Una red de distribución de contenido ( CDN ) es una red distribuida geográficamente de servidores proxy y sus centros de datos . El objetivo es proporcionar alta disponibilidad y rendimiento ("velocidad") distribuyendo el servicio espacialmente en relación con los usuarios finales . Las CDN surgieron a fines de la década de 1990 como un medio para aliviar los cuellos de botella de rendimiento de Internet [1] [2] cuando Internet comenzaba a convertirse en un medio de misión crítica para personas y empresas. Desde entonces, las CDN han crecido para servir una gran parte del contenido de Internet actual, incluidos objetos web (texto, gráficos y scripts), objetos descargables (archivos multimedia, software, documentos), aplicaciones ( comercio electrónico , portales ), medios de transmisión en vivo , medios de transmisión a pedido y sitios de redes sociales . [3]
Las CDN son una capa del ecosistema de Internet. Los propietarios de contenido, como las empresas de medios y los proveedores de comercio electrónico, pagan a los operadores de CDN para que entreguen su contenido a sus usuarios finales. A su vez, una CDN paga a los proveedores de servicios de Internet (ISP), operadores y operadores de red por alojar sus servidores en sus centros de datos.
CDN es un término general que abarca distintos tipos de servicios de distribución de contenido: transmisión de video , descargas de software, aceleración de contenido web y móvil, CDN con licencia o administrada, almacenamiento en caché transparente y servicios para medir el rendimiento de CDN, equilibrio de carga , conmutación y análisis de múltiples CDN e inteligencia en la nube. Los proveedores de CDN pueden extenderse a otras industrias, como la seguridad, la protección contra DDoS y los firewalls de aplicaciones web (WAF) y la optimización de WAN.
Entre los proveedores de servicios de distribución de contenido más destacados se incluyen Akamai Technologies , Edgio , Cloudflare , Amazon CloudFront , Fastly y Google Cloud CDN .
Los nodos de CDN suelen implementarse en varias ubicaciones, a menudo sobre múltiples redes troncales de Internet . Entre los beneficios se incluyen la reducción de los costos de ancho de banda, la mejora de los tiempos de carga de las páginas y el aumento de la disponibilidad global del contenido. La cantidad de nodos y servidores que componen una CDN varía según la arquitectura; algunos alcanzan miles de nodos con decenas de miles de servidores en muchos puntos de presencia (PoP) remotos. Otros construyen una red global y tienen una pequeña cantidad de PoP geográficos. [4]
Las solicitudes de contenido suelen dirigirse algorítmicamente a nodos que son óptimos de alguna manera. Al optimizar el rendimiento, se pueden elegir las ubicaciones que sean mejores para ofrecer contenido al usuario. Esto se puede medir eligiendo ubicaciones que tengan la menor cantidad de saltos , la menor cantidad de segundos de red desde el cliente solicitante o la mayor disponibilidad en términos de rendimiento del servidor (tanto actual como histórico), para optimizar la entrega en las redes locales. Al optimizar el costo, se pueden elegir las ubicaciones que sean menos costosas. En un escenario óptimo, estos dos objetivos tienden a alinearse, ya que los servidores de borde que están cerca del usuario final en el borde de la red pueden tener una ventaja en el rendimiento o el costo.
La mayoría de los proveedores de CDN brindarán sus servicios a través de un conjunto variable y definido de PoP, según la cobertura deseada, como Estados Unidos, Internacional o Global, Asia-Pacífico, etc. Estos conjuntos de PoP pueden denominarse "bordes", "nodos de borde", "servidores de borde" o "redes de borde", ya que serían el borde más cercano de los activos de CDN al usuario final. [5]
Los proveedores de CDN se benefician de las tarifas directas que pagan los proveedores de contenido que utilizan su red o de los datos de seguimiento y análisis de usuarios que se recopilan a medida que se cargan sus scripts en los sitios web de los clientes dentro de su navegador de origen . Por ello, estos servicios se señalan como posibles intrusiones en la privacidad con el fin de realizar una segmentación basada en el comportamiento [6] y se están creando soluciones para restablecer el servicio de origen único y el almacenamiento en caché de los recursos. [7]
En particular, un sitio web que utilice una CDN puede infringir el Reglamento General de Protección de Datos (RGPD) de la UE. Por ejemplo, en 2021 un tribunal alemán prohibió el uso de una CDN en el sitio web de una universidad, porque esto provocaba la transmisión de la dirección IP del usuario a la CDN, lo que infringía el RGPD. [8]
Las CDN que sirven JavaScript también han sido objeto de ataques como una forma de inyectar contenido malicioso en las páginas que las utilizan. El mecanismo de integridad de subrecursos se creó como respuesta para garantizar que la página cargue un script cuyo contenido sea conocido y esté restringido a un hash al que haga referencia el autor del sitio web. [9]
Internet fue diseñada según el principio de extremo a extremo [10] . Este principio mantiene la red central relativamente simple y traslada la inteligencia lo más posible a los puntos finales de la red: los hosts y los clientes. Como resultado, la red central está especializada, simplificada y optimizada para reenviar únicamente paquetes de datos.
Las redes de distribución de contenido amplían la red de transporte de extremo a extremo al distribuir en ella una variedad de aplicaciones inteligentes que emplean técnicas diseñadas para optimizar la distribución de contenido. La superposición resultante, estrechamente integrada, utiliza almacenamiento en caché web, equilibrio de carga del servidor, enrutamiento de solicitudes y servicios de contenido. [11]
Los cachés web almacenan contenido popular en servidores que tienen la mayor demanda del contenido solicitado. Estos dispositivos de red compartidos reducen los requisitos de ancho de banda, reducen la carga del servidor y mejoran los tiempos de respuesta del cliente para el contenido almacenado en el caché. Los cachés web se llenan en función de las solicitudes de los usuarios (almacenamiento en caché pull) o en función del contenido precargado que se difunde desde los servidores de contenido (almacenamiento en caché push). [12]
El equilibrio de carga del servidor utiliza una o más técnicas, incluidas las basadas en servicios (equilibrio de carga global) o basadas en hardware (es decir, conmutadores de capa 4 a 7 , también conocidos como conmutadores web, conmutadores de contenido o conmutadores multicapa) para compartir el tráfico entre varios servidores o cachés web. Aquí, al conmutador se le asigna una única dirección IP virtual . El tráfico que llega al conmutador se dirige a uno de los servidores web reales conectados al conmutador. Esto tiene la ventaja de equilibrar la carga, aumentar la capacidad total, mejorar la escalabilidad y proporcionar una mayor confiabilidad al redistribuir la carga de un servidor web fallido y proporcionar comprobaciones del estado del servidor.
Se puede formar un clúster de contenido o un nodo de servicio utilizando un conmutador de capa 4 a 7 para equilibrar la carga entre varios servidores o varios cachés web dentro de la red.
El enrutamiento de solicitudes dirige las solicitudes de los clientes a la fuente de contenido que mejor pueda atenderlas. Esto puede implicar dirigir una solicitud de cliente al nodo de servicio que esté más cerca del cliente o al que tenga más capacidad. Se utilizan diversos algoritmos para enrutar la solicitud. Estos incluyen el equilibrio de carga del servidor global, el enrutamiento de solicitudes basado en DNS, la generación dinámica de metarchivos, la reescritura de HTML [13] y anycasting [14] . La proximidad (elección del nodo de servicio más cercano) se estima utilizando diversas técnicas, entre ellas, el sondeo reactivo, el sondeo proactivo y la monitorización de la conexión [ 11] .
Las CDN utilizan una variedad de métodos de distribución de contenido que incluyen, entre otros, copia manual de activos, cachés web activos y balanceadores de carga de hardware globales.
Varias suites de protocolos están diseñadas para proporcionar acceso a una amplia variedad de servicios de contenido distribuidos a través de una red de contenido. El Protocolo de Adaptación de Contenido de Internet (ICAP) se desarrolló a fines de la década de 1990 [15] [16] para proporcionar un estándar abierto para conectar servidores de aplicaciones. Una solución definida más recientemente y robusta es proporcionada por el protocolo Open Pluggable Edge Services (OPES). [17] Esta arquitectura define aplicaciones de servicio OPES que pueden residir en el propio procesador OPES o ejecutarse de forma remota en un servidor de llamada. Edge Side Includes o ESI es un pequeño lenguaje de marcado para el ensamblaje de contenido web dinámico a nivel de borde. Es bastante común que los sitios web tengan contenido generado. Podría deberse a cambios en el contenido, como catálogos o foros, o debido a la personalización. Esto crea un problema para los sistemas de almacenamiento en caché. Para superar este problema, un grupo de empresas creó ESI.
En las redes de distribución de contenido entre pares (P2P) , los clientes proporcionan recursos y también los utilizan. Esto significa que, a diferencia de los sistemas cliente-servidor , las redes centradas en el contenido pueden funcionar mejor a medida que más usuarios comienzan a acceder al contenido (especialmente con protocolos como Bittorrent que requieren que los usuarios compartan). Esta propiedad es una de las principales ventajas de utilizar redes P2P porque hace que los costos de instalación y funcionamiento sean muy bajos para el distribuidor de contenido original. [18] [19]
Si los propietarios de contenido no están satisfechos con las opciones o los costos de un servicio de CDN comercial, pueden crear su propia CDN. Esto se llama CDN privada. Una CDN privada consiste en PoP (puntos de presencia) que solo sirven contenido para su propietario. Estos PoP pueden ser servidores de almacenamiento en caché, [20] proxies inversos o controladores de entrega de aplicaciones. [21] Puede ser tan simple como dos servidores de almacenamiento en caché, [20] o lo suficientemente grande como para servir petabytes de contenido. [22]
Las grandes redes de distribución de contenido pueden incluso construir y configurar su propia red privada para distribuir copias de contenido a través de ubicaciones de caché. [23] [24] Estas redes privadas se utilizan normalmente junto con redes públicas como una opción de respaldo en caso de que la capacidad de la red privada no sea suficiente o haya una falla que conduzca a una reducción de la capacidad. Dado que el mismo contenido debe distribuirse a través de muchas ubicaciones, se puede utilizar una variedad de técnicas de multidifusión para reducir el consumo de ancho de banda. En redes privadas, también se ha propuesto seleccionar árboles de multidifusión según las condiciones de carga de la red para utilizar de manera más eficiente la capacidad de red disponible. [25] [26]
El rápido crecimiento del tráfico de transmisión de video [27] requiere grandes gastos de capital por parte de los proveedores de banda ancha [28] para satisfacer esta demanda y retener a los suscriptores mediante la entrega de una calidad de experiencia suficientemente buena .
Para abordar este problema, los proveedores de servicios de telecomunicaciones han comenzado a lanzar sus propias redes de distribución de contenidos como un medio para reducir las demandas sobre la red troncal y reducir las inversiones en infraestructura.
Como son propietarias de las redes por las que se transmite el contenido de vídeo, las CDN de las empresas de telecomunicaciones tienen ventajas sobre las CDN tradicionales. Son dueñas de la última milla y pueden entregar el contenido más cerca del usuario final porque se puede almacenar en caché en lo más profundo de sus redes. Este almacenamiento en caché profundo minimiza la distancia que recorren los datos de vídeo por Internet en general y los entrega de forma más rápida y fiable.
Las CDN de telecomunicaciones también tienen una ventaja de costes incorporada, ya que las CDN tradicionales deben arrendarles ancho de banda e incorporar el margen del operador en su propio modelo de costes. Además, al operar su propia infraestructura de distribución de contenidos, los operadores de telecomunicaciones tienen un mejor control sobre la utilización de sus recursos. Las operaciones de gestión de contenidos realizadas por las CDN suelen aplicarse sin información (o con muy poca) sobre la red (por ejemplo, topología, utilización, etc.) de los operadores de telecomunicaciones con los que interactúan o tienen relaciones comerciales. Esto plantea una serie de retos para los operadores de telecomunicaciones que tienen un ámbito de acción limitado frente al impacto de estas operaciones en la utilización de sus recursos.
Por el contrario, el despliegue de CDN-telco permite a los operadores implementar sus propias operaciones de gestión de contenidos, [29] [30] lo que les permite tener un mejor control sobre la utilización de sus recursos y, como tal, proporcionar una mejor calidad de servicio y experiencia a sus usuarios finales.
En junio de 2011, StreamingMedia.com informó que un grupo de TSP había fundado un Operator Carrier Exchange (OCX) [31] para interconectar sus redes y competir más directamente contra grandes CDN tradicionales como Akamai y Limelight Networks , que tienen amplios PoP en todo el mundo. De esta manera, las empresas de telecomunicaciones están construyendo una oferta de CDN federada, que es más interesante para un proveedor de contenido dispuesto a entregar su contenido a la audiencia agregada de esta federación.
Es probable que en un futuro cercano se creen otras federaciones de CDN de telecomunicaciones, que crecerán con la incorporación de nuevas empresas de telecomunicaciones a la federación y que aportarán presencia en la red y sus bases de suscriptores de Internet a las ya existentes. [ cita requerida ]
La especificación Open Caching de Streaming Media Alliance define un conjunto de API que permiten a un proveedor de contenido entregar su contenido utilizando varias CDN de manera consistente, viendo cada proveedor de CDN de la misma manera a través de estas API.
Tradicionalmente, las CDN han utilizado la IP del solucionador de DNS recursivo del cliente para geolocalizar al cliente. Si bien este es un enfoque sensato en muchas situaciones, esto conduce a un bajo rendimiento del cliente si el cliente utiliza un solucionador de DNS recursivo no local que está lejos. Por ejemplo, una CDN puede enrutar solicitudes de un cliente en la India a su servidor de borde en Singapur, si ese cliente utiliza un solucionador de DNS público en Singapur, lo que provoca un bajo rendimiento para ese cliente. De hecho, un estudio reciente [32] mostró que en muchos países donde los solucionadores de DNS públicos son de uso popular, la distancia media entre los clientes y sus solucionadores de DNS recursivos puede ser de hasta mil millas. En agosto de 2011, un consorcio global de proveedores de servicios de Internet líderes liderados por Google anunció su implementación oficial del Borrador de Internet IETF edns-client-subnet [33] , que tiene como objetivo localizar con precisión las respuestas de resolución de DNS. La iniciativa involucra a un número limitado de proveedores de servicios de DNS líderes, como Google Public DNS [ 34] y también a proveedores de servicios de CDN. Con la opción EDNS0 de edns-client-subnet , las CDN ahora pueden utilizar la dirección IP de la subred del cliente solicitante al resolver solicitudes DNS. Este enfoque, llamado mapeo de usuario final, [32] ha sido adoptado por las CDN y se ha demostrado que reduce drásticamente las latencias de ida y vuelta y mejora el rendimiento para los clientes que utilizan DNS público u otros resolutores no locales. Sin embargo, el uso de EDNS0 también tiene desventajas, ya que disminuye la efectividad de las resoluciones de almacenamiento en caché en los resolutores recursivos, [32] aumenta el tráfico total de resolución DNS, [32] y plantea una preocupación de privacidad al exponer la subred del cliente.
Las tecnologías de virtualización se están utilizando para implementar CDN virtuales (vCDN) con el objetivo de reducir los costos del proveedor de contenido y, al mismo tiempo, aumentar la elasticidad y disminuir el retraso del servicio. Con vCDN, es posible evitar las limitaciones tradicionales de CDN, como el rendimiento, la confiabilidad y la disponibilidad, ya que los cachés virtuales se implementan dinámicamente (como máquinas virtuales o contenedores) en servidores físicos distribuidos en la cobertura geográfica del proveedor. Como la ubicación del caché virtual se basa tanto en el tipo de contenido como en la ubicación geográfica del servidor o usuario final, los vCDN tienen un impacto significativo en la entrega del servicio y la congestión de la red. [35] [36] [37] [38]
En 2017, Addy Osmany de Google comenzó a referirse a las soluciones de software que podrían integrarse naturalmente con el paradigma de diseño web adaptable (con especial referencia al elemento <picture>) como CDN de imágenes . [39] La expresión se refería a la capacidad de una arquitectura web para servir múltiples versiones de la misma imagen a través de HTTP, dependiendo de las propiedades del navegador que la solicita, según lo determinado por el navegador o la lógica del lado del servidor. El propósito de las CDN de imágenes era, en la visión de Google, servir imágenes de alta calidad (o, mejor, imágenes percibidas como de alta calidad por el ojo humano) al tiempo que se preservaba la velocidad de descarga, contribuyendo así a una excelente experiencia de usuario (UX). [ cita requerida ]
Podría decirse que el término Image CDN fue originalmente un nombre inapropiado, ya que ni Cloudinary ni Imgix (los ejemplos citados por Google en la guía de 2017 de Addy Osmany) eran, en ese momento, una CDN en el sentido clásico del término. [39] Sin embargo, poco después, varias empresas ofrecieron soluciones que permitían a los desarrolladores ofrecer diferentes versiones de sus activos gráficos de acuerdo con varias estrategias. Muchas de estas soluciones se construyeron sobre CDN tradicionales, como Akamai , CloudFront , Fastly , Edgecast y Cloudflare . Al mismo tiempo, otras soluciones que ya proporcionaban un servicio de múltiples servicios de imágenes se unieron a la definición de Image CDN al ofrecer la funcionalidad de CDN de forma nativa (ImageEngine) [40] o al integrarse con una de las CDN existentes (Cloudinary/Akamai, Imgix/Fastly).
Si bien puede que no sea posible proporcionar una definición universalmente aceptada de lo que es una CDN de imágenes, en términos generales, una CDN de imágenes admite los siguientes tres componentes: [41]
La siguiente tabla resume la situación actual de las principales CDN de software en este espacio: [42]
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