翻译|Alex技术评论|硕扬本文来自OTTVerse，由KrishnaRaoVijayanagar撰写。

CDNEasyTech#010#

CDN(ContentDeliveryNetworks，内容分发网络)是分布在世界各地的服务器，它们是视频直播和点播中至关重要的基础设施。CDN位于视频播放器和源服务器之间，负责跨地理区域分发视频内容，并有效保障客户端流畅的观看体验。

在本文中，我们将了解CDN如何工作，如果不使用CDN会发生什么，以及什么是缓存命中和缓存未命中。我们开始吧！

视频流架构

对于大多数实时视频和点播架构，以下操作是常见步骤：

输入源视频并发送给转码器。转码器会调整视频的大小，并将其压缩成不同比特率和分辨率的组合(称为配置文件)。将压缩后的视频发送到打包器，准备通过HLS、MPEG-DASH等ABR技术进行分发。封装的视频(视频块和索引列表)存储在视频流服务器或源服务器上。最后，视频的URL通过CMS发布，并由应用程序访问。当用户按下视频播放键时，源服务器响应来自播放器的请求并分发所请求的视频块。

我们刚刚描述了一个直播(或点播)视频流服务架构，一开始可能会非常有用，但是当你添加更多用户、订阅者、内容或者一个视频突然火了以后，它很快就崩溃了。.

让我们花一分钟来讨论一下视频的突然流行。

假设有人录了一首歌，上传到你的UGC平台，突然就红了。全世界都想听这首歌，源服务器上播放器的请求急剧增加。你认为接下来会发生什么？

首先，你的源服务器会受到大量请求的轰炸：3分钟内同一视频的视频切片，每秒发出1000个请求。就像踩踏事件一样！

在这种情况下，源服务器该如何应对？

源服务器将努力满足所有请求。即使服务器再强大，也无法承受如此庞大的请求数量。

一些播放器可以请求第一个视频切片，而其他播放器可以请求最后一个视频切片(具有不同的分辨率和码率)。由于进程或网络I/O的限制，源服务器将很快无法满足许多请求。

最后，您的最终用户将会遇到以下问题：

视频缓冲：因为服务器不能快速响应用户。首屏时间：无法分发视频，因为服务器超载。视频质量较差：无法快速从服务器获得高质量(高比特率)的视频，因此播放器开始切换到低比特率。ABR就是这么运作的！所有这些问题都会导致糟糕的体验，这不是提供视频流服务的正确方式。但是我们所描述的是非常普遍的，在那些流行的视频流服务中几乎每天都会发生。

那么，解决办法是什么呢？

让我们试着解决这个问题。以下是我们迄今观察到的问题的症结所在：

单个服务器被迫服务100或1000个客户端(或视频播放器)，无法满足这么多需求。某个地理位置的单个服务器无法向远离它的客户端分发视频剪辑。单点故障会导致糟糕的用户体验。但最重要的是，对同一视频剪辑的请求数量是巨大的。如果我们仔细研究上述原因，某种模型似乎正在出现，引导我们找到问题的答案。

如果所有客户端都请求相同的视频剪辑，为什么不像在计算机上缓存那样缓存视频剪辑呢？为什么每次都要问硬盘？

所以，我们在源服务器前面加一个缓存层，可以缓存频繁请求的视频片段，分发出去，不用每次都访问源服务器。

然后，为了服务于不同的地理位置，我们可以在世界各地建立几个这样的缓存层，将视频分发给附近的用户，并提供快速响应。

以上操作是设计一个非常简单的CDN的开始。

好了，现在让我们更深入的了解一下CDN的工作原理：

封装的视频(可能是HLS或DASH)存储在源服务器上，CDN知道到源服务器的路径。所以CDN知道所有流媒体提供商的电影都存在于一堆服务器和它们的IP地址上。然后，视频播放器被编程为从CDN请求视频，而不是直接访问源服务器。所以视频播放器得到了CDN的URL。当第一个播放请求到达CDN时，CDN缓存中可能没有内容，因此它将请求转发到源服务器。当CDN收到来自源服务器的响应时，它会缓存内容并发送给播放器。下一次另一个视频播放器(或同一个播放器)请求相同的视频剪辑时，CDN首先检查缓存，以查看请求的内容是否已被缓存。如果缓存了，CDN会分发缓存的视频；如果没有缓存，CDN会请求源服务器发送视频剪辑。

左：没有CDN右：有CDN(图片来自维基百科)

关闭

缓存未命中（CacheMiss）：当客户端向CDN请求内容，而CDN刚好没有缓存该内容时，我们就称之为缓存未命中。发生缓存未命中时，CDN将向源服务器请求未命中内容。源服务器响应后，CDN将缓存内容并将其分发给客户端。

缓存命中（CacheHit）：当客户端向CDN请求内容时，CDN刚好缓存了此内容，这时我们就称之为缓存命中。在这种情况下，CDN将向客户端设备分发缓存内容。

TTL（TimetoLive）：CDN不会无限期地缓存视频分片或者其他媒体内容。它使用一个名为TTL（TimetoLive）的变量来丢弃和刷新那些不被频繁请求的视频内容。这种缓存刷新可以为新内容腾出空间并智能管理磁盘空间。

使用CDN的优势

在视频流服务（直播或者点播）中使用CDN有很多好处，让我们来看下：

总结

我希望本篇文章能帮助你理解CDN、它的工作原理以及使用CDN的优势。包括Akamai、Fastly、Cloudflare、KeyCDN、LimeLight和Medianova等在内的CDN厂商在向用户交付内容及改善视频观看体验方面都做得非常出色（不同的用例、架构和预算）。

在未来的系列文章中，我们将学习CDN技术中的Multi-CDN、边缘缓存（EdgeCaches）和边缘计算（EdgeComputing）等概念。

致谢

本文已获得作者KrishnaRaoVijayanagar授权翻译和发布，特此感谢。

原文链接：

https://ottverse.com/what-is-a-cdn-content-delivery-network-live-vod/

延伸阅读：

为什么直播时要用CDN?

为什么视频压缩如此重要

什么是闭合GOP和开放GOP?

理解ABR及其工作原理

讲师招募

LiveVideoStackCon2022音视频技术大会上海站，正在面向社会公开招募讲师，无论你所处的公司大小，title高低，老鸟还是菜鸟，只要你的内容对技术人有帮助，其他都是次要的。欢迎通过speaker@livevideostack.com提交个人资料及议题描述，我们将会在24小时内给予反馈。