硬核推荐「期刊论文 | CDN技术发展及区块链赋能的新业态分析」dcc区块链appcdn挖矿赚钱
《信息通信技术》是中国联合网络通信集团有限公司主管、主办的国内外公开发行的中英文科技期刊（CN11-5650/TN，ISSN1674-1285)，2007年12月正式创刊。本刊旨在反映国内外信息通信技术最新研究成果，提供信息通信技术交流平台，推广先进信息通信业务和应用，为我国建设信息社会和创新型国家服务。
【作者姓名】马少武 任梦璇 任 杰
【作者单位】中国联通研究院
【摘要】随着“三千兆”业务快速发展，CDN为保证用户的快速上网体验，优化网络资源配置，发挥着至关重要的基础支撑作用。文章分析CDN的市场发展现状、技术发展的趋势，以及SDN/NFV、P2P、MEC边缘云网等的技术融合及安全发展态势，给出区块链技术赋能CDN的系统架构，探讨CDN业务发展的积分激励模式，助力CDN更高质量的发展。
【关键词】CDN；P2P；MEC；区块链；商业模式
引言
随着5G、光纤到房间FTTR(Fibre to the Room)的普及，移动网络内容业务不断丰富，实时远程现场云直播、高清视频监控及人脸图像识别、4K/8K超高清视频直播/点播、VR/AR/全息等实时、高清高质的宽带数字音视频业务的迅猛发展，用户对实时高清、网页信息交互(如电商下单等)的实时极速上网体验、随需随时随地快速上网的要求愈加苛刻，层出不穷的网络新模式新业态为CDN的增长提供了持续新动能，5G竞争更是引发了网络服务千行百业，万物接入互联“最后1公里”的边缘战[1]。据前瞻产业研究院统计数据，2021年我国CDN市场规模达到407亿元，增长率保持在35%以上[2-4]。CDN技术随着ICT的发展在不断迭代演进的同时，业务也从传统的边缘网络加速服务向可信、智能、多种激励附加价值商业化的方向高速发展，分析CDN的整体发展趋势，结合区块链的共识、可信、安全、价值激励等技术优势和特点，赋能构建区块链CDN网络系统架构及探索新业态等将是研究的重点。
1 CDN发展现状及趋势
Akamai于1999年首次通过CDN成功实现B端美国ESPN娱乐体育节目热点赛事直播视频内容的互联网大规模无拥塞分发，C端用户就近上网即可获得高质量视频内容服务体验，解决了骨干网带宽拥塞、ICT服务资源的智能感知、负载均衡及调度实现高效复用，网络传输质量和效率优势明显。CDN技术本质是以存储/缓存换取带宽，采用Overlay的组网方式，综合运用IP、HTTP、DNS(Domain Name Server，域名服务)、流媒体、缓存Cache、GSLB(Global Server Load Balancing，全局负载均衡)、IT虚拟化，P2P(Peer to Peer，点对点)等技术，为用户提供视频、文件、网页内容等的加速服务。通常对于静态内容(如Html页面、图片、各类文本文件、静态可执行文件、及流媒体视频文件等)的加速效果较好，文件越是热点加速作用越明显，对数据一直处于动态变化的网站则加速效果不佳。从CDN应用市场结构来看，网络视频、网络游戏和电子商务是当前CDN主要业务流量和收入来源，其次是门户网站、政府网站和云计算等，各项CDN业务细分市场占比如图1所示。
CDN近年来在国内已获得了长足的发展，据不完全统计，截至2022年11月18日，我国获得CDN牌照的企业突破4000家。国内知名的有阿里云、腾讯云、网宿科技及三大运营商等，国外主要是Akamai、亚马逊AWS、EdgeCast等[5-7]。
随着各类CDN企业的不断入场，CDN业务也不断获得了创新型的发展，P2P、SDN/NFV、容器化、区块链等技术不断赋能打造多功能CDN，CDN和云计算、边缘计算等不断深度融合，以实现更多的附加价值，下面将逐一分析阐述。
1.1 CDN、IDC和云计算的关系
这里首先澄清几个基本概念及相互关系，IDC(Internet Data Center，互联网数据中心，简称IDC机房)，提供网络带宽和主机托管；云计算(Cloud Computing)以可配置的ICT资源共享池提供动态、扩展、虚拟化的服务资源；CDN通过综合研判和调度可使用户就近取得所需内容，解决长距传输的网络延迟问题。CDN、云计算都是建立在服务器集群即IDC上。IDC是云计算的硬件基础，云计算是在IDC基础上的虚拟化，可实现资源的弹性复用；CDN可以依托于IDC构建，也可以依托于云计算构建。CDN本就是智能的弹性重叠网，目前大多基于云网的方式进行构建。
1.2 SDN/NFV与CDN的融合发展
SDN(软件定义网络)、NFV(网络功能虚拟化)开启了网络设备软硬件解耦新时代。两者深度融合，构成新型的CDN。NFV是网元，包括VPN、NAT、Cache设备、负载均衡设备、防火墙等设备的虚拟化。SDN是网络管理的新技术，负责高效连接各网元节点，实现网络灵活开通和自动调整的功能，以提升网络利用效率。CDN通过调用SDN的网络感知能力，实现在CDN和传输节点的传输与控制资源的按需分配、灵活调度与最优路由等。CDN进行NFV化改造，可实现软硬件解耦，实现CDN资源的自动部署和流媒体能力的按需分配。
1.3 雾计算能力
传统逐级汇聚、集中服务的核心骨干网络技术架构日益受到万物互联接入、终端功能更加智能、计算存储网络带宽能力不断增强、流量愈加庞大的挑战，网络架构进一步扁平化，多中心化。南北向流量依然是主流，东西向流量日益增长，共享经济蓬勃发展。随着智能家庭网关、智能机顶盒、智能手机、平板电脑等智能终端设备硬件性能的提升，通过安装各类插件和外接存储设备，可充分利用智能终端因长期在线而空闲的计算、存储资源，将CDN的应用进一步下沉至用户侧，采用P2P技术形成雾计算能力，并采取积分、红包等激励机制，鼓励用户的长期参与，实现低碳的网络共享经济。雾计算更适合作为传统通信运营商的宽带业务发展的延伸。
1.4 P2P CDN
P2P CDN即以P2P技术为基础，通过挖掘利用边缘网络海量碎片化闲置资源而构建的低成本高品质内容分发网络服务。利用P2P的天然分布式分享特性，将CDN网络的数据传输功能下沉到每一个用户终端上，通过在用户侧组建并维护以CDN边缘节点为中心/超级节点的动态P2P网络来极大地节约CDN需要交付的数据流量，从而实现高效的B端、C端和CDN网络运营商彼此互利的网络服务模式。P2P对等服务模式可比喻为“人人为我，我为人人”的共享服务模式，将大批普通用户闲置的带宽、计算、存储资源变现，利用P2P CDN自组织连接的系统动态健壮性优势，共同构筑CDN海量分发节点。由于P2P CDN成本效益和灵活性较高，越来越多的中小企业客户通过集成P2P CDN SDK接入该服务后，能获得等同或高于CDN的分发质量，通过调用海量分布式P2P节点，据互联网公开资料阿里云目前可以做到平均播放流畅率>97%，平均首播时间小于1秒；同时显著降低分发成本；适用于视频点播、直播、大文件下载等业务场景。本质上讲P2P CDN和雾计算底层技术相似，P2P CDN更适合于新型CDN运营企业面向成本价格敏感的中小企业内容分发需求。此外，在P2P CDN的数据安全防护方面，SDK可使用加密鉴权机制，实现P2P节点缓存内容高强度加密。
1.5 传输协议优化
用户对网站内容随时随地访问的速度对于网站的生存至关重要，电商亚马逊的数据表明，如果有100毫秒访问延迟会导致其销售额下降1%，75%的用户会基于良好的网站访问体验来推荐品牌，19%的用户如果3秒钟都打不开网页会离开这个网站，44%的用户会因为网站的体验访问不佳而转向了竞争对手。另外，在视频领域61%的用户在视频卡顿2次就会停止观看。
传输协议优化是CDN提升数据传输性能的有效途径之一。传统的TCP使用3次握手机制建立面向连接、可靠的数据传输，数据的传输效率相对不高；UDP无需建立连接，传输的效率较高但可靠性不高。谷歌于2013年提出QUIC(Quick UDP Internet Connections，快速UDP互联网连接协议)，通过0-RTT(Round-Trip Time，往返时间)、多路并发连接、TLS1.3(Transport Layer Security Protocol version 1.3)，实现低时延、可靠和安全传输。2018年10月，IETF HTTP及QUIC工作组正式将基于QUIC协议的HTTP(HTTP over QUIC)重命名为 HTTP/3，使其成为互联网下一代标准传输协议。阿里云CDN采用了QUIC/HTTP3.0技术，成功经历了淘宝天猫双十一的历次考验，很好地支持了客户端APP内容的丰富和深度发展。
1.6 视频编码低时延优化
在音视频解码控制做一些极致的调优，可以更好地提升用户的音视频体验。HLS(HTTP Live Streaming)和DASH(Dynamic Streaming)的标准分片在6到10秒区间，它的时延一般在10到30秒，这样的时延仅可满足用户观看普通影视剧的需求，但满足不了用户对于赛事类实时直播的观看需求。为了解决低时延问题，Apple发布了低时延HLS即LL-HLS，MPEG也发布了LL-DASH，这些规范依然是基于HTTP的分片传输，目前做到1~2秒的延时，有望能做到亚秒级的延时。
1.7 CDN的虚拟化、容器化及微服务化发展
CDN是物理基础网络IaaS之上的智能分发重叠网PaaS，CDN平台的建设是基于IT服务器的。随着IT技术的演进，CDN服务也变得更加敏捷，随需提供实时更优质的服务。IT基础设施经历了物理机、分布式计算、服务器集群、虚拟化/云化、容器化几个阶段。虚拟化是云计算构建资源池的基础技术，通过虚拟机管理器软件(VMM/Hypervisor)对计算机硬件资源镜像整合管理和再分配，通过如OpenStack云管理平台进行虚拟云资源池的集中统一纳管，实现隔离性、可扩展性、安全性、资源可充分利用等。虚拟机是操作系统级别的资源隔离，对底层操作系统有要求，服务随需迁移效率较低，而采用容器化进程级的“轻量级”虚拟化资源隔离技术，可实现跨平台的兼容性、更快的启动速度、更高的资源利用率，占用的存储空间更小。目前主流采用Docker创建容器，采用Kubernetes/K8S容器编排器(Container Orchestration)对容器进行集中管理、自动化部署和调度。
C D N 采用微服务架构， 提供服务注册、服务治理、配置管理等全场景能力， 也是和容器完美搭配，由单体式架构( M o n o l i t h i c ) 变成微服务架构(Microservices)，相当于一个全能型变成N个专能型。每个专能型，分配给一个隔离的容器，赋予了最大程度的灵活，可充分实现业务功能的全业务解耦、组件化、模块化、可插拔、按需组合的面向服务架构。在实际使用场景中，vCDN也是使用了虚拟化技术按需分配资源来完成服务隔离、部署和使用，对B端多租户提供不同服务时，彼此间相互隔离，互不感知和干扰。
1.8 CDN与MEC的融合发展
据研究，未来有70%的互联网内容可以在靠近用户的城域网范围内被访问。艾瑞预测到2030年中国边缘云计算市场规模将接近2500亿元。网络本地化就近部署是满足用户快速访问网络内容，实现安全可靠互联的有效手段。CDN主要解决视频、大文件的加速，在IPTV、4K/8K、VR、OTT视频、电商APP平台的内容分发加速等方面广泛应用。5G具有高带宽、低延时、大连接的特点，服务千行百业，尤其是服务高价值的2B垂直行业是新的业务增长点。通过MEC(Multi-Access Edge Computing)边缘云把核心网流量进行本地流量卸载，弹性利用计算、存储及网络带宽资源，实现用户快速、安全、就近接入，通过构建“云网边端业”五位一体的协同能力集，实现网络运营商从管道、机房物理资源批发，向卖平台集成能力、卖应用的数字化转型，提升盈利能力[8-11]。
移动网络下MEC和CDN的融合发展如图2所示。随着ICT/OT技术、云网融合与算网一体的智能化网络发展，CDN、MEC都将以服务能力组件化、可拔插的方式，通过运营商智能网络中台生态及边缘云基础设施，为不同用户提供量身定制的随需服务。目前产业界主要围绕MEC、CDN的标准制定、技术研究、应用实践及生态构建等几个维度开展工作。
1.9 CDN的安全防御功能
目前网络攻击主要有两类，一类是针对服务器层面的攻击，另一类就是针对应用层面的攻击。针对服务器层面的攻击最典型的就是DDoS攻击，典型的DDoS攻击主要有SYN Flood、UDP Flood、ICMP Flood等，这些攻击又称洪水攻击，其原理基本上都是向服务器发送假请求，然后消耗服务器的计算资源，直至服务器瘫痪。针对应用层面的攻击主要有CC(Challenge Collapsar，挑战黑洞)、WAF(Web Application Firewall，Web应用防火墙)、XSS(Cross Site Script Execution，跨站攻击)等，类似D D o S 洪水攻击，并且伪装更隐蔽，不易被发现和识别。
CDN的抵御方式主要有：源站IP隐藏，扩充节点带宽增加攻击成本，负载均衡多点灾备，限制异常访问次数和突发访问流量，通过这些手段能在一定程度上抵御大部分网络攻击。网络攻击的本质是流量，流量剧增带来服务器计算资源的枯竭，最后导致网站瘫痪。而CDN设计初衷就是解决数据暴增带来的传输问题，所以CDN本身就像一个流量分流器，可以有效应对突发流量，再加上节点众多，计算资源丰富，这样就能很好抵御大部分流量攻击。
2 区块链技术特点
区块链(Blockchain)是一种由多方共同维护，使用密码学保证传输和安全访问，利用由自动化脚本组成的智能合约来编程和操作数据，能够实现数据一致存储、难以篡改、防止抵赖的记账技术，典型的区块链按时间顺序以块—链结构存储数据。作为一种在不可信的竞争环境中低成本建立信任的新型计算范式和协作模式，区块链具有去中心化、开放透明、多方共识、匿名性、可溯源、不可篡改等技术特性，在信息可信、安全等方面具有独特优势。区块链凭借其独有的信任建立机制，正在改变诸多行业的应用场景和运行规则，是未来发展数字经济、构建新型信任体系的基础技术之一，甚至有人认为是继大型计算机、个人计算机、互联网、移动互联网之后的第五次计算变革，是人类信用进化史上继血亲信用、贵金属信用、央行纸币信用之后的第四个里程碑。
区块链根据应用的范围和场景及参与者的不同，分为公有链、联盟链和私有链。最初的数字货币多采用公有链的形式，如比特币、以太坊等；联盟链通过参与者通道和权限的设置，适用于交易、结算等2B/2C场景，目前很多BaaS平台都采用联盟链方式，既满足自有区块链业务系统的运营，又可跨链实现同其他行业区块链互联互通；私有链多用于内部开发与测试场景，可为自有用户提供安全、可追溯、不可篡改、自动执行的运算平台。区块链技术始于数字货币比特币，通过不断的功能完善和技术扩展，目前已在供应链金融、数字资产管理、食品溯源、征信、智慧政务等领域有了成功的应用。
3 基于区块链的CDN网络系统架构
在“三千兆”(千兆5G、千兆宽带、千兆Wi-Fi)业务发展的时代背景下，结合区块链在表示价值、传递信任等方面具有的特性，赋能CDN及MEC等边缘云网，本文尝试给出基于区块链的CDN/MEC融合网络系统架构，如图3所示，助力运营商面向公众、2B产业开拓新市场、新业态。从本质上讲，CDN、MEC、区块链等都不是一个单一的技术，而是应用户及业务场景所需，由多种技术组件化、模块化随需敏捷组合而成的网络系统生态系统，具有很好的适应性和扩展性。
4 区块链CDN数字积分激励业务模式
区块链为构建价值互联网创造了可能。充分利用闲置的智能终端，降低CDN建网成本，提升用户上网体验，是CDN边缘云网发展的方向，同时也从供给侧和消费侧同时做到资源的充分有效利用，利于国家“双碳”绿色目标的实现。这里给出通过区块链赋能CDN，构建终端用户闲置资源辅助内容上传分发的积分激励、交易机制，助力CDN的业务模式创新发展。
本文建议可采用基于区块链的CDN网络数字积分作为激励工具开展业务，如图4所示。对于C端普通用户，在用户智能终端或智能网关上安装P2P雾计算客户端或插件，利用客户端的上行带宽、存储、计算等资源进行P2P内容就近分发，依据用户的提供服务的流量、时长等作为获得数字积分的奖励依据，在共享过程中采用区块链进行数字积分记账，公开、透明、可信，并且允许用户间可以进行积分交易或积分商品换购。对于B端企业，可以按需购置CDN运营商的数字积分兑换CDN云服务。对于CDN网络运营商将C端用户空闲的计算、存储、宽带网络资源利用CDN技术打包，以流量的形式卖给流量需求大的B端企业。用虚拟数字积分或链币构建流量交易模式，吸引C端用户，发展B端用户，实现CDN网络低成本运营，增强企业竞争力。最终，形成CDN运营商降低了运营的成本，B端用户获得了低价的优质服务，C端用户赚取了数字积分，实现3方共赢的局面，并形成良性闭环生态。另外，区块链在保护CDN内容版权、内容溯源，维护用户合法权益，营造更加健康的商业生态环境方面也具有突出的作用[12-15]。
5 结束语
随着ICT、DT及OT技术的发展，CDN从单业务烟囱式、多业务融合向着全业务智能方向不断演进，SDN/NFV、P2P、云计算、MEC及边缘计算等技术深刻改变着CDN，传输协议不断优化，运营效率、质量得到不断提升，安全防御保障进一步增强。通过与区块链技术的融合，发展共享经济，构建可信积分激励机制，更加公平合理利用终端用户闲置资源，构建良性商业生态链，可有力促进CDN的高效率、高质量、绿色、安全发展。
参考文献
[1] 唐宏,陈戈,陈步华,等. 内容分发网络原理与实践[M],北京:人民邮电出版社,2018
[2] 2019年中国CDN行业市场现状及发展前景分析[EB/OL].[2022-11-18]
.https://www.sohu.com/a/320355468_807020[3] 2 0 2 0 年内容分发网络( C D N ) 市场现状及竞争格局分析融合发展是趋势[EB/OL].[2022-11-18]
.https://baijiahao.baidu.com/s?id=1667725279069957981&wfr=spider&for=pc[4] 前瞻产业研究院. 2 0 2 2 - 2 0 2 7年中国内容分发网络( C D N ) 行业市场竞争与投资前景预测报告. [ E B / O L ] . [ 2 0 2 2 - 1 1 - 2 1 ]
.https://bg.qianzhan.com/report/detail/1611221822382024.html[5] CDN价格及技术下一次变革[EB/OL].[2022-11-18].
https://www.sohu.com/a/428429725_120051417[6] 艾瑞咨询. 2021年中国边缘云计算行业展望报告[R].2021
[7] 马少武. CDN技术及商业模式分析[J].邮电设计技术,2017(1):63-66
[8] QUIC协议产生的背景和核心特性[EB/OL].[2022-11-18]
.https://blog.csdn.net/liujiayu2/article/details/111702750[9] Iyengar J, Thomson M. QUIC:A UDP-Based Multiplexed and S e c u r e T r a n s p o r t , I E T F R F C9000[S/OL].[2022-11-18].https://datatracker.ietf.org/doc/rfc9000
[10] Iyengar J,Swett I.QUIC Loss Detection and Congestion Control,IETF RFC 9002[S/OL].[2022-11-18].https://datatracker.ietf.org/doc/rfc9002
[11] Bishop M. Hypertext Transfer Protocol Version 3 (HTTP/3),draftietf-quic-http-34[S/OL].[2022-11-18].https://datatracker.ietf.org/doc/draft-ietf-quic-http
[12] 李杨飞,叶晶,杨睿.基于5G的MEC网络架构与部署策略[J].邮电设计技术,2021(1):50-54
[13] 杨保华,陈昌.区块链原理、设计及应用(第2版)[M].北京:机械工业出版社,2020
[14] 薛淼.区块链在电信运营商应用场景探讨[J].邮电设计技术,2019(4):76-80
[15] 任梦璇,薛淼,刘千仞,等.区块链+边缘计算应用研究与探讨[J].邮电设计技术,2020(11):24-29
【作者简介】
马少武：教授级高级工程师，博士，主要研究领域为移动互联网新技术、新业务。
任梦璇：工程师，硕士，主要研究领域为区块链标准及应用。
任 杰：助理工程师，硕士，主要研究领域为区块链标准及应用。
编辑：王丹瑛
校审：王钐杉
硬核推荐「期刊论文 | CDN技术发展及区块链赋能的新业态分析」dcc区块链appcdn挖矿赚钱
