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Wie Content Delivery Networks Medieninhalte geschickt verteilen: Schneller surfen

Digitale Medien stellen für viele Unternehmen, die sich im Web präsentieren, eine Herausforderung dar. Nicht nur Menge und Größe der zu verbreitenden Inhalte steigen, auch der internationale Traffic nimmt stetig zu. Herkömmliche Methoden der Datenauslieferung, wie das einfache Server-Client-Prinzip, stoßen dabei an ihre Grenzen. Sie entpuppen sich immer häufiger als ineffektiv, kostspielig und bergen das Risiko, Daten nur langsam oder gar nicht auszuliefern. Content Delivery Networks (CDN) lösen einen Großteil dieser Probleme.

Dynamische Inhalte ausliefern

Der kleine Teil der Internetnutzer, der Videos peer-to-peer austauscht, verursacht nach Schätzungen von Internet-Service-Providern derzeit etwa die Hälfte des Datenaufkommens. Videostreaming benötigt beispielsweise 450 Megabytes, das Herunterladen eines Videos in HD-Qualität beansprucht sogar mindestens 2.700 Megabytes [1].

Der Nachrichtensender n-tv<br /> ist mit dem CDN-Ursprungsserver verbunden, die Videos als<br /> Mulitbitrate-Stream verfügbar. (Quelle: n-tv, onlinelib)
Der Nachrichtensender n-tv ist mit dem CDN-Ursprungsserver verbunden, die Videos als Mulitbitrate-Stream verfügbar. (Quelle: n-tv, onlinelib)

Mittels CDN lassen sich Filme und Live-Streams schnell und hochverfügbar verteilen. Sie ermöglichen es, den wachsenden dynamischen Traffic besser zu managen und werden deshalb in den kommenden Jahren weiter an Bedeutung gewinnen. Gleichzeitig entwickeln sich neue Geschäftsmodelle. Übertragungen per Kabel, Antenne und Satellit erhalten seit einigen Jahren Konkurrenz von Audio- und Video-Streaming für Digitalradio und -fernsehen. Der Verkauf von Software findet bereits zum Großteil im Internet statt, immer häufiger werden Filme zum Download angeboten, Musik-Streaming wird seit einigen Jahren immer beliebter. 2008 wurden in den USA 13 Prozent der Musik und Filme im Internet herunter geladen, Tendenz steigend. CD- und DVD-Verkäufe sinken dagegen seit etwa fünf Jahren und verlieren auf hohem Niveau, derzeit liegt ihre Verkaufsquote bei rund 80 Prozent [2].

Ping-Pong im Netz verteilter Server

Ein Content Delivery Network ist ein Netzwerk verteilter Server, bestehend aus einem Ursprungsserver und mehreren Cache-Servern. Es dient dazu, dynamische und statische Objekte performant und mit lediglich geringen Verzögerungen zu verteilen – beispielsweise über FTP oder SSH.

Fordert der Endnutzer ein Objekt an, prüft der Cache-Server, ob er es bereits besitzt. Falls ja, bedient er den Nutzer und überträgt die Daten unverschlüsselt oder SSL-verschlüsselt. Liegt das Objekt noch nicht auf dem Cache-Sever, leitet dieser die Anfrage an den Urspungsserver weiter und lädt sich gleichzeitig den neuen Inhalt in den Cache.

CDNs werden meist von Internet-Service-Providern zur Verfügung gestellt. Diese bedienen damit zwei unterschiedliche Zielgruppen. Einerseits kooperieren sie mit Hosting-Providern, die beispielsweise Websites mittlerer und großer Unternehmen hosten und Server für Auslieferer von Werbebannern vorhalten. Andererseits bieten die Service-Provider ihre Dienstleistung auch Großunternehmen direkt an. Dabei handelt es sich meist um Medienunternehmen und Newsbroadcaster.

Mit einem CDN können Unternehmen unter anderem modernes Live-Streaming sowie klassische Downloads anbieten und dabei tausende Nutzerzugriffe in einer Minute performant bedienen. Somit lassen sich Websites, etwa von Online-Shops, schneller verbreiten oder Update-Services schneller und ausfallsicher realisieren.

Latenzen verringern

Ein Browser verbraucht 80 bis 90 Prozent der Ladezeit, um Inhalte zu laden, die kleiner als ein MByte sind. Das betrifft beispielsweise Bilder, Texte und Flash-Animationen. Befindet sich der Internetsurfer in der Nähe des Servers, angenommen in Frankfurt, kann der Browser die angefragten Inhalte innerhalb von 30 Millisekunden mit dem Server verbinden und beginnen zu laden. Bekommt der Server in Frankfurt jedoch eine Anfrage aus dem 2.000 Kilometer entfernten Moskau, verzögert sich die Wartezeit auf bis zu 200 Millisekunden. Muss die Information einmal um die Welt, kann die Latenz sogar bis zu eine halbe Sekunde betragen.

Content Delivery Networks verkürzen die Ladezeit und sorgen dafür, dass statische Objekte weltweit mit nahezu der gleichen geringen Latenz auf die Rechner der Internetsurfer ausgeliefert werden. Erfolgt die Datenanfrage beispielsweise zwischen Moskau und Frankfurt über ein CDN, kann der Browser die angeforderten Objekte innerhalb von 18 Millisekunden finden – das ist etwa ein Zehntel der Latenz von herkömmlichen Datenübertragungen. Eine Anfrage aus Washington, das rund 7.000 Kilometer von Frankfurt entfernt liegt, verzögert sich um lediglich 30 Millisekunden. Genau so viel Zeit wird sonst in einem einfachen Netz benötigt, in dem Client und Server nur wenige hundert Kilometer voneinander entfernt stehen.

Was CDNs bieten sollten

CDN-Anbieter sind in verschiedenen Regionen der Welt unterschiedlich stark vertreten. Level 3 und Akamai bieten beispielsweise in Deutschland und den USA ein dichtes Netz an Internetknoten. Im asiatischen Raum ist China Cache einer der größten CDN-Provider. Das Streaming ist im Vergleich zum Ausliefern statischer Inhalte kostenintensiver, da der CDN-Anbieter, der Infrastruktur entsprechend, spezielle Server und Software bereitstellen muss, zudem ergeben sich Lizenzkosten etwa für Adobe Flash Media Server oder Windows Media Server. Contentanbieter oder Newsbroadcaster, die sich die Streamingkosten für das Ausliefern von Video- und Audiodateien sparen möchten, nutzen eine andere Lösung: Sie „streamen“ die Inhalte über HTTP im CDN. Der Nachrichtensender n-tv beispielsweise bereitet die Videos nicht nur für die Darstellung auf der Website, sondern auch für die Darstellung auf dem iPhone auf. Dafür setzt das Medienunternehmen auf das Quicktime-Format. Somit ist es möglich, in der iPhone Applikation Videos von CDN-Servern abzurufen und über HTTP an den Endkunden auszuliefern. Das Redaktionssystem des Nachrichtensenders ist über eine Schnittstelle mit dem CDN-Ursprungsserver verbunden. Sobald ein neues Video im Redaktionssystem vorliegt, wird es an den Ursprungsserver gesendet. Von dort aus verteilt es sich auf den Cache-Servern und ist als Multibitrate-Stream mobil empfangbar [3].

CDN-Elemente einer Website sind unter anderem: Videos,  Text, Logos.
CDN-Elemente einer Website sind unter anderem: Videos, Text, Logos.

Gut konzipierte Streaming-CDNs bieten Digital Right Management: Laden Konsumenten Filme oder Musik herunter, überträgt das CDN gleichzeitig die dazugehörigen Metadaten. In diesen ist festgelegt, wie lange ein Film für die Konsumenten auf der heimischen Festplatte verfügbar ist oder wie häufig ein Titel gebrannt werden kann. Des Weiteren dienen Time Token dazu, Zeitfenster für Downloads festzulegen, etwa um Sonderangebote zu verkaufen. Die Funktion Geolocation prüft darüber hinaus, woher Nutzer auf das Online-Angebot zugreifen. Somit lässt sich die Live-Übertragung von Sportereignissen oder die Ausstrahlung von Fernsehserien auf ein bestimmtes Land beschränken. Geolocation leitet den Nutzer zudem stets an den nächstgelegenen, verfügbaren Server weiter. Überdies werden die Server mittels Intelligent Traffic Management (ITM) überwacht. Es erkennt, wenn ein Server nicht genügend Leistung bietet und leitet die Anfrage dann an den nächstgelegenen weiter. Der Zugriff auf Inhalte und Objekte ist damit zu nahezu 100 Prozent gewährleistet. Die Auslieferung der Inhalte erfolgt über durchschnittlich 1,77 Hops. Ein Hop ist die Verbindung zwischen zwei Internetknoten.

Der CDN-Urspungsserver verteilt die Daten auf Cache-Servern. Darauf zugreifen lässt sich mobil und von lokalen Rechnern.
Der CDN-Urspungsserver verteilt die Daten auf Cache-Servern. Darauf zugreifen lässt sich mobil und von lokalen Rechnern.

CDNs vom Rechenzentrumsbetreiber

Es gibt einige wenige Großunternehmen, die ein eigenes CDN unterhalten. Aufgrund des Software- und Hardwarebedarfs sowie der mehrfach redundant gesicherten Internetverbindung ist das Unterfangen für einen einzelnen Anwender recht kostspielig und die Pflege aufwändig. Internet-Service- und Hosting-Provider besitzen die nötige Ausrüstung und Bandbreite, um CDNs zu pflegen und Daten hochverfügbar mit geringen Latenzen auszuliefern.

Idealerweise sind die Server in den Rechenzentren an Glasfasernetze mit 10-GBit-Backbone angebunden. Zudem pflegen viele Internet-Service-Provider vor allem in Europa und den USA ein gut ausgebautes Servernetz. Wichtige Standorte sind unter anderem London, Frankfurt, Los Angeles und New York. Die Kunden der CDN-Anbieter profitieren bei hohem Traffic-Aufkommen von diesem Netz, da sie die auszuliefernden Objekte dort hinterlegen können. Netzausfällen beugt der Rechenzentrumsbetreiber vor, indem er redundante Netzanbindungen unterschiedlicher Telekommunikationsunternehmen benutzt.

Um das bestmögliche Ergebnis für den Nutzer zu erzielen, setzt er CDNs mit den Kunden Hand in Hand um. Er prüft die technischen Voraussetzungen und wägt ab, welche Soft- und Hardware nötig sind.

Ein Download-Angebot auf einer Website verursacht Traffic von mehreren Terrabyte. Damit der Download-Anbieter dabei den bestmöglichen und kostengünstigsten Nutzen aus der Technik ziehen kann, bieten Internet-Service-Provider unterschiedliche Preismodelle für CDNs. Hosting-Provider, die Traffic weiterverkaufen und Medienunternehmen, die Live-Berichte verteilen, schließen meist Langzeitverträge ab.

Webseitenbetreiber, die ein- oder zweimal im Jahr Traffic-Spitzen erwarten, können bei hohem Datenaufkommen skalieren und das CDN nutzen; abgerechnet wird dabei meist nach Datenvolumen. Überdies bieten die Rechenzentren ihren Kunden Schnittstellen zum CDN-Monitoring. Diese ermöglichen, genau einzusehen und abzurechnen, wie viel CDN-Traffic im Einzelnen verbraucht wurde.

Die Zukunft gehört dem CDN

CDNs entstanden aus dem Wunsch heraus, Informationen im Internet schnell, performant und hochverfügbar bereitzustellen, auszutauschen und zu vervielfältigen. Die 90er Jahre gelten dabei als Vorphase der Entwicklung. Hier entstand unter anderem das Caching. Kurz vor der Jahrtausendwende gab es die erste Generation von CDNs; 1998 wurden in Rechenzentren erstmals gespiegelte Server eingesetzt, um statische Inhalte wie Software, Texte und Bilder auszuliefern.

Seit etwa 2005 existiert die zweite Generation: Neben statischen Inhalten lassen sich nun auch dynamische Inhalte verbreiten. Raw Computing, Video-on-Demand und Media-Streaming sind umsetzbar. Die Nutzer greifen dabei über lokale Rechner oder mobile Endgeräte auf die Inhalte zu. Die derzeit steigende Nutzerinteraktion im Internet bewerten Wissenschaftler und CDN-Experten als Ausgangspunkt für die kommende CDN-Generation. Sie gehen davon aus, dass sich in den folgenden Jahren communitybasierte CDNs (peer-to-peer-Netzwerke) entwickeln, die vorwiegend von Endverbrauchern beherrscht werden [4].

CDNs gibt es seit Ende der 90er Jahre. Derzeit lassen sich damit  statische und dynamische Elemente ausliefern.
CDNs gibt es seit Ende der 90er Jahre. Derzeit lassen sich damit statische und dynamische Elemente ausliefern.

Alle aktuellen CDNs beherrschen das Ausliefern statischer Objekte. Derzeit bieten jedoch nur wenige Hoster auch Streaming-CDN-Server an. Das liegt zum einen daran, dass ihre Bereitstellung kostenintensiv ist, zum anderen lassen sich mittels Flash und Quicktime Video- und Audiodateien komfortabel und kostengünstig per HTTP ausliefern. CDNs sind nützlich, um die Bandbreite bei hohem Traffic-Aufkommen zu skalieren, Objekte möglichst performant, ausfallsicher und schnell an tausende Nutzer weltweit zu verteilen.

CDN-Anbieter
Akamai bietet verwaltete Dienste für Rich-Media-Lösungen, dynamische Transaktionen und Enterprise-Anwendungen. Als weltweit größter CDN-Anbieter ist Akamai optimal für die Bereitstellung ansprechender Inhalte für Flash Player gerüstet.
Level 3 Communications hat Flash Media Server in seine CDN-Plattform integriert und bietet hochleistungsfähige Lösungen für Flash Player-kompatible On-Demand- und Live-Videoinhalte. Für die Bereitstellung an einen internationalen Kundenstamm verwendet Level3 seinen Internet-Backbone, eines der weltweit größten und am stärksten verzweigten IP-Netzwerke.
Limelight Networks ist das führende Content Delivery Network für digitale Medien. Die globalen Dienste von Limelight wurden für die On-Demand- und Live-Bereitstellung von Videos, Musik, Spielen und interaktiven Medien für Anwender von mobilen Endgeräten und Breitband-Verbindungen entwickelt.
AT&T Intelligent Content Distribution Service erleichtert Endanwendern den Zugriff auf Inhalte, die über das AT&T-Netz bereitgestellt werden. Auf der ganzen Welt sind Hochgeschwindigkeits-Edge-Server verteilt, um die kleinste Entfernung zwischen Inhalt und Endanwender sicherzustellen.
CDNetworks zählt zu den drei größten internationalen CDN-Anbietern. Seine Technologie, seine Netzwerkinfrastruktur und sein Kundenservice sind allesamt darauf ausgerichtet, die weltweite Bereitstellung von Web-Inhalten und -Anwendungen zu beschleunigen. CDNetworks hat sich auf Technologien für Video-Streaming, große Download-Volumen und Bild-Caching spezialisiert.
ChinaCache ist der größte CDN-Anbieter in China. Sein Serviceportfolio umfasst u.a. On-Demand- und Live-Streaming sowie verschiedene andere Dienste für interaktives Video. ChinaCache-Kunden sind primär aus den Bereichen Medien, Unterhaltung, Spiele und Web 2.0.

Alle Informationen zu den Anbietern stammen von Adobe [5].

Links und Literatur

  1. Präsentation The Content (R)evolution
  2. RIAA Consumer Profile
  3. Onlinelib-Streaming von NTV für iPhone
  4. Ongoing Trends and Future Directions in…
  5. Flash Video Streaming Service
2 Reaktionen
byte232
byte232

KeyCDN bietet auch ganz interessante CDN-Lösungen and (z.B. mit HTTP/2) und ist erst noch ein europäisches CDN.

Antworten
igor
igor

Schöner Werbeartikel für CDN.
"Wie Content Delivery Networks Medieninhalte geschickt verteilen" wird allerdings nicht beantwortet.

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