜索、索引、備份等功能，使用戶可以輕松訪問和管理所需的內容。簡而言之，內容管理系統在整個CDN系統中發揮著重要作用，為用戶提供便捷的內容管理和服務支持。CDN的內容管理功能是指對互聯網內容進行集中分析、呈現和決策。完成數據采集、用戶交互和數據展現、基礎數據管理、資源視圖管理、統計分析、緩存操作管理、運營統計分析、節點設備管理、平臺管理等服務。

緩存節點網絡：緩存節點網絡用于支持CDN服務。它是專門為最終用戶提供內容而設計的設備。這些節點分布在世界各地，并智能地放置在網絡拓撲中，以便最有效地向用戶提供內容。緩存和CDN組可以直接向用戶終端提供內容服務，并負責在網絡邊緣臨時存儲內容。同時，它們還提供諸如本地調度、訪問控制、Web服務、媒體服務、文件下載等服務。，并直接向用戶提供接入服務。

CDN是在用戶和服務器之間增加一個緩存層，將用戶的請求引導到緩存中以獲取源服務器的數據，主要通過接管DNS來實現。首先，用戶向瀏覽器提供要訪問的域名；其次，瀏覽器調用域名解析庫解析域名。由于CDN調整了域名解析流程，解析函數庫一般會獲取域名對應的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緩存服務器的IP地址，瀏覽器獲得實際IP地址后向緩存服務器發送訪問請求；第四步，緩存服務器根據瀏覽器提供的待訪問域名，通過緩存內部專用DNS獲取該域名的實際IP地址，然后緩存服務器向該實際IP地址提交訪問請求；第五，緩存服務器從實際IP地址獲取內容后，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據返回給客戶端以完成數據服務過程；第六，客戶端顯示緩存服務器返回的數據，完成整個瀏覽數據請求過程。

負載平衡系統：CDN通過負載均衡系統向用戶提供服務。負載平衡系統將幫助用戶根據一些標準選擇合適的緩存服務器。首先，CDN將根據用戶的IP地址確定最近的服務器，以確保低網絡延遲。其次，CDN將根據用戶請求的URL中的內容名稱來確定想要獲取內容的用戶及其服務器。最后，CDN將查詢每個服務器的當前負載，并決定哪些服務器仍具有服務能力，以確保高效的內容分發。負載均衡系統是整個CDN的核心，可以通過多種方式實現，包括DNS、應用層重定向、傳輸層重定向等。

CDN內容分發網絡

推拉：推和拉是兩種分發模式。這兩種模式主要通過索引、緩存、分流、組播等技術將內容發布或交付到最近的遠程服務點。在推送分發模式中，內容管理系統發起傳輸，從中央媒體服務器分發內容的邊緣節點通常分發熱點內容。拉模式是被動分發，通常由用戶請求發起，分發的內容基于個人需求。

襲擊：由于CDN系統分為中心媒體服務器和遠程服務點，因此需要考慮兩個方面的存儲。中央媒體服務器中的數據規模和吞吐量非常大，一般使用NAS等海量存儲架構。PoP節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定性，因此獨立磁盤冗余陣列（RAID）技術被廣泛應用。使用RAID技術，可以將多個硬盤合并為一個硬盤，以提高數據傳輸效率和數據安全性。

監控技術：通過內部和外部監控系統，可以獲得網絡組件的狀態信息，以及內容分發的端到端性能（如丟包、延遲、平均帶寬、啟動時間、幀率等。）可以進行測量，以確保網絡處于最佳運行狀態。它可以減輕服務器的壓力，提高網站的性能和可擴展性。

內容協議：當域名服務范圍在中國大陸或全球以外時，CDN支持HTTP和HTTPS協議，但不支持FTP、TCP、UDP、WSS等協議。當域名服務范圍為中國大陸時，CDN支持HTTP、HTTPS、WebSocket和WSS協議，但不支持FTP、TCP、UDP等協議。

對等網絡：P2P是點對點的，這意味著從一個節點到另一個節點的點對點傳輸。P2P技術將用戶結合成一個網絡，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容，實現大規模的內容傳輸。通過使用集中式或分布式目錄服務，P2P可以在不依賴服務器的情況下傳遞內容，并且其性能將隨著用戶規模的增加而提高。通過將P2P的可擴展性與CDN的可靠性和可管理性相結合，可以建立一個流媒體內容分發平臺，該平臺可以管理電信級的內容應用程序并提供高質量的服務。

根據市場運營商的定位，CDN服務提供商可分為三類:專業CDN服務提供商、電信運營商和互聯網企業。

專業CDN服務提供商：專業CDN服務提供商以Akamai和Limelight Networks為代表，其中Akamai是美國和全球最大的CDN服務提供商。根據《內容分發網絡（CDN）白皮書》（2014年），Akamai的EdgePlatform已經在超過75個國家和地區部署了10萬臺服務器，Akamai已經建立了五個業務類別。2013年10月，Akamai發布了新的“開放戰略”，加強第三方應用程序與Akamai CDN網絡的整合。

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“批發內容連接”（WCC）服務，以滿足快速增長的互聯網視頻加速需求。為了提供WCC服務，英國電信在英國部署了20個緩存，可以將流量的調度優化到傳統CDN服務器的20倍。美國電話電報公司公司推出了ECDN（企業內容分發網絡），這是一項為企業客戶提供的特殊服務。這項服務對視頻行業的推送速度比Akamai（快30%）和Limelight（快50%）快得多。

互聯網公司：互聯網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。這項服務是CDN、IDC和云計算的集成，是對亞馬遜“S3”（在線存儲服務）和“EC2”（彈性計算云）服務的補充。“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。