Für die Betreiber großer Webportale ist es von entscheidender Bedeutung, dass ihre Inhalte wie Bilder bzw. Videos schnell und zuverlässig an ihre Endnutzer ausgeliefert werden können. Zu diesem Zweck haben sich Content Delivery Netzworks, kurz CDNs, etabliert. Sie bestehen aus einer weltweiten, dezentralen Server-Infrastruktur, über die Webinhalte an Endnutzer verteilt werden können. Im Folgenden wird zunächst erläutert, wie ein CDN prinzipiell funktioniert und für welche Probleme es einen Lösungsansatz darstellt. Anschließend werden die Techniken und Algorithmen beschrieben, die von CDNs verwendet werden, u.a. das Problem der Server-Platzierung sowie Methoden zur Replikation und Auslagerung der Inhalte. Zum Schluss wird eine Kombination von CDNs mit Peer-To-Peer-Netzen vorgestellt, wie auch ein Überblick über den Markt kommerzieller CDN-Anbieter gegeben.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
2 Abrufen von Inhalten mittels HTTP
3 Das Webserver Replica Placement Problem
3.1 Der greedy-basierte Algorithmus
3.2 Der Hot-Spot-Algorithmus
3.3 Der Hot-Zone-Algorithmus
3.4 Weitere Forschung zum Webserver Replica Placement Problem
4 Die Auswahl der zu replizierenden Inhalte
4.1 Replikation des gesamten Inhaltes
4.2 Dynamische Replikation ausgewählter Teilinhalte
5 Auslagerung der Inhalte
5.1 Cooperative-Push-Based
5.2 Uncooperative-Pull-Based
5.3 Cooperative-Pull-Based
5.4 Ausblick
6 Hybride Content Delivery Networks
6.1 Peer-aided CDNs
6.2 CDN-aided P2P
7 Anbieter von Content Delivery Networks
7.1 Marktübersicht
7.2 Preisermittlung für CDNs
8 Schluss
Zielsetzung und Themenfelder
Diese Arbeit befasst sich mit der Funktionsweise und den Herausforderungen von Content Delivery Networks (CDNs), die zur Optimierung der Inhaltsauslieferung im Internet eingesetzt werden. Das primäre Ziel ist es, einen fundierten Überblick über die technologische Infrastruktur, Platzierungsalgorithmen für Server, Replikationsstrategien und aktuelle hybride Ansätze zu geben.
- Architektur und Funktionsweise von Content Delivery Networks
- Algorithmen für das Webserver Replica Placement Problem
- Strategien zur Inhaltsreplikation und Auslagerung
- Kombination von CDNs mit Peer-to-Peer-Netzwerken
- Marktstruktur und Preismodelle für kommerzielle CDN-Dienste
Auszug aus dem Buch
3 Das Webserver Replica Placement Problem
Für den Betrieb eines CDNs ist es wichtig, die Surrogate-Server derart auf dem Globus zu platzieren, dass der Nutzen des CDNs maximiert und die dabei entstehenden Kosten minimiert werden. Dieses Problem wird als Webserver Replica Placement Problem bezeichnet und lässt sich wie folgt algorithmisch formulieren [QiPV01]: Das CDN wird als zusammenhängender Graph modelliert, dessen Knotenmenge aus den m möglichen Standorten für eine bestimmte Anzahl n an Surrogat-Servern (wobei n < m) sowie den Clients, die auf das CDN zugreifen sollen, besteht. Die Kanten dieses Graphen repräsentieren die (möglichen) Verbindungen zwischen den einzelnen Standorten bzw. Rechnern, und die Kantengewichte entsprechen, je nach betrachtetem Fall, verschiedenen realen Interpretationen wie z.B. der Latenzzeit oder der Hop-Anzahl. Nun gilt es die m Server derart zu platzieren, dass die Kosten für Anfragen bei Verwendung dieser Platzierung minimal werden. Die Kosten cij für eine solche Anfrage von einem Knoten i zu einem anderen Knoten j sind dabei definiert als deren Distanz im Graphen.
Die Entwicklung entsprechender effizienter Algorithmen für dieses NP-harte Problem [QiPV01] war und ist Teil der aktuellen Forschung an CDNs. Im Folgenden werden zunächst zwei Algorithmen vorgestellt, die auch im Übersichtsartikel von Pallis et al. erwähnt [PaVa06], sowie von Qui et al. in [QiPV01] beschrieben werden. In Abschnitt 3.3 wird anschließend Weiterentwicklung [SzPS05] eines dieser Algorithmen vorgestellt.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Beschreibt die Herausforderungen bei der Bereitstellung von Inhalten in Webportalen und führt Content Delivery Networks als Lösung zur Latenz- und Auslastungsoptimierung ein.
2 Abrufen von Inhalten mittels HTTP: Erläutert die Problematik der Latenz und Serverauslastung im klassischen Client-Server-Modell und stellt Lösungsansätze wie DNS-Forwarding und URL-Rewrite vor.
3 Das Webserver Replica Placement Problem: Analysiert mathematische Modelle zur optimalen geografischen Platzierung von Surrogat-Servern unter Berücksichtigung von Kosten und Latenzzeiten.
4 Die Auswahl der zu replizierenden Inhalte: Untersucht verschiedene Strategien für das Content-Management, von der Vollreplikation bis hin zu dynamischen Gruppenreplikationsansätzen.
5 Auslagerung der Inhalte: Stellt Mechanismen wie Cooperative- und Uncooperative-Push- bzw. Pull-Verfahren gegenüber, um Inhalte effektiv vom Ursprungsserver auf Surrogat-Server zu übertragen.
6 Hybride Content Delivery Networks: Diskutiert die Integration von Peer-to-Peer-Netzwerken in die CDN-Infrastruktur, um Skalierbarkeit und Entlastung zu erreichen.
7 Anbieter von Content Delivery Networks: Bietet einen Überblick über den Markt für kommerzielle CDN-Provider und beleuchtet die ökonomischen Aspekte der Preisbildung.
8 Schluss: Fasst die Bedeutung von CDNs als Fundament moderner Webanwendungen zusammen und prognostiziert zukünftige Entwicklungen im Bereich der Algorithmen und hybriden Modelle.
Schlüsselwörter
Content Delivery Networks, CDN, Surrogat-Server, Webserver Replica Placement, Latenzzeit, DNS-Forwarding, URL-Rewrite, Inhaltsreplikation, Peer-to-Peer, Hybride Netze, Traffic-Auslastung, Bandbreite, Netzwerkoptimierung, Algorithmen, Internet-Technologie
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in der Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit behandelt die technologischen Grundlagen und Optimierungsmöglichkeiten von Content Delivery Networks (CDNs) zur Verbesserung der Web-Performance.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Zentrale Themen sind die Server-Platzierung, Replikationsstrategien, die Integration von P2P-Netzen und die kommerzielle Ausrichtung von CDN-Diensten.
Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage?
Ziel ist es, die Funktionsweise von CDNs zu erläutern und wissenschaftliche Ansätze zur Lösung von Leistungs- und Skalierbarkeitsproblemen bei der Inhaltsauslieferung darzustellen.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Die Arbeit basiert auf einer Literaturanalyse aktueller Forschungsergebnisse, der Modellierung von Platzierungsproblemen als Graphen und dem Vergleich verschiedener Algorithmen.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Im Hauptteil werden algorithmische Ansätze für das Replica Placement, Verfahren zur Content-Replikation und verschiedene Push-/Pull-Strategien analysiert.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Kernbegriffe sind Content Delivery Networks, Replica Placement, Latenzminimierung, Inhaltsreplikation und hybride CDN-P2P-Strukturen.
Wie unterscheidet sich das Hot-Spot- vom Hot-Zone-Algorithmus?
Der Hot-Zone-Algorithmus verbessert die Laufzeit und Qualität gegenüber dem Hot-Spot-Algorithmus, indem er das Netzwerk in Regionen unterteilt und die Latenz zwischen Knoten statt nur der Traffic-Auslastung nutzt.
Was macht ein Hybrides Content Delivery Network aus?
Ein hybrides CDN kombiniert die klassische CDN-Infrastruktur mit P2P-Technologien, um durch die Nutzung von Endnutzer-Bandbreite die Surrogat-Server zu entlasten.
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- Adrian Jan Jablonski (Author), 2014, Content Delivery Networks. Ein Überblick, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/310457
