話し合う！ CDN とは何でしょうか?

今日のモバイルインターネット時代では、携帯電話を使ってビデオを視聴し、エンターテイメントライフを充実させる人が増えています。

しかし、テレビシリーズを視聴しているとき、インターネットの速度が非常に速いのに、ビデオを視聴するときにまだ動きが遅く感じるのはなぜか、という疑問を抱いたことはありませんか。

この質問に答える前に、数学の問題を解いてみましょう。

以前人気があった『延禧宮物語』を例に挙げてみましょう。当時、ある動画アプリでは同時オンライン視聴ユーザー数が1,000万人を達成しました。

1080p ビデオを視聴する場合 (理論上は 4Mbps の帯域幅が必要)、必要な累積トラフィック帯域幅は 10,000,000 × 4Mbps = 40,000,000Mbps ≈ 40Tbps になります。

Youku や iQiyi などのインターネット ビデオ コンテンツ プロバイダーにとって、これは間違いなく大きなトラフィック圧力となります。

一般的なコンピュータのネットワーク カードの帯域幅は 1Gbps です。サーバーであれば、10Gbpsのネットワークカード（10ギガビットネットワークカード）も登場しています。

Youku にスーパー サーバーがある場合、このスーパー サーバーには 4,000 枚の 10 ギガビット ネットワーク カードが必要になり、1,000 万人のユーザーがスムーズに視聴できるようにするには、100% のフル スピードで動作する必要があります。

一部のサービスプロバイダーの強度が十分でない場合、またはトラフィックが急増した場合、混雑が発生し、フリーズや遅延が発生します。

よく言われることですが、ユーザーはページを開いて 4 秒以上待つと、そのページを閉じます。つまり、このユーザーは失われます。

これはおそらく最も厄介なシンボルです:

ユーザーが失われるということは、お金が失われることを意味します。どの ISP もこのような事態を望んでいません。したがって、コンテンツをできるだけ早く提示し、ユーザーの待ち時間を短縮し、ユーザー エクスペリエンスを向上させる方法を見つける必要があります。

CDN はレイテンシを短縮するのに非常に効果的なテクノロジーです。

CDNの誕生

1980 年代、インターネット技術は民間分野に導入されたばかりでした。

人々は主にダイヤルアップ経由でインターネットにアクセスし、帯域幅が非常に低く、ユーザー数も少ないため、バックボーン ネットワークとサーバーに負荷がかかりません。

インターネットの爆発的な発展により、ユーザー数が増加し、ブロードバンド アクセス ネットワークの出現により、コンテンツ ソース サーバーとバックボーン ネットワークへの負荷が増大し、ユーザーのアクセス ニーズにタイムリーに対応できなくなっています。

1995年、MIT教授でありインターネットの発明者の一人であるティム・バーナーズ・リー博士は、ネットワークの混雑がますます深刻になり、インターネットの発展に対する最大の障害となるだろうと気づきました。

ティム・バーナーズ＝リー

そこで彼は、誰かがその問題を根本的に解決し、インターネット コンテンツの混雑のない配信を実現するまったく新しい方法を発明してくれることを期待して、学術的な問題を提起しました。

当時、ティム・バーナーズ・リー博士のオフィスの隣にはトム・レイトン教授のオフィスがありました。彼はMITの応用数学の教授です。

トム・レイトン

バーナーズ＝リーの挑戦に興味をそそられた彼は、大学院生のダニー・C・ルーウィンと他の一流研究者数名に協力してこの技術的問題を解決するよう依頼した。

ダニー・C・ルーウィン

最終的に、彼らは数学的アルゴリズムを使用してコンテンツを処理する動的ルーティング アルゴリズムを開発し、この問題を効果的に解決しました。この技術は CDN です。

彼らは商業価値を最大化するために、この目的のために特別に会社を設立しました。この会社は、有名な CDN サービスの先駆者である Akamai です。

CDNの仕組み

CDN テクノロジーは実際には複雑ではありません。元々のコアコンセプトは、エンドユーザーの近くにコンテンツをキャッシュすることです。

コンテンツソースは遠くないですか?すると、ユーザーの近くにキャッシュ サーバーを構築し、リモート コンテンツをコピーしてここに配置できることになりますが、それで問題ないでしょうか?

この技術はコンテンツを配信するため、CDN (コンテンツ配信ネットワーク) と呼ばれます。

具体的には、CDN では、より多くのキャッシュ サーバー (CDN エッジ ノード) を使用し、ユーザー アクセスが比較的集中しているエリアやネットワークにそれらを配置します。ユーザーが Web サイトにアクセスすると、グローバル ロード テクノロジーを使用してユーザーのアクセスが最も近いキャッシュ サーバーに誘導され、キャッシュ サーバーがユーザーの要求に応答します。 （ちょっとeコマースのローカル倉庫みたいな感じですよね？）

これは単なる「ミラーサーバー」ではないのかと思うかもしれません。実は違います。ミラー サーバーは、ソース コンテンツ サーバーの完全なレプリカです。一方、CDN は部分的なコンテンツのキャッシュであり、よりインテリジェントです。

正確に言うと、 CDN は、よりスマートなミラーリング + キャッシュ + トラフィックの転送です。

また、CDN はビデオ コンテンツをキャッシュできるだけでなく、Web サイトの静的リソース (さまざまな種類の画像、HTML、CSS、JS など) やモバイル アプリケーションの静的コンテンツ (インストール パッケージの apk ファイル、アプリ内の画像やビデオなど) を配信できることにも注意してください。

CDN の具体的なワークフローを例を使って見てみましょう。

ユーザーが Youku のビデオオンデマンド コンテンツにアクセスする場合は、次の手順を実行します。

具体的な手順:

①.ユーザーがアプリ上のコンテンツをクリックすると、アプリはローカル DNS (ドメイン ネーム システム) にアクセスし、URL アドレスに基づいて IP アドレス解決を試みます。

②.ローカル DNS システムは、ドメイン名解決権限を CDN 専用 DNS サーバーに引き渡します。

③. CDN 専用 DNS サーバーは、CDN のグローバル ロード バランシング デバイスの IP アドレスをユーザーに返します。

④.ユーザーは、CDN の負荷分散デバイスに対してコンテンツ URL アクセス要求を開始します。

⑤. CDN 負荷分散装置は、ユーザーの IP アドレスとユーザーが要求したコンテンツ URL に基づいて、ユーザーのエリア内のキャッシュ サーバーを選択します。

⑥負荷分散装置は、キャッシュサーバのIPアドレスをユーザに伝え、ユーザが選択したキャッシュサーバへのリクエストを開始できるようにします。

⑦.ユーザーはキャッシュサーバーにリクエストを送信し、キャッシュサーバーはユーザーのリクエストに応答して、ユーザーが要求したコンテンツをユーザー端末に送信します。

⑧.キャッシュ サーバーにユーザーが必要とするコンテンツがない場合、キャッシュ サーバーは Web サイトのソース サーバーにコンテンツを要求します。

⑨.ソース サーバーはコンテンツをキャッシュ サーバーに返します。キャッシュ サーバーはコンテンツをユーザーに送信し、ユーザーのカスタマイズされたキャッシュ ポリシーに基づいてコンテンツをキャッシュ サーバーにキャッシュするかどうかを決定します。

CDNの利点

CDN 技術を使用する最大のメリットは、コンテンツへのアクセスが高速化することです。ユーザーとコンテンツ間の物理的な距離が短縮され、ユーザーの待ち時間も短縮されます。

さらに、異なる回線に分散されたキャッシュサーバーにより、オペレータ間のアクセスも高速化されます。

たとえば、China Mobile の携帯電話ユーザーが China Telecom のネットワーク上のコンテンツ ソースにアクセスする場合、China Mobile 上に CDN サーバーを設定することでプロセスを高速化できます。効果は非常に明白です。

さらに、CDN にはセキュリティ上の利点もあります。コンテンツが配信されると、ソースサーバーの IP が隠され、攻撃を受ける可能性が大幅に減少します。さらに、サーバーに障害が発生した場合、システムはユーザーへの影響を回避するために近くの正常なサーバーを呼び出してサービスを提供します。

CDN には多くの利点があるため、現在、すべての主要なインターネット サービス プロバイダーが CDN テクノロジを使用しています。すべてのクラウド サービス プロバイダーは CDN サービスも提供しています (価格は高くなく、トラフィックに応じて課金されます)。

某クラウドのCDNサービス

CDNの弱点

CDN には多くの利点がありますが、万能というわけではありません。シナリオによっては、CDN は適用されません。

まず、CDN は動的コンテンツではなく静的コンテンツに適しています。ユーザーの動的なリアルタイムのインタラクティブ データをキャッシュすることは困難です。たとえば、頻繁に変更されるデータベース フォームの内容などです。 （CDN がライブストリーミングにも使えるとは思わなかったかもしれません。ご興味があれば、「ライブストリーミング CDN」で検索してみてください。）

第二に、多くのアプリケーションプロバイダーやコンテンツサービスプロバイダーは、自社データのプライバシーを保護するために、サードパーティの CDN による自社データのキャッシュを許可せず、自社の CDN による自社データのキャッシュのみを許可しています。これはユーザーエクスペリエンスに一定の影響を与えます。

3 番目に、CDN を構築するには多額の資本投資が必要になります。 CDN を自分で構築するためにサーバーを購入する場合でも、クラウド サービス プロバイダーから CDN サービスをレンタルする場合でも、費用がかかります。また、ゾーンの数が増えるほど、かかるお金も増えます。これらの CDN が使用されているかどうか、またその使用率がどの程度であるかを正確に予測することは困難です。おそらくほとんどの場合、利用率は非常に低く、リソースの無駄が生じます。

CDNと通信

CDN は従来の IT 業界から開発されたサービスです。しかし、私たちの通信業界にとって、CDN は非常に大きな商業的価値も持っています。

インターネット サービス プロバイダーは、CDN を使用してストレージとレイテンシを交換します。より良いユーザー エクスペリエンスと引き換えに、CDN サーバーまたはクラウド コンピューティング サービスを購入するためにお金を費やします。

通信事業者も CDN を追いかけていますが、その目的はストレージを帯域幅と交換することです。つまり、サービスを「沈める」ことで、上位のバックボーン ネットワークのトラフィック負荷を軽減し、ハードウェアの拡張を回避し、ネットワーク構築コストを削減できるのです。

これは理解しやすいですね。バックボーン ネットワーク上で大量のビジネス トラフィック データが行き来すると、バックボーン ネットワークでは確実に処理しきれなくなり、容量を拡張するために多大な労力を費やす必要が生じます。これらのビジネス トラフィック データが最下位層で解決されると、バックボーン ネットワークの帯域幅の圧力は自然に軽減されます。そうじゃない？

多くの事業者は、負担を軽減し、ユーザーエクスペリエンスを向上させるために、すでに CDN を都市レベルに移行しています。

この時点で、コミュニケーションの大半の王さんは何か考えたのでしょうか？

はい、これは現在非常に人気のあるモバイル エッジ コンピューティングに似ています。

これまで、ネットワーク機能の継続的な改善により、コンテンツ リソースとコンピューティング能力は常にクラウド コンピューティング センターに「移行」されてきました。コア クラウド コンピューティング センターは、すべての端末ノードにサービスを提供します。

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その結果、人々は振り返って、非常に広大なエリアと多数のユーザー、特に国家レベルまたは世界レベルのサービスの場合、センターをどこに設置しても、センターの能力がどれだけ高くても、物理的な距離の障壁を克服できず、耐えられないほどの遅延とネットワークの混雑につながることを発見しました。

その結果、クラウド コンピューティング センターを部分的に「沈める」ようになり、フォグ コンピューティングやヘイズ コンピューティングが生まれました。集中型コンピューティングが最終的に分散型コンピューティングに置き換えられるかどうかさえ疑問視され始めました。

ブロックチェーンは分散コンピューティングの代表である

小盧軍の意見では、誰が誰に完全に取って代わるかという問題はない。シナリオが異なれば要求も異なり、要求が異なれば必要なネットワーク アーキテクチャも異なります。シナリオの多様性は現実であるため、ネットワーク アーキテクチャの柔軟性も避けられない選択です。

CDN とエッジ コンピューティングの関係は何ですか?

実際、CDN はエッジ コンピューティングの特殊な形態と見なすことができるのではないかと個人的に考えています。 CDN は主にストレージ容量と少量の計算能力を下位レベルに転送するもので、その機能は比較的限られています。真の MEC エッジ コンピューティングは、より強力な機能と包括的な機能を備えており、コンテンツを消費するよりもコンピューティング パワーを消費する傾向があります。

さて、以上が CDN の紹介です。お役に立てれば幸いです！最後までお読みいただきありがとうございました。また次回お会いしましょう！