本文出自Vodafone研究員Stefano Iellamo在16年12月5日推出的論文“對于內容分發的新一代價值網絡”，針對未來可能存在的互聯網特征，對現有CDN模型的思考以及未來ICN模型的設計進行了描繪。

 

由于技術和經濟的多重挑戰，可能會對行業中未來的利益相關者產生一些作用。對未來分發網絡而言，新的干擾元素會陸續讓運營者產生疑問，例如，無處不在的加密、流量的爆發、網絡的延展性、延遲需求以及網絡控制，那么現有的CDN模型是否對這些變化具有較好的魯棒性，就是本文想要探討的話題。

 

 

原始端到端的網絡架構已經無法單純通過內容分發中的緩存來解決網絡的可拓展性和協調問題，這就導致了碎片化的網絡覆蓋了整個互聯網，CDN由此而生，CDN可以被認為部署的多個數據中心，通過智能緩存的運營，分布式系統，減少服務器中存在的延遲。

 

然而，互聯網的流量以及內容量不斷增長，這也給緩存的重要性以及CDN的重要性帶來了利好。例如，當烏干達和肯尼亞地區引入了Google Global Cache之后，僅僅兩周時間，流量就上升了300%~1000%之間。 

 

但與此相對的，CDN市場同樣也面臨著這樣的問題，爆發的流量給正在成長的CDN市場帶來了挑戰，一種對于傳統傳輸以及節點模型的挑戰，創建一個更統一高效的內容交付模型將能夠更好地將CDN融入到互聯網需求中。

 

信息中心網絡（ICN），是一種新網絡形式的范本，核心在于利用內網緩存和適應內容驅動網絡應用模型的網絡架構。這個概念的提出在于，路線應基于獨有的內容名稱，而不是內容的位置。在內容分發過程中，CDN利用分布式緩存的方式讓內容更貼近于用戶，但重心放在了內容上而不是位置，這種模式應當能被視為ICN網絡的前身。

 

另一方面，斯諾登的事件引起了互聯網用戶對于信息隱私以及免受攻擊性的關注，這極大刺激了內容的加密要求，對在Web瀏覽器以及內容服務器之間的HTTPS流量提出了更高的要求。例如，一個安全的TLS通道在源站以及目的地之間建立，如果一端使用HTTPS地址有一些隱私的高要求，那么另一端就會有一些警告級別的提升：

 

l ISP（包含接入網以及骨干網服務提供商）幾乎無力面對一些加密的流量，監測以及優化的工作只能通過終止HTTPS連接進行檢查。如果將之視為一種工作流程（實際上由人工進行執行），這會增加信息的處理時間，同時在大流量的過程中，這樣的做法也不夠現實。

 

l CDN同樣也是CP，有權利對于內容進行優先級排序，在這個環節中，網絡中立的原則往往是失效的。

 

l HTTPS延遲依然不容忽視，因為初始SSL密鑰交換以及CDN在緩存優化中的困擾。

 

因此，如果一方面，ISPs希望和CDNs保持更緊密的合作關系，另一方面，他們也會通過CDNs發現其通過一些木馬的手段爭奪網絡最后的關口。所以，ISPs的核心是需要保障、控制其用戶與之在服務和互動中的QoS體驗。為此，在加密視頻流量上的控制以及緩存操作就變得至關重要。（隨著近期Netflix跳轉到HTTPS，加密視頻將很快占據美國一半以上的互聯網流量）

 

可能存在的一種爭議是，對于不同種類的內容而言，HTTPS是否是一種激進或者可靠的保障，從這個角度來看，ICN能夠提供數據定制化的安全性，而不是Tunnel安全，這就意味著數據的完整性（未篡改）以及認證（數據來源）是可以得到保障的。 

 

 

然而，ICN經常被看作是一個可能會破壞CDN業務的一個解決方案，為此，Stefano Iellamo希望通過一個積極的方式，讓不同網絡層面的參與者能夠共同探討協議的設計，確保部署ICNs的同時，產生積極的社會及經濟價值。

 

 

因此，以下內容將可能涉及到ICN以及CDN兩種不同的模型，在應對無處不在的加密數據，未來網絡可能存在的結構變化，以及網絡利益鏈條中各自受到的影響。

 

 

 

1

 

 

傳統CDN的分發模型以及利益鏈條

 

在傳統CDN模型中，CP外包到一個CDN服務提供商，CDN服務提供商可以看作是原有“客戶端——服務器”模式中的一個新的利益相關者。CP能夠通過IAP連接到CDN（圖上IAP1），或者直接通過節點連接到CDN，在CDN模型中，一些內容的請求來自于CDN服務器。因此，CP與IAP1之間的流量就能被減少，然而在這種模型中，并不能減少CP對于分發內容的成本，而是將之支付給CDN流量成本。因此，在一般意義上，從流量費用的角度出發，更低的成本取決于流量從CP到IAPs，而不是CP到CDN。但如果是大流量數據，CDN可能還會比IAP成本更低廉。

 

CP之所以趨之若鶩地使用CDN，主要原因還是CDN能夠提供一些獨到的好處。好的延展性，降低CP源服務器的負載，改善終端用戶的體驗，特別是對于上圖中的C2用戶，同時，CDN能夠利用數據信息中一些無形的價值，CDN服務提供商轉售這部分業務給到CP，從而加重CP給CDN服務提供商提供的現金流。此外，如果CDN服務提供商和移動網絡運營商合作，他們還能利用用戶的匿名數據，實現多樣化的功能。

 

CDN模型的出現，降低了IAP1中面向CP的一部分收入，但同時也節約了面向IAP2的一部分網間成本，傳統上，CDNs以及IAPs具有節點自由結算協議，允許CDNs在IAPs網絡上免費設置服務器，然而隨著大流量的分發，IAPs逐步增加了CDNs節點的費用。但通常現實上，費用的結算并不嚴格按照流量執行，其中通常會被加入一些其他的原因。

 

最后，從互聯網骨干網的角度，CDN能夠通過刺激用戶產生額外流量，但同時，CDN也會競爭IBP的內容交付市場并降低IBP的收入，CDN所帶來的負面影響，取決于CDN與IAPs之間的節點協議數量。如果CDN覆蓋的范圍足夠的廣泛，IBP對于IAP1/IAP2/CDN之間的流量以及收益就會越少。

 

 

 

2

 

 

互聯網加密信息對IAP造成的影響

 

隨著加密的廣泛應用，導致了HTTPS在瀏覽器（終端用戶）以及內容服務器的普及，在最壞的情況下，它將有可能把IAP推向一個聾啞管道的境地。隨著海量加密流量的出現，多數IAPs開始采取措施應對互聯網加密，在這樣的新背景之下，IAP的終極目標，是保持一個可以接受的流量控制能力，從而使其能夠具有一定的信息保護能力以及用戶QoE的保障力。為此，以下幾個方向可能是業務發展方向，并指出其可能存在的優缺點。

 

A、IAP的HTTPS流量監測合法化

 

這可能存在兩種不同的方式，通過人工阻斷HTTPS流量，這樣的機制，能夠讓MNO完全掌控并優化他們的網絡。盡管通過人工干預的方式對于大流量而言，不僅不穩定，也不太切合實際，但這種方式簡單直接，尤其當運營商在需要保障國家安全以及打擊恐怖主義的過程中，它可以幫到IAPs以及運營商。

 

B、IAP-CDN的充分合作

 

在加密流量的環境下，接入網中的信息能力，比如緩存能力、瞬時吞吐量以及用戶移動性等數據，可以打包給CDN服務提供商并和一些其他數據進行交換。這種商業模式被稱為NaaS（Network as a Service），移動運營商與CDN服務提供商全面合作的優勢，在于能讓運營商服務器資源出借給CDN邊緣服務器，用于非特定用戶的信息交換，如平均信元吞吐量等數據，以及TCP級優化。此外，這種方式同樣適用于QUIC（快速UDP互聯網連接），因為它能夠為QUIC服務器提供具有價值的信息優化統計技術，即數據包同步以及自主重發。

 

另一方面，需要強調的是，在NaaS視角，IAPs應當仔細評估任何潛在的利潤問題以避免與CDN產生沖突，事實上，一個對于CDN的高壓價格，會影響到CP，甚至某些情況下會影響到終端用戶。例如，Netflix可能會被迫增加月支出，導致用戶購買其服務，這會導致更少的流量經過IAP和CDN，最終導致CDN與IAP的利益受損。

 

C、TCP級優化

 

一個可能存在的想法是，讓IAP減少通過其網絡的流量，用以實現在無線接入節點中的TCP凍結機制，在用戶水平連接、信元讀取或者其他任何相關測量的情況下，通過ZWA信息凍結選定的TCP連接。于是，每當傳輸問題被檢測或者預測時，TCP發送者會被凍結，當系統能夠重新運作的時候，TCP也將被重啟。如果TCP發送者收到帶有ZWA的ACK段落，它將受到凍結，后者迫使TCP發送者延緩所有的中繼定時器并讓其進入一個Persist模式，直到資源接收到一個NZWA。

 

因此，及時凍結將盡可能減少由惡劣的無線通道導致的TCP慢啟動，并允許TCP面臨覆蓋問題的時候，能夠以一個相同的速度繼續，而不是通過慢啟動重復。

 

這樣的解決方案不需要使用專用信息（例如ICMP）或者其他命令來凍結TCP發送者，這個機制對于TCP發送者而言意義顯而易見，無論對于TCP接收方還是發送方，都不需要額外的支持。結果表明，TCP凍結機制能夠帶來顯著的收益，比方說在某些具有覆蓋漏洞的案例中，平均斷電時間（20~30%性能收益）和吞吐量（15%下載時長降低）的改善。

 

D、重內容IAPs成為CDN-0 

 

在另外的一篇論文中，作者會提到利用內容多尋址降低CP低流量的成本，這在讓每個CP簽訂唯一權威CDN（稱之為CDN-0）的情況下是可行的，并且要讓CDN削減單個CDN中存在的潛在性能陷阱。因此CDN-0將表現得像Proxy，從注冊CPs那里聚集請求，并且從其他CDNs那里獲得折扣，成為一個巨大的CP，如同圖上所展現的。

 

為了履行它的商業承諾，CDN-0會使用自己的基礎設備或者從其他CDNs那里出借服務。這對于某些數據傳輸以及某些類型的內容而言不可或缺。無論數據是否被加密，它都實際存在，盡管這可能會帶來監管上的麻煩。在一些案例中，運營商需要去調整一些糾紛或者爭議，比方說小的CP在無法得到更高性能的要求下，可能會提出不愿意支付更高的CDN費用，盡管大CP有時自己會擁有CDN。

 

E、大型Eyeball IAP成為CDN

 

這已經被證實，在社會資源利用最大化的條件下，是唯一可行架構。大型Eyeball IAPs收益來源于大型eyeball網絡通過聯盟提供的緩存基礎設備（從而成為實際上的CDNi），以及第三方實體服務器在CP以及各種eyeball IAP網絡之間的業務代理。這種模式能夠適應緩存所帶來的大部分價值。并且，它不會成為經典CDN模型的阻斷器，中小型眼球網絡依然會找到傳統CDN模式所帶來的好處。

 

F、應用級緩存操作

 

從所說的部分，人們或許能夠很輕易地發現，緩存的位置、控制以及大小是容易影響價格的重要因素，尤其是在傳統的CDN模型中，因此，對于這樣的業務來說，關注緩存資源的管理和運用，尤其是技術手段中尋找到解決方案尤為重要。考慮到這一點，下面可以談一些有關于這方面，具有前景的研究方向：

 

緩存基站：在近期的文件中可以發現，通過具有緩存功能的小型基站，能夠在停機概率以及平均交付率上獲得顯著的收益。因此，對電信運營商來說，部署更多的基站或提高現有的部署存儲規模能夠實現達到一定的QoE等級。

 

利用緩存移動性：無線接入提供商邊緣緩存運營能夠通過利用用戶的移動性獲得提升，在5G的使用場景下，鑒于移動性以及用戶的請求模式，能夠通過偵測內容并通過SBS的有效緩存減緩宏單元的負荷。SBSs是用戶依次訪問的，在緩存內容的時候也應該能夠配合上用戶的使用習慣。

 

結合緩存中的多點傳送：優化內容分發過程中，多用戶在臨近時間內請求相同內容，主要適用于大量人群聚集在同一地區，或者共享一個共同的愛好。比方說，在體育場里，用戶可能會同時希望得到其他比賽的統計與分數，在5G的場景中，用戶對于同一文件的要求被搜集并且從MBS中通過單個多播傳輸的方式周期服務，為了避免這樣昂貴的MBS傳輸方式，所有SBS收到的請求相同文件應當被緩存。

 

預測緩存：在用戶實際需要用到之前內容能夠被預存下來，這種方法在BBC iPlayer中已經獲得了真實的數據證明。

 

 

盡管一些價值網絡能夠被組成ICN，但通常我們只將重點放在一個上面，那些IAP透明緩存命名內容的價值網絡，類似于Web緩存。如同在上圖中所示，緩存由ISPs控制，在這種情況下，CP就失去了整個內容分發中的掌控，同時ICN透明緩存內容通過最佳的位置給內容請求提供服務。于是，CP以及IAP1之間的流量以及相關的現金流就減少到和CDN模型一樣的要求。

 

由于最佳緩存的選擇，骨干網的流量降低，因此，IAPs和IBP之間的費用降低，這可能會導致IBP的抵制，并降低他們對于ICN的部署。基建以及維護緩存設備這些IAP增加的成本并不在價值網絡上說明，僅僅探索流量的成本關系，而后面會有一些關于這部分的解釋。

 

 

 

3

 

 

ICN模型的背景

 

對于信息中心網絡的挑戰——在部署ICN時，可能存在一些挑戰，下面就是一些關于這部分的探索，首先是CDN市場中的雙邊定價（上圖），這影響到CDN提供商的合并成為全網范圍的CDNs。一個全網CDN或一個互聯CDN與ICN模型中擁有相同的覆蓋面，因此會被認定為ICN直接的競爭對手。此外，CDN提供商可能通過放置更多靠近用戶側的緩存服務器，尤其是在某個地點與ISP具有緊密的合作關系，就可能成為ICN。

 

CDN模型是一個雙邊市場模型，具有一個中央平臺協調業務并提供服務水平保障，此外，CDN服務提供商提供使用統計數據為CP提供服務。而提及的價值網絡ICN模型，不具有獨特的能夠提供保障服務以及增值服務的中央平臺和雙邊市場有交集。由于CP服務等級保障和數據統計都是具有價值的產品，ICN模型需要解決這些問題以獲得CP的認可。此外，對于廣告主，作為CP的一個重要的收入來源，能夠識別每個用戶是重要的，但緩存讓識別更不明確。為了解決這系列的問題，IAPs需要為CP收集用戶信息和使用情況，然而ICN的能力以及IAP的意愿目前來看都是不確定的。

 

ICN中另外一個問題是CP對于其內容的掌控，尤其是在某些市場中的動態內容，這意味著CP與IAP之間可能存在一些矛盾，IAPs可能不會有動力頻繁升級內容緩存，同時，CP又希望他的內容是保持最新的。采用一些法律規范、商業協定和經濟刺激可能能夠有助于改變這個矛盾，以及其他ICN模型中能認知的限制。然而，這些限制必須在ICN推出前被解決，中心平臺的存在能讓收費變得更為便捷。在ICN模型中，模糊的是誰應該為此服務，同時誰又應該為此付費，這在最壞的情況下可能導致CP指責失去接入網掌控，尤其是當內容還包括一些廣告贊助的時候。從CDN的市場中，可以發現CPs，相比ISPs更愿意將費用支付內容交付質量，盡管如此，ISPs依然更愿意部署ICN在網絡關鍵需要掌控的地方。因此，對于ISP而言，如果他們更愿意將成本給到消費者甚至是CPs，這也將成為未來分發的重要潛在平臺。

 

IAPs對于ICN的投資意愿由網絡流量減少、額外投資以及其余成本所決定（商業模型的重塑需要IAPs對于缺失的人力資源以及與CPs的協議推動）。然而在這樣的網絡模型中，ICN模型將不考慮與現有的CDN模型競爭，盡可能避免額外的投資并且從CDN服務提供商中獲得一定的收益。于是，對于IAPs而言，需要額外的推動與激勵促使其在ICN上作出投資，這個激勵要足以彌補其在CDN模型中所獲得的收益。例如，一個eyeball IAP具有投資緩存的意愿，它能夠從CP那里獲得足夠的費用，另一方面，ICN能夠幫助它實現面向內容的互聯協議，不僅僅基于傳輸的數據量，同樣包括合作伙伴內容的可用性。如果可用內容的價值高于傳輸的成本，那么這種新的方式，將給IAPs投資ICN給予更高的動力以及獎勵。

 

最后是基于價值網絡的分析，IBP將緩存加入到網絡的意愿是非常低的，但它能夠被顯著下降的流量費用所刺激，所以盡管流量收入一直以來都是IBPs的主要收入來源，IBPs目前也能轉移到其余收入來源，包括提供CDN服務。因此,IBPs也可以公開在ICN中尋找到切實可行的盈利模式。

 

 

 

4

 

 

ICN聯盟的組成架構與模型

 

 

 

 

 

經過上述內容的闡述，基本上可以認定緩存在這個環境下的優勢（主要來源于技術）以及劣勢（主要來源于商業模式），事實上，在大多數ICN中具有特征的自組織透明緩存其實很難能夠盈利，因為它就是一個黑盒（無法掌控數據）。于是就需要提出一種基于ICN的商業緩存業務模型，緩存中的內容分配由值得信賴的權威決定，稱之為交付經紀人。

 

 

 

l CDN作為交付經紀人（比如Akamai），這個新的角色帶動額外的收入給到CDN（基于ICN聯盟），從而促使模式的轉變。

 

l ICN聯盟成員部署和管理自己的ICN網絡，但仍享有共同的實體，和諧圍繞在CP、終端用戶以及CDN之間。

 

l 由于聯盟面向ICN，因此對于IAPs而言是一個長遠的規劃，在整體的戰略調整中，可以被認定為短期/中期戰略。

 

ICN聯盟的價值網絡可以從上圖中獲悉，基于這樣的架構CP能夠獲得一種潛在的掌控力，讓CP在交付經紀人分配的時候具有一定偏向的能力，為了便于閱讀，CDN以及IAP3之間的流量和費用并沒有在報告中呈現。

 

 

 

5

 

 

性能評估

 

一個值得爭議的問題是，對于運營商而言，是否通過緩存功能能夠持續豐富BSs？他們的收入規模是否能夠滿足5G下的流量爆發？是否能夠在內部網絡中抵消成本的增加，尤其是加密流量？是否讓CDN服務提供商參與到接入網管理工作會更有利于運營商的發展？需要多少成本才能將IAP網絡完全掌控？ICN是不是就能解決所有這些問題？

 

 

在試圖解答這些問題的同時，可以先比較幾個關鍵的參數，即終端用戶的延遲、控制（緩存和內容分發）、網絡可拓展性和監管問題。如上圖所示。

 

 

從IAP的角度來看，最重要的因素是在加密內容通過IAP網絡的時候，最終用戶的QoS。在這樣看來，DPI以及ICN會是最為合理的解決方案。

 

最后，著眼于網絡整體，其中的一個關鍵要素是網絡的可拓展性，在這方面，ICN模型對于流量而言會更好，由于網絡的分散性，它將有利于其中的利益相關者。

 

 

 

6

 

 

總結

近年來，CDN迅速成長為安全快速的內容交付解決方案途徑。這種方式在當前環境下能夠如此繁榮，是因為它能夠解決端到端的QoS問題，通過利用互聯網接入服務提供商（IAPs）與CPs需求的不對稱，因此，雙邊定價讓CDNs同時吸引了IAPs和CPs，導致CDN服務提供商鞏固并且壯大。

 

考慮到未來網絡的變化，即無處不在的加密，網絡流量的爆發，網絡可延展性需求，延遲的要求以及網絡控制等要素，可以肯定的是，當以上的幾個元素，出現了質的要求，CDN模型將出現不穩定的發展，并且從長遠來看，沒有生存的空間。

 

因此，下一步的工作將是，在短期內，鞏固目前的CDN模式，追隨繁榮的節點商業模式以及推動更緊密的IAPs與CDNs的合作關系。而另一邊，從長遠來看，隨著大IAPs將面對加密內容的失控，帶寬的進一步膨脹，基于新一代設備以及基于視頻流量的需求造成的流量爆發，新的變革將會出現。

 

ICN模型，考慮到CDN模式的演變路線，通過獨有內容命名和優化緩存特征，基于新的網絡特征。盡管可能被認為是提升互聯網可延展性的一個概念，其設計將面臨技術，乃至現有業務和商業模式的挑戰。因此面對這些挑戰，提出了商業化緩存以及交付經紀人的模式，最大限度保障大部分網絡相關者的利益。