Content Delivery Network

content delivery networkDas Internet ist inzwischen so alltäglich geworden, dass wir uns eigentlich kaum noch Gedanken über die zugrunde liegende IT-Infrastruktur machen. Wir klicken auf Bilder und Videos und erwarten ganz selbstverständlich, dass auch komplexe Webseiten innerhalb von Sekundenbruchteilen vollständig aufgebaut werden. Im Hintergrund spielt hierbei vor allem das sogenannte Content Delivery Network (CDN) eine entscheidende Rolle, mit denen sich die Performance von Webseiten deutlich beschleunigen lässt.

Wie der Name schon andeutet, ist ein Content Delivery Network (Inhalt-Belieferungs-Netzwerk) ein speziell für die Auslieferung von bestimmten Inhalten eingerichtetes Netzwerk. Grundlage des Netzwerks sind Caching-Server, die über verschiedene Standorte  auf der Welt verteilt sind und Inhalte, also Content, über Internet oder Intranet für Endnutzer bereitstellen. Durch diese Technik wird unter anderem bei Abruf eines Inhaltes nicht mehr jedesmal der ganze Inhalt an den Benutzer gesendet, sondern nur noch die entsprechende Aenderung. Dadurch kann viel unnötiger Traffic gespart werden.  Meist handelt es sich dabei um im Internet angebotene Multimediadateien wie Filme, Musik oder Bilder. Letztendlich können aber auch Online-Shops, zum Download freigegebene Software oder beliebige andere Dateien und Applikationen über ein CDN bereitgestellt werden. Eine international aufgestellte Firma ist gut beraten, mit CDN zu arbeiten.
Ein Internetangebot wie das Streaming-Portal Netflix beispielsweise wäre ohne weltumspannendes Content Delivery Network kaum möglich. Würden weltweit alle Netflix-Nutzer ihre Filme und Serien von den gleichen Servern in den USA abrufen, dann wären die interkontinentalen Internetverbindungen so stark überlastet, dass anspruchsvolle Internetseiten oder Web-Anwendungen kaum mehr funktionieren würden. Durch das globale Netzwerk aus CDN-Knotenpunkten werden die Zugriffe der Netflix-Nutzer aber auf regionale Content Delivery Networks verteilt, womit die Videoangebote nicht mehr kreuz und quer über die ganze Welt gestreamt werden müssen und der dadurch verursachte Netzwerk-Traffic deutlich reduziert wird.

 

Mehr Performance im Web: So funktioniert ein Content Delivery Network

Durch die regional verteilten Server-Standorte befindet sich der Content näher am Nutzer und kann daher schneller ausgeliefert werden, als wenn ein zentraler Server alle globalen Nutzer gleichzeitig versorgen müsste. Als Konsequenz reduziert sich damit die Zeit, die für den Aufbau einer Internetseite, das Streamen von Videos oder den Download von Inhalten benötigt wird. Neben diesem Performance-Vorteil bei der Content-Bereitstellung kann ein Content Delivery Network aber auch die Netzwerkauslastung eines Unternehmens verringern helfen, da die Nutzer schließlich nicht mehr direkt auf Firmen-Server, sondern auf vorgelagerte CDN-Server zugreifen.

Ein weiterer Vorteil besteht in der höheren Verfügbarkeit der Inhalte, die über ein Content Delivery Network automatisch an verschiedenen Standorten vorgehalten werden und so auch beim Ausfall eines Servers weiterhin über andere CDN-Server erreichbar bleiben. Durch die höhere Verfügbarkeit der Inhalte besteht zugleich ein gewisser Schutz gegen DDoS-Angriffe (Distributed Denial of Service), bei denen ein Server gezielt mit einer Unmenge an Anfragen überlastet werden kann. Das heisst, wenn ein Server mit einem DDoS-Angriff infiziert wird, kann sofort auf einen anderen Server ausgewichen werden.

Für ein Content Delivery Network werden meist – je nach Bedarf – CDN-Knotenpunkte in vier bis sechs geografischen Regionen eingerichtet, beispielsweise in Nord- und Südamerika, Europa, Ost- oder Südostasien oder auch Nord- und Südafrika. Denkbar sind aber auch weitaus mehr Knotenpunkte. Content-Anfragen werden dann nach vorher festgelegten Vorgaben automatisiert an bestimmte CDN-Knoten weiterleitet, die Auswahl des geeigneten CDN-Servers erfolgt dann beispielsweise aufgrund der geografischen Entfernung, der geringsten Latenz (die nicht zwangsläufig mit dem geografisch am nächsten gelegenen Server übereinstimmen muss) oder auch aufgrund der Auslastung der einzelnen Verbindungsknoten im Content Delivery Network.

Im letzteren Fall übernimmt das Content Delivery Network gleichzeitig Aufgaben des Load-Balancings, also des Lastausgleichs zwischen den einzelnen CDN-Knoten. Dabei wird also nicht in erster Linie die Geschwindigkeit des Seitenaufbaues optimiert, sondern primär die Leistung der CDN-Server, die so über das gesamte Netzwerk hinweg auf einem ähnlichen Level gehalten wird.

 

Content Delivery Networks aus der Cloud

Ein Content Delivery Network kann zwar auch mit firmeneigener Hardware in global verteilten Rechenzentren aufgebaut werden, inzwischen haben sich aber cloudbasierte CDN-Lösungen von kommerziellen Anbietern durchgesetzt. Hierbei werden spezialisierte Unternehmen mit der Auslieferung der Inhalte beauftragt, die meist für verschiedene Kunden tätig sind und die Verantwortung für die Hardware des Content Delivery Networks tragen. Als beauftragendes Unternehmen tauscht man so die Kosten für Anschaffung und Wartung der Infrastruktur gegen eine monatliche Service-Gebühr und bewahrt sich gleichzeitig die Freiheit, nach Vertragsende zu einem anderen CDN-Anbieter wechseln zu können.

 

Zu den bekanntesten Anbietern von Content Delivery Networks gehören beispielsweise

Akamai, Amazon, Microsoft Azure oder auch Limelight Networks, CDNetworks, Cloudflare, Coral, Host Europe, Level 3 Communication, NTT Europe (NTTEO), PlusServer. Während sich Unternehmen wie Akamai oder Limelight ganz auf die Optimierung von Netzwerk-Performance und Bereitstellung von Anwendungen konzentrieren, bieten Cloud-Anbieter wie Amazon oder Microsoft eine wesentlich umfangreichere Produktpalette. Die Content Delivery Networks Amazon CloudFront und Microsoft Azure CDN bieten also vor allem all jenen Unternehmen Vorteile, die bereits andere Cloud-Dienste von Amazon oder Microsoft nutzen und so nur einen geringen Aufpreis für die zusätzliche Nutzung des CDNs zahlen. Die Verwendung einer einheitlichen Cloud-Plattform für Anwendungen, Dateien und CDN verspricht zudem eine einfache Anbindung an das Content Delivery Network.

Ein Content Delivery Network ist dabei aber keine Spielerei großer globaler Konzerne wie Netflix, sondern in der heutigen Zeit eigentlich ein Muss für alle professionellen Internetseiten und Web-Anwendungen, die sich an eine überregionale Zielgruppe richten. Dementsprechend bieten inzwischen auch viele Webhosting-Anbieter wie beispielsweise 1&1 oder Host Europe die Nutzung des eigenen Content Delivery Networks an.

Als Alternative hierzu finden sich aber für populäre Content Management Systeme wie WordPress, Joomla oder Drupal auch Plugins beziehungsweise Module, mit denen sich mit vergleichsweise geringem Aufwand die Anbindung an ein Content Delivery Network realisieren lässt. Wer schließlich auch die Kosten für die Nutzung eines CDN scheut, dem stehen kostenfreie CDN-Lösungen zur Verfügung, an die dann aber natürlich auch keine so hohen Anforderungen in Sachen Performance oder Verfügbarkeit gestellt werden können wie bei kostenpflichtigen Business-Lösungen.

 

Mobilfunkanbieter als beteiligte Akteure in die Planung mit einbeziehen

Durch die steigende Geschwindigkeit mobiler Internetverbindungen und die zunehmende Verbreitung von Smartphones ergibt sich für die optimierte Auslieferung von Inhalten bereits seit einigen Jahren eine neue Herausforderung: Die Kombination aus Netzwerktechnologien wie 4G und kostengünstigen LTE-Tarifen ermöglichen nämlich immer mehr Nutzern auch den mobilen Zugriff auf große Mediendateien über Mobilfunkverbindungen.

Während bisher also Content-Anbieter, Internet-Provider und meist auch spezialisierte CDN-Betreiber an der optimalen Auslieferung der Inhalte beteiligt waren, müssen jetzt in zunehmendem Maße auch Mobilfunkanbieter als beteiligte Akteure in die Planung mit aufgenommen werden. Ein Problem stellt dies vor allem deshalb dar, weil es in diesem Fall für die optimierte Auslieferung von großen Multimediadateien nicht mehr ausreicht, die Originaldateien einfach auf möglichst vielen Caching-Servern zu spiegeln.

Aufgrund der geringeren Verbindungsgeschwindigkeit von Mobilfunkverbindungen müssen die Inhalte komprimiert werden, um die Datenübertragung durch kleinere Datenpakete zu beschleunigen. Zusätzlich können die Netzwerke entlastet werden, indem für die unterschiedlichen Bildschirmgrößen und Auflösungen heutiger Smartphones verschieden große Versionen der Originaldatei verteilt werden. Der Nutzer wird also, ohne es groß zu bemerken, auf einem Smartphone beispielsweise nur die HD-Version (720p) eines Videos angezeigt bekommen, während auf einem größeren Tablet oder PC die Full-HD-Version (1080p) abgespielt wird.

 

CDN bei Smartphone

Erschwerend kommt bei der Content-Auslieferung an Smartphones hinzu, dass bei Mobilfunkverbindungen in der Regel genau die Übertragungswege über das drahtlose Mobilfunknetz das größte Nadelöhr sind, nicht so sehr die kabelgebundene Übertragung der Inhalte bis zum Mobilfunknetz. Zieht man dann noch in Betracht, dass die LTE-Abdeckung bis zum heutigen Datum noch längst nicht flächendeckend verfügbar ist und die meisten Nutzer also laufend zwischen 3G und 4G hin- und herwechseln, dann dürfte klar werden, warum die Auslieferung von Multimediadateien an Smartphones eine der derzeit größten Herausforderungen für Content Delivery Networks darstellt.

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