Este material abrange o básico do que é uma CDN, para que serve e como as plataformas de serviço OTT podem obter melhores resultados de desempenho com os benefícios que uma CDN pode oferecer. Além disso, ele apresentará uma visão geral dos diferentes tipos de CDN, as vantagens de uma estratégia multi-CDN e, finalmente, como a tecnologia de edge computing pode agregar valor, escalabilidade, menor latência e maior segurança para as OTTs.

O que é?

CDN, ou Content Delivery Network, é um tipo de serviço de computação que armazena conteúdo em locais amplamente distribuídos no mundo inteiro, ficando mais próximos dos usuários do que data centers centralizados. Dessa forma, as CDNs reduzem a carga nos servidores de origem e permitem que usuários distantes recebam conteúdo mais rapidamente.

As CDNs usam servidores de cache, também conhecidos como servidores forward proxy, para salvar ou manter temporariamente cópias de arquivos acessados previamente por um determinado período de tempo, também chamado de time-to-live ou TTL. Esse processo de retenção temporária de conteúdo é conhecido como armazenamento em cache.

Quando o cache é limpo, ou quando um novo conteúdo é requisitado, os servidores de cache encaminham essas requisições para os servidores de origem do site. Resumindo:

• Servidor de origem: servidor que é atualizado e mantido por uma empresa digital com o conteúdo mais atualizado do site;

• Servidor de cache: servidores distribuídos geograficamente que armazenam conteúdo em cache e encaminham requisições de novo conteúdo para o servidor de origem de um site;

• Cache: cópias de arquivos armazenados em um servidor de cache por um determinado período de tempo após serem trazidos do servidor de origem de um site;

• TTL: o período de tempo em que os arquivos devem permanecer em um cache antes de serem limpos.

Além de armazenar conteúdo em cache, as CDNs maiores podem oferecer serviços de segurança, tais como proteção contra DDoS por meio de Web Application Firewalls. Como as CDNs funcionam como proxies posicionados entre os usuários de um site e seus servidores de origem, eles também podem servir como uma primeira linha de defesa contra ataques de segurança cibernética, filtrando o tráfego malicioso antes que alcance os servidores de origem de um site.

Como funciona?

Uma CDN funciona interligando uma rede de servidores altamente distribuída. Isso faz com que o conteúdo seja entregue de forma mais rápida, pois há uma redução na distância entre os servidores e os usuários, diminuindo assim a latência e possibilitando que uma vasta gama de usuários recebam um mesmo conteúdo de maneira mais satisfatória, rápida e segura. Ou seja, a CDN é o meio do caminho entre a origem e o usuário final, pois os conteúdos são distribuídos por meio dos PoPs – pontos de presença – distribuídos globalmente.

Os PoPs costumam ser frequentemente confundidos com data centers, já que os dois termos são usados alternadamente. No entanto, para uma CDN tradicional, os PoPs são geralmente muito menores e menos complexos do que os data centers. O Open Glossary of Edge Computing da LFE fornece as seguintes definições para os dois termos:

• PoP: um ponto em sua infraestrutura de rede em que um provedor de serviços permite a conectividade de sua rede por usuários ou parceiros.
  

• Data Center: uma estrutura projetada especialmente para hospedar múltiplos nodes de computação e fazer armazenamento de dados de alto desempenho, de forma que uma grande quantidade de recursos de computação, armazenamento de dados e de rede estejam presentes em um único local. Isso geralmente envolve sistemas especializados de racks e gabinetes, piso construído especificamente para esse fim, bem como sistemas adequados de aquecimento, resfriamento, ventilação, segurança, prevenção de incêndio e fornecimento de energia.

Simplificando, um PoP é qualquer ponto de acesso à rede, podendo ser tão pequeno quanto um único servidor com recursos limitados. Inclusive, alguns dispositivos e equipamentos de rede mais avançados podem servir como PoPs. Um PoP é projetado para realizar tarefas mais simples, como armazenar conteúdo em cache, servir conteúdo em cache e encaminhar as requisições que não estão armazenadas no cache.

Cada PoP é composto por um ou mais servidores de cache. Os servidores de cache armazenam arquivos temporariamente com o seu TTL, que informa ao servidor por quanto tempo os arquivos devem permanecer no cache antes de serem excluídos. Isso garante que o conteúdo possa ser limpo a fim de remover conteúdo antigo, abrir espaço para novo conteúdo e assegurar que, ao carregar, nenhum problema ocorra indefinidamente. Quando o TTL expira ou quando o proprietário do site limpa manualmente o cache, os arquivos em cache são excluídos. Na próxima vez que o conteúdo for requisitado ao servidor de cache, ele encaminhará a requisição ao servidor de origem para buscar o conteúdo, proporcionando material atualizado, mas com maior latência.

A infraestrutura de CDN evoluiu de PoPs, que consistem em servidores de cache, para edge data centers capazes de fazer análises e processamento de dados em tempo real.
Essa transição tem se tornado cada vez mais necessária devido ao aumento da automação, que substituiu a velocidade humana pela velocidade da máquina. De acordo com o relatório State of the Edge mais recente da LFE, “a internet de hoje – embora rápida o suficiente para a maioria dos humanos – parece arcaica quando as máquinas conversam entre si […] À medida que um número cada vez maior de máquinas conecta-se online, as empresas buscarão aplicar o poder do processamento dos servidores em seus comportamentos. Isso exigirá uma internet preparada para edge e que opere na velocidade da máquina”.

Em resumo, uma CDN é capaz de colocar seu conteúdo em vários pontos diferentes localizados ao redor do globo de uma vez só. Com isso, tem a função de melhorar o consumo de banda aumentando a escalabilidade e diminuindo a latência. Para tanto é necessário que haja uma arquitetura robusta que suporte uma grande quantidade de tráfego sem que a experiência do usuário seja prejudicada.

Entre os tipos de CDN os mais conhecidos são: o modelo comercial – de terceiros – que distribui o conteúdo em nome de outros provedores de conteúdo e o modelo privado – de propriedade do fornecedor do conteúdo.

CDNs comerciais

De modo geral, o modelo comercial é aquele cujos serviços são gerenciados por um operador ou uma empresa terceirizada e é baseado em um modelo pay-as-you-go. Esses serviços têm o potencial de usar uma capacidade e um poder de processamento que seu negócio propriamente dito não teria. Hoje em dia, a maioria das empresas de streaming de vídeo, por exemplo, usam uma CDN comercial para atender melhor os seus clientes no mundo inteiro.

O uso desse tipo de CDN traz alguns benefícios principalmente em se tratando de custos e simplicidade nas operações, pois o provedor de conteúdo pode focar mais no seu negócio sem ter que se preocupar com escalabilidade, já que não precisa criar PoPs em uma esfera global. Além disso, uma CDN comercial pode oferecer muitas outras vantagens além da entrega de conteúdo, como por exemplo: edge computing, serviços de segurança e observabilidade.

CDNs privadas

Uma CDN privada funciona como um tipo de extensão do seu data center, que é otimizado para que haja uma melhor capacidade de armazenamento e processamento, ampliando o leque de uso para uma variedade de funções. Um grande exemplo de CDN privada é a CDN do Google, que tem a capacidade de transmitir vídeos do YouTube, além de muitos outros conteúdos. Outras OTTs – over-the-top – também possuem suas CDNs próprias.

No caso das CDNs privadas, há maior gestão do tráfego entregue, controle de indicadores, uso exclusivo dos servidores para a entrega de conteúdo. Uma desvantagem em relação às CDNs comerciais é o fato de precisarem gerenciar seus pontos de presença e a distribuição de conteúdo, o que aumenta o custo operacional. Além disso, a distribuição dos PoPs acaba sendo mais restrita em comparação às CDNs comerciais que, em muitos casos, tem uma distribuição mais global, evitando que o seu conteúdo fique indisponível.

A base da infraestrutura de uma CDN são os PoPs como mencionado anteriormente. Esses PoPs são pequenos centros de dados capazes de proporcionar a comunicação entre os usuários e os conteúdos. Por estarem mais próximos dos usuários, os PoPs reduzem significantemente o round-trip-time (RTT), o que torna a entrega de conteúdo mais rápida e mais responsiva. Entre os tipos de arquitetura, temos algumas variações de acordo com as necessidades desejadas.

Enter-Deep

Este tipo de arquitetura é baseado numa distribuição de PoPs o mais próximo possível dos usuários finais. O termo enter deep – entrar profundamente – significa mergulhar nas redes de acesso dos Provedores de Serviços de Internet. Ou seja, implementar clusters de servidores nas instalações dos ISPs de acesso em vários pontos ao redor do globo. Esse tipo de abordagem requer um nível de cooperação elevado entre a CDN e os ISPs. O maior número de PoPs faz com que o delay de entrega de conteúdo seja menor, ou seja, menor latência.

Bring Home

Um outro tipo de arquitetura é o bring home, trazer os ISPs para casa, ou seja, há uma construção de grandes clusters em localizações-chave. Nesse caso, usa-se uma rede de alta velocidade para que esses clusters sejam conectados.
Esse modelo pode resultar em custos de manutenção e gerenciamento mais baixos. No entanto, pode causar maior latência e um aumento no volume de tráfego nessas localizações-chave, pois há maior concentração de requisições simultâneas nesses nodes.

Peer-to-Peer

Em redes de entrega de conteúdo peer-to-peer (P2P), os usuários tanto fornecem quanto utilizam recursos. Esse tipo de CDN é composta, normalmente, por computadores de indivíduos que permitem aos que procuram por determinado arquivo a possibilidade de obtê-lo por meio de um ou mais servidores. Uma das grandes vantagens desse tipo de CDN são os custos reduzidos, porém há maiores riscos de segurança.

Atualmente, tornar um site, uma plataforma de streaming ou mesmo um aplicativo disponível globalmente é um fator-chave para o sucesso, principalmente em se tratando de entrega de conteúdo com mínima latência e escalabilidade para minimizar custos e desperdício de recursos.

Quanto mais localidades uma empresa atingir, maior o poder de alcance, menor latência e melhor será a experiência do usuário. Contudo, existem alguns desafios na execução desta estratégia de expansão como regulamentações locais, quantidade de PoPs por região, performance, custos e até mesmo suporte regional/local. Com isso, muitas empresas, incluindo OTTs, utilizam múltiplas CDNs (multi CDNs) para atender a esses desafios, garantindo maior disponibilidade, melhor performance, melhores custos e, consequentemente, melhor experiência do usuário.

Uma estratégia multi CDN permite que seu conteúdo seja armazenado em cache em múltiplas localizações, cobrindo uma área geográfica mais abrangente. Sendo assim, há um load balance mais inteligente que distribui o conteúdo de maneira melhor distribuída, aprimorando a performance consideravelmente, o que é essencial em se tratando de plataformas de serviços OTT, por exemplo.

Em resumo, esse tipo de estratégia permite que as solicitações do usuário sejam direcionadas para a CDN que melhor atenda às necessidades, de acordo com sua estratégia comercial. É natural que as CDNs possam ficar indisponíveis em algum momento, mesmo que seja um período de tempo mínimo, o que impacta diretamente na experiência do usuário. Portanto, estar imerso em uma estratégia multi CDN faz com que o tráfego seja encaminhado por meio de CDNs que estejam disponíveis no momento da requisição. Nesse caso, alguns fatores são levados em conta, como a localização dos usuários, parâmetros de rede e até os custos para entrega do conteúdo.

Exemplo de Multi-CDN

De acordo com insights da GlobalLogic, "o sucesso ou fracasso de uma estratégia multi CDN depende da escolha apropriada de estratégias de troca de CDN". Veja a seguir os diferentes métodos de switching – comutação de uma CDN para outra, conforme a necessidade:

DNS-based switching
Comutação de CDN baseada em DNS é um método em que a troca de uma CDN para a outra é feita alterando as entradas DNS do URL do stream. O DNS lida com o redirecionamento do conteúdo em tempo real.

Prós
É uma solução simples, a URL continua inalterada, a seleção de CDN é mais granular, permitindo a comutação de mid-stream.

Contras
O tempo de comutação entre CDNs pode ser mais demorado, o que prejudica imensamente a qualidade de experiência (QoE) dos usuários finais.

Manifest rewrite switching
Nesse método, a comutação de uma CDN para outro é feita através da reescrita do conteúdo em tempo real, ou seja, o proxy busca o manifesto original e o reescreve com a URL do segmento de vídeo que aponta para a CDN que melhor irá atender a requisição.

Prós
A necessidade de atualização durante a reprodução de vídeo é eliminada, melhorando a experiência do usuário. Há uma redução das chances de efeito cascata. Novos manifestos são constantemente criados, o que é uma grande vantagem para serviços de OTT com transmissão ao vivo.

Contras
A reescrita do manifesto pode não ser perfeita e erros podem ocorrer. Além disso, o servidor pode levar algum tempo para entender que uma determinada CDN está indisponível.

API-based switching (server-side)
Neste modelo de comutação, o próprio servidor escolhe qual CDN está com um melhor desempenho para uma determinada requisição e faz a troca de acordo. Quando a página é carregada, uma requisição é enviada ao servidor. Isso é feito através de uma chamada de API que busca detalhes sobre qual seria a melhor CDN para determinada situação.

Prós
Controle do lado do servidor, isso gera uma facilidade em casos de atualização.

Contras
Uma grande desvantagem é a falta de comutação de mid-stream, que não é suportada por padrão.

Client-side switching
A comutação acontece do lado do cliente, depois que ele recebe informações suficientes sobre todas as CDNs disponíveis, tudo em tempo real. O cliente muda para a CDN mais apropriada com base em parâmetros de desempenho.

Prós
Os dados de qualidade de serviço (QoS) são mais precisos, pois são baseados em métricas de desempenho em tempo real. Suporta a comutação de mid-stream.

Contras
Devido à complexidade do código dos algoritmos, que requer planejamento detalhado, é difícil de implementar internamente.

Nos últimos tempos, os fãs de empresas OTT vêm aumentando em nível exponencial, o que aumenta também os seus desafios para entregar um conteúdo de qualidade que possa satisfazer a vasta gama de adeptos do serviço. Entre os principais desafios estão os seguintes:

É notório que o mercado aquecido para esse nicho faz com que a alta qualidade e a ausência de falhas seja um fator decisivo ao escolher uma plataforma OTT. Aí entram as vantagens de uma CDN para aprimorar a qualidade, pois as CDNs tem uma arquitetura distribuída mais próxima dos usuários finais. Ou seja, os conteúdos são atendidos a partir do ponto mais próximo – do PoP – sem ter que fazer todo percurso até a origem. Para um maior crescimento, as plataformas de serviços OTT se beneficiam consideravelmente com essa parceria.

Um outro ponto a ser destacado é a alta escalabilidade que uma CDN proporciona. Isso gera grande redução de custos, economia de recursos e não sobrecarrega a origem, pois a demanda ocorre de acordo com os períodos de pico de uso. Em tempos de ataques cibernéticos constantes, uma grande vantagem que uma CDN pode trazer é maior segurança, pois é capaz de mitigar ataques cibernéticos devido à sua arquitetura de ponta, mantendo seu serviço sempre disponível.

O tráfego das OTTs está crescendo rapidamente devido ao aumento de espectadores e a taxas de bits mais altas. Se as maiores vantagens de uma CDN são escalabilidade, disponibilidade, desempenho e segurança, uma estratégia multi CDN intensifica consideravelmente essas vantagens.

Para OTTs que querem expandir sua presença global contando com serviços adicionais, a escolha de uma CDN é um dos primeiros passos para o sucesso, pois há fatores essenciais que devem ser levados em conta, como por exemplo:

• Localização do usuário;

• Desempenho da CDN em cada região;

• Disponibilidade e resiliência de CDN;

• Serviços integrados;

• Faturamento em moeda local;

• Atendimento e suporte local especializado;

• Suporte para SSL/TLS (Certificados de autenticação e segurança);

• Observabilidade;

• Serviços de segurança;

• Portal/plataforma de gestão e controle;

• Uso de padrões abertos;

• Serviços de edge computing.

Nada melhor do que agregar os benefícios da Edge Computing aos benefícios de uma CDN. Tanto uma quanto outra têm o propósito de usar a conectividade, mas foi com o advento da IoT, onde qualquer coisa pode ser conectada, que a edge computing se destaca, pois aproxima a computação dos dispositivos que ela vai servir, ou seja, aproxima os processos e melhora a produtividade, pois tudo acontece no edge da rede. Isso faz com que haja uma aceleração exponencial nos processos, beneficiando os usuários com maior eficiência. É como se o mundo físico e o mundo virtual se encontrassem em tempo real.

Adicionar Edge Computing aos CDN nodes é capaz de fazer com que qualquer aplicação funcione em seu nível máximo de acordo com sua posição na rede. O processamento de dados no edge da rede diminui o tempo de resposta entre a requisição e a resposta. O melhor resultado deve chegar de maneira imediata, pois o papel da Edge Computing é diminuir distâncias.

Em se tratando de OTT, essa vantagem se torna ainda mais clara. Nos dias de hoje, os usuários não têm mais paciência para qualquer tempo de espera ou demora no carregamento de vídeos, portanto qualquer milissegundo de espera pode significar alguns usuários a menos. Uma grande variedade de funcionalidades e tipos de dispositivos podem ser acomodados por uma rede edge.

Como os arquivos de vídeo são muito grandes, entregá-los de locais centralizados como provedores de cloud em hiperescala pode resultar em contas exorbitantes para os proprietários das aplicações e baixo desempenho para os usuários finais. As CDNs, que armazenam cópias de conteúdo perto de onde os usuários finais estão localizados, são consideradas à prova de tempo em relação ao trajeto da entrega do vídeo, pois elas reduzem a distância que o vídeo tem que percorrer. Como resultado, a latência da rede diminui significativamente, tanto por encurtar o percurso, quanto por diminuir o número de saltos – hops – e possíveis falhas de conexão em várias redes.

Contudo, a entrega de vídeo não é igual para todos. ISPs, navegadores e dispositivos de diferentes usuários finais podem impactar consideravelmente o QoE, exigindo ambos os recursos sofisticados de cache para garantir o formato e o bitrate corretos, e mais a capacidade de monitorar e solucionar quaisquer problemas que possam surgir.

Além disso, como a Deloitte afirmou em um artigo de 2020, “a crescente quantidade e sofisticação do conteúdo de vídeos OTT significa mais tráfego, mais roteamento e maior necessidade de gerenciamento, otimização e previsão entre as CDNs responsáveis por entregar conteúdo rápido e confiável.” Consequentemente, as CDNs tradicionais podem não ser uma solução viável para as complexas necessidades de entrega de vídeo de muitos proprietários de sites e de aplicações.

É por esse motivo que empresas de edge computing podem ser uma ótima alternativa para a entrega de vídeos. Assim como as CDNs, edge computing armazena o conteúdo mais perto dos usuários finais para reduzir a largura de banda e otimizar a velocidade de entrega. Ao contrário das CDNs tradicionais, uma plataforma de edge computing permite recursos de computação sofisticados no edge da rede.

O modelo de serverless computing da Azion, por exemplo, permite que os serviços escalem automaticamente para acomodar os picos de uso, o que resulta em um serviço pré-pago, também chamado de pay-as-you-go, reduzindo os custos iniciais, eliminando o desperdício de recursos e garantindo a disponibilidade do serviço.