內容分發(fā)網絡（英語：Content Delivery Network，縮寫：CDN）是一種提供更快互聯(lián)網訪問的服務，通過在網絡的邊緣或核心交換區(qū)域部署內容代理服務器來實現(xiàn)。這些服務器利用全局負載調度機制來分發(fā)內容，從而構建了一個覆蓋范圍廣泛的網絡體系。
1996 年，麻省理工學院提出了CDN概念。全球第一家CDN網絡運營商——阿卡邁科技公司于1999年開始提供商業(yè)服務。從2002年起，眾多廠商如 Array Networks 、思科等增加了對CDN產品方面的投入，國際數(shù)據(jù)公司 (International 數(shù)據(jù) Corporation, IDC)企業(yè)也以自建的數(shù)據(jù)中心為基礎，建立自己的CDN網絡。
CDN由內容管理系統(tǒng)、內容路由系統(tǒng)、Cache節(jié)點網絡三部分組成，涉及內容路由技術、內容分發(fā)技術、內容存儲技術和內容管理技術，包括專業(yè)CDN服務商、電信運營商、互聯(lián)網企業(yè)及其他三大服務提供商，能夠緩解互聯(lián)網網絡擁塞、提高互聯(lián)網業(yè)務響應速度、改善用戶業(yè)務體驗。
發(fā)展歷程
CDN發(fā)展浪潮
二十世紀九十年代，大多數(shù)公眾通過撥號方式接入互聯(lián)網。那時的帶寬很低，網民數(shù)量也比較少，所以內容源服務器和骨干傳輸網絡沒有太大的壓力。然而，隨著互聯(lián)技術的進步和網民數(shù)量的增加，給內容源服務器和骨干傳輸網絡帶來的壓力越來越大。1995年，麻省理工學院教授和互聯(lián)網發(fā)明者之一Tim Berners-Lee博士預見到了互聯(lián)網擁塞將成為發(fā)展的最大障礙。為了解決這個問題，他提出了一個學術難題：發(fā)明一種全新的、能夠根本解決互聯(lián)網內容無法無擁塞傳輸?shù)姆椒?。最終，這個學術難題催生出了一項革新性的互聯(lián)網服務，它就是CDN。
蒂姆·李博士團隊成立了全球第一家CDN網絡運營商——Akamai公司，1999年，該公司開始提供商業(yè)服務，同年并成功上市，達到了當時最大規(guī)模的IPO。1998年，中國第一家專業(yè)CDN服務公司——藍汛（ChinaCache）公司成立。1999年到2001年，全球互聯(lián)網發(fā)展迅速，HTTP網頁內容的加速需求非常大，CDN成為產業(yè)關注的熱點。Akamai和Limelight分別代表了CDN行業(yè)的兩種發(fā)展模式，即"節(jié)點租用"和"節(jié)點自建"，引領了全球CDN行業(yè)的技術潮流。
2001年，因為股票市場的恐慌，第一次互聯(lián)網泡沫破碎，大量.com公司倒閉，網站關閉。CDN客戶一夜之間驟減，CDN產業(yè)幾乎立刻進入了停滯期。2002年，美國大型電信運營商AT&T推出CDN流媒體內容分發(fā)架構。從2004年起，伴隨著互聯(lián)網的回暖和發(fā)展，流媒體服務的發(fā)展和Web 2.0的興起使得CDN又變得熱門起來。云計算的興起對CDN也產生了巨大的影響。一方面，許多云計算平臺在向外提供服務時不可避免地依賴CDN分發(fā)能力。另一方面，CDN本身的技術特點使其類似于一種云服務。因此，許多云計算平臺供應商也紛紛進入CDN領域，推動了CDN技術和業(yè)務的新階段發(fā)展。2006年，國際電信聯(lián)盟ITU(International Telecommunication Union)將CDN納入IPTV標準化文檔體系內。
2010年，云計算風潮將CDN技術和業(yè)務發(fā)展推進入到了一個新的階段。據(jù)歐洲知名電子咨詢公司 Informa Telecoms & Media 發(fā)布的內容分發(fā)網絡市場趨勢報告數(shù)據(jù)顯示 2012 年全球內容分發(fā)網絡市場規(guī)模達到 20 億美元。2014年，全球CDN市場規(guī)模為37.1億美元。2016年達到60.5億美元，全球2010-2015年間的CDN市場復合年增長率為27.7%。2016年，全球CDN流量已經達到了32275PB/月，在ALEXA INTERNET Top 1k和Top 10k網站中，美國CDN服務商占70%，中國CDN服務商份額分布在0.5%-3.5%之間。截止2023年2月，中國已有超過95%的CDN節(jié)點支持IPv6。
CDN演化進程
組成及功能
CDN通常由三個部分組成，分別是內容路由系統(tǒng)、內容管理系統(tǒng)、緩存節(jié)點網絡。這三個部分分別構成了CDN的管理平面、控制平面和數(shù)據(jù)平面。
內容路由系統(tǒng)
內容路由系統(tǒng)是負責將用戶的請求定向到適當?shù)脑O備上的關鍵組件。內容路由系統(tǒng)通常通過使用負載均衡系統(tǒng)來實現(xiàn)這個功能。它的目標是確保用戶的請求被合理地分配給不同的設備，以實現(xiàn)高效的內容交付。通過使用負載均衡系統(tǒng)，內容路由可以根據(jù)設備的負載情況、網絡條件和其他因素，動態(tài)地決定將請求路由到哪個設備上，以實現(xiàn)負載的均衡和性能的優(yōu)化。內容路由系統(tǒng)的主要任務是調度用戶的請求，并確保它們被快速而準確地傳送到適當?shù)脑O備上，以提供良好的用戶體驗。
內容路由系統(tǒng)使CDN具有調度功能，該功能指遷移流量，并為用戶選擇合適的網絡節(jié)點以供后續(xù)訪問。CDN通過接收終端側發(fā)起的訪問請求，監(jiān)測全網節(jié)點的健康狀態(tài)、負載情況及內容分布情況，據(jù)調度策略將終端調度到最佳的邊緣節(jié)點。
內容管理系統(tǒng)
內容管理系統(tǒng)主要承擔著內容管理的職責，包括內容的注入和發(fā)布、內容的分發(fā)、內容的審核以及內容的服務等。內容管理系統(tǒng)確保內容的順利注入和發(fā)布到CDN系統(tǒng)中，保證內容在各個節(jié)點上的高效分發(fā)，同時對內容進行審核以確保其符合規(guī)范和要求。此外，內容管理系統(tǒng)還提供內容的相關服務，如內容的搜索、索引、備份等功能，以便用戶可以輕松訪問和管理所需的內容。總之，內容管理系統(tǒng)在整個CDN系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用，為用戶提供便捷的內容管理和服務支持。
CDN的內容管理功能指實現(xiàn)互聯(lián)網內容集中化分析、展現(xiàn)和決策。完成數(shù)據(jù)采集、用戶交互及數(shù)據(jù)展現(xiàn)、基礎數(shù)據(jù)管理、資源視圖管理、統(tǒng)計分析、緩存運營管理、運營統(tǒng)計分析、節(jié)點設備管理、平臺管理等服務。
Cache節(jié)點網絡
Cache節(jié)點網絡用于支持CDN的業(yè)務。它是專為面向最終用戶的內容提供而設計的設備。這些節(jié)點位于全球各地，并且在網絡拓撲中被智能地放置，以便能夠最有效地傳遞內容給用戶。
Cache與CDN群組能夠直接面向用戶終端提供內容服務，負責內容在網絡邊緣處的臨時性存儲，同時還提供本地調度、訪問控制、Web服務、媒體服務、文件下載等服務，直接面向用戶提供訪問服務。
基本原理
CDN是在用戶和服務器之間增加緩存層，將用戶的請求引導到Cache上獲得源服務器的數(shù)據(jù)，主要是通過接管DNS實現(xiàn)。第一，用戶向瀏覽器提供要訪問的域名；第二，瀏覽器調用域名解析庫對域名進行解析，由于CDN對域名解析過程進行了調整，所以解析函數(shù)庫一般得到的是該域名對應的CNAME記錄，為了得到實際IP地址，瀏覽器需要再次對獲得的CNAME域名進行解析以得到實際的IP地址；第三，解析得到CDN緩存服務器的IP地址，瀏覽器在得到實際的IP地址以后，向緩存服務器發(fā)出訪問請求；第四，緩存服務器根據(jù)瀏覽器提供的要訪問的域名，通過Cache內部專用DNS解析得到此域名的實際IP地址，再由緩存服務器向此實際IP地址提交訪問請求；第五，緩存服務器從實際IP地址得得到內容以后，一方面在本地進行保存，以備以后使用，另一方面把獲取的數(shù)據(jù)返回給客戶端，完成數(shù)據(jù)服務過程；第六，客戶端得到由緩存服務器返回的數(shù)據(jù)以后顯示出來并完成整個瀏覽的數(shù)據(jù)請求過程。
關鍵技術
負載均衡系統(tǒng)
CDN通過負載均衡系統(tǒng)為用戶提供服務。負載均衡系統(tǒng)會根據(jù)一些準則幫助用戶選擇合適的高速緩存服務器。首先，CDN會根據(jù)用戶的IP地址確定最近的服務器，以確保較低的網絡延遲。其次，CDN會根據(jù)用戶請求的URL中的內容名稱來確定希望獲得該內容的用戶以及它們所在的服務器。最后，CDN會查詢每個服務器的當前負載情況，并決定哪些服務器仍有服務能力，以確保高效的內容分發(fā)。負載均衡系統(tǒng)是整個CDN的核心，可以通過多種方式實現(xiàn)，主要包括DNS、應用層重定向、傳輸層重定向等。
PUSH和PULL
PUSH和PULL是兩種分發(fā)模式，這兩種模式主要借助于建立索引、緩存、流分裂、組播等技術，將內容發(fā)布或者投遞到離用戶最近的遠程服務點處。 在PUSH的分發(fā)模式中，內容管理系統(tǒng)發(fā)起傳輸，將內容從中心媒資服務器分發(fā)的各個邊緣節(jié)點，一般分發(fā)的是熱點內容。PULL模式是被動分發(fā)，通常由用戶的請求發(fā)起傳輸，分發(fā)的內容是基于個人需求。
RAID
由于CDN系統(tǒng)中分為中心媒資服務器和遠程服務點，需要考慮兩方面的存儲。中心媒資服務器中的數(shù)據(jù)規(guī)模和吞吐量都很大，一般用NAS等海量存儲架構。PoP節(jié)點的存儲既需要考慮多種格式的兼容，也需要支持多文件的吞吐和可靠性、穩(wěn)定性的保證， 所以采用獨立磁盤冗余陣列（RAID）技術較多。利用RAID技術，可以將多個HDD組合成一個硬盤，以提高數(shù)據(jù)傳輸效率和數(shù)據(jù)安全性。
監(jiān)控技術
通過內部和外部監(jiān)控系統(tǒng)，獲取網絡部件的狀況信息，測量內容發(fā)布的端到端性能（如包丟失、延時、平均帶寬、啟動時間、幀速率等），保證網絡處于最佳的運行狀態(tài)。能夠減輕服務器的壓力，并提升網站的性能和可擴展性。
內容協(xié)議
當域名服務范圍為中國大陸境外或全球時，CDN支持HTTP和HTTPS協(xié)議，但不支持FTP、TCP、UDP、WSS等其他協(xié)議。而當域名服務范圍為中國大陸時，CDN支持HTTP、HTTPS、WebSocket、WSS協(xié)議，但不支持FTP、TCP、UDP等其他協(xié)議。
P2P
P2P即Peer to Peer，也就是節(jié)點對節(jié)點的對等傳輸。P2P技術將各個用戶互相結合成的一個網絡，共享其間的帶寬、共同處理其中的信息。P2P可以直接在用戶客戶端之間進行內容交換來實現(xiàn)大規(guī)模內容傳輸。通過使用集中或分布式目錄服務，P2P能夠在無需依賴服務器的情況下進行內容傳遞，且其性能隨著用戶規(guī)模的增加而提升。通過將P2P的擴展能力和CDN的可靠性與可管理性相結合，可以建立一個流媒體內容分發(fā)平臺，該平臺可管理電信級別的內容應用并提供高質量的服務。
服務商
根據(jù)市場經營主體的自身定位， CDN服務的提供商可以分為專業(yè)CDN服務商、電信運營商、互聯(lián)網企業(yè)三類。
專業(yè)CDN服務商
專業(yè)CDN服務商以Akamai、Limelight Networks等為代表，其中Akamai是美國和全球最大的CDN服務商。據(jù)《內容分發(fā)網絡（CDN）白皮書（2014年）》，Akamai的EdgePlatform平臺在超過75個國家和地區(qū)部署了十萬臺服務器，Akamai構建了五大業(yè)務種類。2013年10月，Akamai發(fā)布了新的“開放戰(zhàn)略”，加強第三方應用和Akamai CDN網絡的集成。
電信運營商
電信運營商以AT&T、英國電信、德國電信等為代表。2010年底，英國電信（BT）開始提供“批發(fā)內容連接”（Wholesale Content Connect，簡稱 WCC）服務，以滿足快速增長的互聯(lián)網視頻加速需求。為提供WCC服務，英國電信在英國本土部署了 20個高速緩存，使其可優(yōu)化調度的流量達到傳統(tǒng)CDN服務器的20倍；美國電話電報公司推出了專門針對企業(yè)客戶的特色服務ECDN（企業(yè)內容分發(fā)網絡）。該服務針對視頻行業(yè)的推送速度遠高于阿卡邁科技（快30%）和Limelight（快 50%）。
互聯(lián)網企業(yè)
互聯(lián)網企業(yè)以亞馬遜、谷歌等為代表。2008年11月，亞馬遜宣布推出名為“CloudFront”的CDN服務。該服務是CDN、IDC與云計算的融合，是對亞馬遜的“S3”（在線存儲服務）和“EC2”（彈性計算云）服務的補充?！癈loudFront”采取靈活的資費機制，按照流量收費，沒有入門費或包月費，沒有使用空間的限制，不用簽訂客戶合同。
影響評價
影響
在中國信通院于2014年發(fā)布的關于CDN的白皮書中，曾這樣描述CDN產生的影響：“隨著寬帶網絡的快速發(fā)展，尤其是以互聯(lián)網視頻為代表的大流量業(yè)務的爆炸式增長，以及日益激烈的國際競爭，CDN的技術架構、業(yè)務模式、產業(yè)格局、監(jiān)管環(huán)境等正面臨著深入調整和變革。CDN的建設與發(fā)展對于進一步完善國家信息基礎設施、促進互聯(lián)網產業(yè)分工、推動行業(yè)和信息化的繁榮發(fā)展，以及優(yōu)化互聯(lián)網產業(yè)格局均將產生深遠的影響?！?/p>
評價
CDN有諸多優(yōu)點，方便了人們的生活。CDN是緩解互聯(lián)網網絡擁塞、提高互聯(lián)網業(yè)務響應速度、改善用戶業(yè)務體驗的重要手段。CDN以其巨大的影響力受到了全球發(fā)達國家和互聯(lián)網市場的高度關注。
2019年4月，環(huán)球網曾評價CDN：“CDN將領跑萬億新賽程?！?/p>
2022年3月，人民網股份有限公司也評價CDN：“CDN作為邊緣計算的核心基礎應用，在產業(yè)互聯(lián)網各應用場景中不可或缺?！?/p>
CDN在發(fā)展的過程中也存在著一定的漏洞。2017年11月，中國新聞網評價CDN：“CDN服務質量方面仍存在空白?！?/p>
未來趨勢
CDN地址技術向IPv6過渡
隨著IPv4地址的枯竭，IP網絡地址技術已經逐步開始向IPv6過渡。截止到2023年，幾乎所有的網絡設備、終端設備及主要的系統(tǒng)、應用都已經能夠支持IPv6地址。在向IPv6的過渡過程中，將長期存在三張并行的網絡：現(xiàn)有IPv4網絡、私有IPv4網絡和IPv6網絡。CDN能夠將數(shù)據(jù)中心的應用和內容分發(fā)到私有IPv4、IPv6網絡中，對于促進IPv4與IPv6業(yè)務互通、支撐IPv6規(guī)模部署具有重要作用。
云計算技術大幅提高CDN服務能力和投入產出比
云計算可以有效提高CDN設備的利用率，提升CDN節(jié)點的存儲能力，減少人工管理的工作量，進一步提高CDN運營企業(yè)的投入產出比。CDN服務提供商在業(yè)務平臺中規(guī)模采用云計算解決方案，加速云計算技術與CDN服務的整合，構建符合自身業(yè)務特色的云CDN平臺，并探索依托云CDN平臺為其他用戶提供個性化CDN服務，云CDN平臺已經成為CDN的重要發(fā)展方向。
大數(shù)據(jù)技術助力CDN智能化發(fā)展
大數(shù)據(jù)技術可以從各種各樣類型的數(shù)據(jù)中，快速獲得有價值信息。對于CDN來說，可以利用云計算平臺中所記錄的服務數(shù)據(jù)，對CDN用戶的業(yè)務特點進行深入挖掘，為用戶提供更高質量、更加精細的服務。例如，通過對CDN服務數(shù)據(jù)的深入分析和挖掘，可以獲得用戶偏好和行為預期，從而幫助CDN面向用戶提供個性化、智能化的資源調度和精細化的用戶服務。
圖形CDN的發(fā)展
圖像CDN是一種專門用于轉換、優(yōu)化和分發(fā)圖像的服務。它可以被視為一個API，用于處理訪問網站上使用的圖像。使用圖像CDN加載的圖像，不僅可以指定要加載的圖像，還可以指定諸如大小、格式和質量等參數(shù)。這樣，就可以為不同的用例創(chuàng)建圖像的不同版本。
vCDN的發(fā)展
vCDN是一種虛擬化的CDN軟件應用程序，可以在專有、裸機、虛擬化或基于容器的基礎架構或電信MEC平臺上運行CDN工作負載。傳統(tǒng)上，CDN軟件平臺與底層硬件緊密結合，因此缺乏靈活性。vCDN則可以在Internet交換處的CDN PoP、網絡或本地邊緣站點上運行。這樣，vCDN能夠在網絡或本地邊緣上執(zhí)行CDN工作負載，提供更靈活的解決方案。
參考資料 >
CDN白皮書.中國信通院.2023-06-14
CDN.人民郵電報.2023-06-14
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坐穩(wěn)扶好!一圖穿越 Akamai 發(fā)展簡史!.微信公眾平臺.2023-06-29
互聯(lián)網產業(yè)史.虎嗅.2023-07-20
PPT?解讀《內容分發(fā)網絡(CDN)白皮書(2015年)》.微信公眾平臺.2023-06-14
CDN產業(yè)現(xiàn)狀及我國市場監(jiān)管趨勢.微信公眾平臺.2023-06-14
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內容分發(fā)網絡CDN與負載均衡的關系.云巴巴.2023-07-20
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