中科大计网学习记录笔记（十一）：CDN

前言：

学习视频：中科大郑烇、杨坚全套《计算机网络（自顶向下方法 第7版，James F.Kurose，Keith W.Ross）》课程
该视频是B站非常著名的计网学习视频，但相信很多朋友和我一样在听完前面的部分发现信息量过大，有太多无法理解的地方，在我第一次点开的时候也有相同的感受，但经过了一段时间项目的学习，对计网有了更多的了解，所以我准备在这次学习的时候做一些记录并且加入一些我的理解，希望能够帮助到大家。
往期笔记可以看专栏中的内容

2.7 CDN

CDN（内容分发网络）是一种 分布式的网络架构，旨在 有效地交付互联网上的内容到最终用户。CDN通过将内容存储在全球各地的服务器上，并利用就近性原则，使用户能够从距离更近、性能更好的服务器获取所需的内容，从而提高内容传输的速度和可靠性。

2.7.1 视频流化服务

视频播放可以说是杀手级的应用，因为它占用的带宽很大，同时需要服务的用户又非常多，所以设计这种应用需要解决这两个问题：

• 并发问题
  因为带宽很大且用户量很多所以单个服务器显然是不可行的，需要分布式的架构
• 异构性
  对于不同的设备，比如手机和电脑，要求的视频的分辨率是不同的，这就导致给不同的设备也许要传输不同的内容

视频服务知识补充

1. 视频：以固定速度显示的 图像 序列
2. 空间冗余和时间冗余：因为视频资源较大，传输的时候可以利用图像内和图像间的冗余来降低编码的比特数目
   • 空间冗余： 空间冗余指的是在 同一时刻不同位置 的信号值之间的冗余关系。
   • 时间冗余： 时间冗余指的是在信号的 不同时间点 上存在的冗余关系。
3. 视频的编码方式（CBR 和 VBR）：
   • VBR（可变比特率）：
     • 优点：VBR 可以根据视频内容的复杂度和运动情况动态调整比特率，从而在保持视频质量的前提下实现更高的压缩率。
     • 缺点：VBR 编码算法通常更复杂，需要更多的计算资源。此外，在网络传输和存储时，由于比特率的变化，可能会导致难以预测的带宽需求或者存储空间占用。
   • CBR（恒定比特率）：
     • 优点：CBR 提供了恒定的比特率，使得视频流的传输更加 稳定，适用于对带宽要求较为严格的场景，如实时直播、视频会议等。
     • 缺点：对于内容复杂度较高的视频，CBR 可能会导致过度分配比特率，浪费带宽，或者在内容复杂度较高时造成 视频质量损失。
4. 视频播放的缓冲：视频播放的缓冲是指在观看在线视频时，视频播放器会预先加载一段时间的视频数据到缓冲区中，以确保在播放过程中能够平滑地播放视频，避免因为网络波动或者服务器响应延迟而导致的视频卡顿或者停顿现象。这也就是为什么即使断网视频仍然可以持续一段时间的原因，因为缓冲区内仍有资源。

2.7.2 多媒体流化服务：DASH

DASH（Dynamic Adaptive Streaming over HTTP）是一种 流媒体传输协议，允许服务提供商根据客户端的网络情况和设备性能动态调整 视频流的质量和码率。

服务器端：将视频分割成多个 块，每个块独立的存储，编码与不同的码率，同时生成一个告示文件，告示文件中包含每个块的 URL 地址。

客户端：先获取告示文件，周期性的测试自己与服务器之间的带宽，用于选择接收何种码率的文件；客户端查询告示文件,在一个时刻请求一个块，这个请求是自适应的，请求的时机会使得缓存不会溢出但是又不会不足以支持播放。

通过这种方式可以解决上面提到的异构的问题，但是对于高并发和高带宽占用的问题还需要解决，这就需要 CDN 来解决

CDN 解决了如下的问题

1. 服务端到客户端之间的跳数比较多
2. 网络中相同的资源很多（比如不同的人再看相同的节目），导致传输资源的浪费
3. 服务器引发的单点故障和性能瓶颈的问题

2.7.3 CDN

CDN 为购买其服务的公司提供内容加速的服务，让内容更加靠近用户。

CDN 服务的提供商会在全网部署缓存节点，存储服务内容，从而将服务分散开来，解决并发的问题，同时就近为用户提供低延迟的服务，CDN 提供商通常将缓存节点部署在以下两种地方：

• enter deep：深入到 ISP 提供的接入网中，距离用户更近，但节点较多，管理困难
• bring home：部署在少数（十个左右）的关键节点位置

客户端通过告示文件中的地址来请求资源，通过域名的重定向来使得客户端能够找到距离最近的节点来接收数据。

简单的 CDN 案例：

在用户的角度看：用户访问了网页，在网页中点击了链接，网页为其提供了视频播放服务

实际的业务流程：

• 用户点击了链接，浏览器调用 Local DNS 来解析 IP 地址

• 定位到播放服务提供方的权威 DNS 服务器（负责管理特定域名区域信息的DNS服务器）

• DNS 服务器通过重定向将请求定位到 CDN 的权威 DNS 服务器

• CDN 的服务器再提供一个能够提供最优服务的 IP 地址给用户

• 最终浏览器请求到这个 IP 地址。