Was ist ein Video-CDN und wie funktioniert es?

Was ist ein Video-CDN und wie funktioniert es?

Hochgeschwindigkeits-Internetverbindungen und die erheblich gestiegene Rechenleistung mobiler Geräte haben den Zugang zu hochauflösenden und sofort ladenden Videos zum Alltag gemacht. Wenn wir aber hinter die Kulissen schauen, stellt sich heraus, dass ein reibungsloses Video-Scrolling der TikTok-Ära eine leistungsstarke und komplexe IT-Infrastruktur erfordert. Wir stellen vor: das CDN. Ein Video-CDN ist eine Art CDN (Content Delivery Network), das für die Bereitstellung umfangreicher Multimediadateien und die Verarbeitung großer Datenmengen optimiert ist. Wir erläutern, was ein Video-CDN ist, was es tut, warum es wichtig ist und wie Sie es bekommen.

Was ist ein Video-CDN?

Video-CDN ist ein informeller Begriff, der ein CDN beschreibt, das über eine Reihe spezifischer Funktionen verfügt, die für die Anforderungen des Video-Streamings erforderlich sind. Es kann zwei verschiedene Bedeutungen haben:

  1. Ein CDN-Dienst nur für die Bereitstellung von Videos. Das bedeutet, dass ein CDN eine enorme Netzwerkbandbreite, eine robuste Konnektivität und die Möglichkeit bietet, große Dateien über das Internet auszuliefern – wesentliche Voraussetzungen für eine robuste Bereitstellung von Videos.
  2. Eine vollwertige Lösung für den gesamten Video-Streaming-Prozess. Neben einem CDN verfügt diese Lösung über zusätzliche Funktionen, wie die Bereitstellung von Speicherplatz für Videodateien, Transkodierung und HTML-Player.

Das Video-CDN kann mit dem traditionellen CDN verglichen werden, das die Bereitstellung von statischen Website-Assets wie HTML und Bildern beschleunigt. Heutzutage ist fast jeder CDN-Anbieter in der Lage, Video-Streaming für eine große Anzahl von Zuschauern zu übertragen und zu beschleunigen. Aber es ist wichtig, dass Ihr Anbieter Video-CDN-Funktionen auf dem von Ihnen gewünschten Niveau anbietet.

Videos im Internet

Bevor wir uns ansehen, wie ein CDN funktioniert, müssen wir uns zunächst ansehen, was Videoinhalte aus der Sicht des Endnutzers bedeuten. Videos sind zu einem unverzichtbaren Medium im Internet geworden und werden bis 2028 voraussichtlich 80 % des mobilen Datenverkehrs ausmachen. Videoinhalte können ansprechend und informativ zugleich sein. Sie haben Anwendungsfälle in verschiedenen Branchen, darunter E-Commerce, Banken, gemeinnützige Organisationen und Entertainment.

Videoinhalte können in drei Formen über das Internet bereitgestellt werden:

  1. Video-on-Demand (VOD). VOD heißt, dass Webnutzer Videos zur späteren Nutzung über das Internet hochladen. Ein Benutzer (z. B. Website-Eigentümer) lädt das Video auf den Speicher hoch, und dann können die Zuschauer es ansehen, wann immer sie wollen. Der letztere Punkt ist hierbei der „On-Demand“-Aspekt. Beispiele dafür sind Online-Kinos, Videokurse auf E-Learning-Portalen und Produktvideos im E-Commerce.
  2. Videoübertragung. Bei dieser konventionellen Methode der Bereitstellung von Inhalten für ein großes Publikum werden die Inhalte live oder fast live gestreamt. Sie umfasst TV-Nachrichten, Sport und E-Sport, Veranstaltungen und Webinare.
  3. Videokonferenz. Zoom-Anrufe, E-Learning-Sitzungen und Unternehmensbesprechungen sind Beispiele für Videokonferenzen. Bei Videokonferenzen findet eine visuelle und akustische Kommunikation zwischen zwei oder mehreren Personen in Echtzeit statt. In der Fachsprache wird dies als Echtzeitkommunikation bezeichnet.

Jeder dieser Anwendungsfälle hat seine eigenen Funktionen und Infrastrukturanforderungen. Aber aus der Sicht des Endbenutzers verlangen sie alle die gleichen Kriterien für die Videoqualität:

  1. Höchstmögliche Auflösung
  2. Keine Verpixelung, kein Abschneiden oder Echo
  3. Sofortige Wiedergabe ohne Verzögerung

Hier kommt der CDN-Dienst ins Spiel.

Wie kann ein CDN die Videoübertragung verbessern?

Das CDN ist eine wichtige Infrastrukturkomponente für die Bereitstellung von Videoinhalten über das Internet. Es hilft dabei, Videostreams in bestmöglicher Qualität an Zuschauer in aller Welt zu übertragen, verhindert Ruckler und Verzögerungen und schützt Ihre Herkunftsserver vor einer Überlastung durch Benutzeranfragen.

Im Grunde genommen basiert ein CDN für Video-Streaming auf den gleichen Prinzipien wie ein CDN für die Übertragung von Webdateien:

  • Es ist ein Reverse-Proxy zwischen einem Server und einem Client
  • Es läuft über das HTTP-Protokoll
  • Verteilte Server minimieren die Latenzzeit für Benutzer

Der Anwendungsfall eines CDNs bestimmt genau, wie es funktioniert und welche Leistungskriterien es erfüllt. Lassen Sie uns diese in den nächsten Abschnitten näher betrachten.

CDN für Video-on-Demand-Streaming

Video-on-Demand bezieht sich auf eine Situation, in der Sie eine große Datei haben, die hochgeladen und über das Internet an Ihr Publikum geliefert werden muss, damit dieses Ihre Datei ansehen kann, wann immer es will. Ein CDN löst die Herausforderung der Multi-GB-Dateiübertragung, indem es die Datei in kleinere Segmente (oder „Chunks“) zerlegt und Dateikopien auf CDN-Servern erstellt. Die verteilten Kopien stehen den Benutzern dann bei Bedarf zur Verfügung. Sie werden im Player/Browser mit minimalen Verzögerungen und reduzierter Pufferzeit wieder in der richtigen Reihenfolge zusammengesetzt.

Ein CDN zerlegt das hochgeladene Video in kleine Segmente und kopiert es auf alle CDN-Server. So wird es dem Client zugestellt
Abbildung 1. Funktionsweise des CDN für Video-on-Demand-Streaming

Diese Architektur spart die Bandbreite und die CPU-Ressourcen des Urhebers ein, da die Benutzeranfragen nach den Inhalten auf den CDN-Servern beendet werden und die Netzwerkkapazität des CDN den enormen Traffic bewältigen kann. Auf diese Weise bleibt der Videostream für die Endbenutzer verfügbar, und es kommt zu keinen Unterbrechungen des Zuschauererlebnisses.

CDN für Livestreaming

In einem Livestreaming-Szenario haben wir das Video nicht als einzelne Datei. Stattdessen ist das Video ein fortlaufender Strom von Videosegmenten, die auf dem Herkunftsserver erscheinen. Da das Video in Echtzeit erstellt wird, ist es unmöglich, eine Kopie der gesamten Datei auf CDN-Servern zu erstellen.

In diesem Fall kann ein CDN nur einige wenige Videosegmente gleichzeitig auf seinen Servern zwischenspeichern, und das auch nur für einen sehr kurzen Zeitraum. Das reicht jedoch aus, um die Inhalte an alle bestehenden Client-Verbindungen zu verteilen. Solange das Livestreaming läuft, empfangen die CDN-Server die Teile dieser Übertragung und senden sie sofort aus.

Während eines Livestreams legt ein CDN eine begrenzte Anzahl von Segmenten vorübergehend im Cache ab und verteilt diese an die Endnutzer
Abbildung 2. Funktionsweise des CDN für Livestreaming

Live-Streaming in CDN verwendet den gleichen Ansatz wie eine reguläre HTTP Auslieferung: Die Anfragen der Kunden für die Videosegmente sind weniger weit zu reisen, da sie auf den Kantenservern statt auf dem Ursprung beendet werden. Da ein Broadcasting-Prozess einen One-to-Many-Ansatz impliziert, besteht der Zweck des Proxys via CDN in diesem Fall darin, eine Überlastung des Herkunftsservers zu verhindern, während gleichzeitig ein großes Publikum erreicht wird.

Die wichtigste Leistungskennzahl für ein CDN beim Livestreaming ist die Geschwindigkeit, mit der die Caching-Server den Traffic durchleiten können. Je weniger Zeit sie dafür benötigen, desto besser. Im Allgemeinen halten wir eine Latenzzeit von unter vier Sekunden für ein gutes Resultat, aber die Produkte von Gcore können in einigen Fällen eine Latenzzeit von nur 0,3 Sekunden bieten.

CDN für Echtzeitkommunikation

RTC-Server (Real-time communication) nehmen den Stream von jedem Teilnehmer der Videokonferenz entgegen und übertragen ihn weiter. Diese Art von Architektur besteht lediglich aus einem Cluster von weltweit verteilten Servern ohne Caching-Funktionen für Inhalte. Streng genommen haben wir für die Echtzeitkommunikation also keine CDN-Funktionalität. Stattdessen verwenden wir eine spezielle Infrastruktur und Frameworks (wie WebRTC), die UDP (User Datagram Protocol) nutzen, um Daten auf dem schnellstmöglichen Weg zu übertragen.

Bei der Echtzeitkommunikation akzeptieren WebRTC-Server den Stream und übertragen ihn erneut
Abbildung 3. Wie WebRTC-Server einen Videostream an Clients weiterleiten

UDP ist ein verlusttolerantes Protokoll mit geringer Latenz, das sich perfekt für die speziellen Anwendungsfälle der Echtzeitkommunikation eignet. Echtzeitkommunikation funktioniert gut über UDP, da dieser Ansatz geringere Anforderungen an die Datenintegrität stellt. Beim RTC-Streaming ist es besser, die Videoqualität zugunsten der Echtzeit-Interaktion zwischen den Sprechern zu opfern. Um die Zuschauer zufriedenzustellen und Videoverzerrungen zu vermeiden, muss die Netzwerkqualität für RTC-Dienste eine gute Konnektivität und ein geringes Risiko von Netzwerküberlastungen aufweisen.

Anforderung an die Video-Streaming-Infrastruktur

Endbenutzer erwarten die bestmögliche Qualität, wenn sie Ihre Videos ansehen, unabhängig von ihrem Gerät, ihrem Standort oder ihrer Umgebung. Wenn sie ihren Ansprüchen nicht genügen, werden sie sich schnell nach anderen Videoinhalten umsehen.

Aus diesem Grund ist es wichtig, eine Video-Streaming-Infrastruktur zu schaffen, die genau das bietet, was die Benutzer wünschen: die höchstmögliche Auflösung, keine Verpixelung, kein Zerhacken oder Echo und sofortige Wiedergabe ohne Verzögerung. Lassen Sie uns untersuchen, was die einzelnen Endbenutzerkennzahlen aus der Sicht der Infrastruktur erfordern.

ZuschauererfahrungBackend-Parameter
Hohe Auflösung
  • Umfang der Netzkapazität
  • Fähigkeit, eine Videodatei als Segmente zu liefern
  • Entfernung zwischen Server und Zuschauer
Schnelle Pufferung und ruckelfreie Wiedergabe
Schnelle Navigation
Sofortige Wiedergabe
  • Entfernung zwischen Server und Zuschauer
  • Netzwerkkonnektivität (Anzahl der Peering-Partner und Routing-Mechanismen)
RTC-Video-Integrität
  • Netzwerkkonnektivität (Anzahl der Peering-Partner und Routing-Mechanismen)
Video-Verfügbarkeit
  • Abschirmung der Herkunft vor einer Lawine von Benutzeranfragen
  • Umfang der CDN-Netzkapazität
Minimale Verzögerung für Live-Events
  • Geschwindigkeit der Übertragung von Videosegmenten durch den CDN-Server

Anhand dieser Liste von Backend-Parametern können wir nun die grundlegenden Anforderungen an einen CDN-Dienst für Video-Streaming definieren.

1. Bessere Abdeckung in Ihren Zielregionen

Normalerweise sind die Zielgruppen nicht gleichmäßig über den Globus verteilt. Das bedeutet, dass in einigen Regionen aufgrund einer höheren Nutzerkonzentration eine höhere Bandbreitennachfrage besteht. In diesen Regionen mit starker Nachfrage haben sämtliche Änderungen an Ihrer lokalen Backend-Infrastruktur (ob gut oder schlecht) erhebliche Auswirkungen auf die Benutzerfreundlichkeit.

2. Erweiterte Netzwerkkapazitäten

Es gibt eine klare Korrelation zwischen der Größe der Videodatei und der Netzwerkkapazität. Um hochauflösende Inhalte für Hunderttausende von Zuschauern weltweit bereitzustellen, muss Ihr CDN-Netzwerk Dutzende von Gigabits pro Sekunde übertragen. Wenn die Streaming-Inhalte die Bandbreite Ihres Netzwerks überschreiten, ist die Qualität Ihres Video-Streamings für die Endbenutzer stark beeinträchtigt.

Ein weiteres aussagekräftiges Merkmal des Netzwerks ist die Verbindungsfähigkeit. Dies bezieht sich darauf, wie gut Ihre Infrastruktur mit Ihren Internet-Anbietern, Internet-Knoten und anderen autonomen Systemen im Internet vernetzt ist. Je mehr Verbindungen Ihr Netzwerk hat, desto höher ist die Anzahl der optimalen Routen und desto niedriger ist die TTFB, die Sie Ihren Kunden bieten können. Die Anzahl der Verbindungen wirkt sich auch auf die Qualität der Echtzeitkommunikation aus, wenn diese über Ihr Netzwerk läuft.

3. Abschirmung der Herkunft

Die Echtzeitkommunikation ist eine Herausforderung, wenn Sie Videos über Dutzende von CDN-Servern streamen müssen. Mehrere Verbindungen zu Ihrem Herkunftsserver könnten dessen Rechenressourcen und Netzwerkbandbreite überlasten, was zu einer Überlastung des Netzwerks und zur Abschaltung des Servers führen kann. Der effizienteste und einfachste Weg, eine solche Katastrophe zu verhindern, ist die Einrichtung einer zweiten Cache-Schicht zwischen dem Herkunfts- und den Edge-Servern. Dies bezeichnen wir als Abschirmung der Herkunft.

4. Live-optimierte Caching-Mechanismen

Bei Livestreaming-Anwendungsfällen besteht das wichtigste Leistungskriterium darin, die Zeitspanne zwischen dem Geschehen in der Realität und dem Eintreffen auf den Geräten der Benutzer zu verkürzen, was als Latenz bezeichnet wird. Hier sind einige Techniken, wie Sie die Latenzzeit auf CDN-Servern verbessern können.

  • Protokolle mit niedriger und extrem niedriger Latenzzeit. Die Verwendung von Streaming-Protokollen mit extrem niedriger Latenz wie HESP kann die Verzögerungen bei Live-Übertragungen um bis zu 0,5 Sekunden verringern.
  • RAM-basiertes Caching für Livestreaming. Da RAM eine schnelle Speichereinheit ist, erfolgen damit Ihre Eingabe- und Ausgabeoperationen auf den Edge-Servern blitzschnell.
  • Mikrosegmentiertes Caching. Die Bereitstellung eines Videos in Form von Mikrosegmenten minimiert die Latenzzeit beim Livestreaming, da der Client nicht darauf warten muss, dass große Videosegmente vom Caching-Server heruntergeladen werden.

5. Zusätzliche Funktionen für Kunden

Obwohl die Kernfunktionen eines Video-CDN in seinen grundlegenden Infrastrukturmerkmalen enthalten sind, benötigen Sie in manchen Fällen mehr als nur einen Dienst zur Bereitstellung von Inhalten. Da sich Videos zu einem wichtigen Online-Medium entwickelten, versuchen immer mehr Unternehmen, ihr Potenzial für kommerzielle und unterhaltsame Zwecke zu nutzen. Dies erfordert ein vereinfachtes Full-Service-Video-Streaming von Cloud-Service-Anbietern.

Eine sofort einsatzbereite Video-CDN-Lösung sollte Videokomprimierung, Transkodierung, adaptive Bitrate, Videospeicherung und HTML-Player enthalten, damit Kunden einen Streaming-Prozess einrichten können, ohne dass sie dafür eigene Experten für Systemtechnik benötigen.

Multifunktionale Plattform für Video-Streaming

Wir haben bereits erwähnt, dass ein Video-CDN zwei verschiedene Bedeutungen haben kann:

  1. Ein CDN-Dienst nur für die Bereitstellung von Videos
  2. Eine vollwertige Lösung für den gesamten Video-Streaming-Prozess

Lassen Sie uns nun diese zweite Art von Dienst näher betrachten. Um zu erklären, wie eine multifunktionale Lösung für Video-Streaming funktioniert, sollten wir die Inputs und Outputs des Prozesses definieren. In der Regel umfasst der Input eine rohe Videodatei oder einen Stream, ohne vorherige Umwandlung und unter Verwendung einer speziellen Software. Was den Output betrifft, so könnte dies ein angepasster HTML-Player innerhalb Ihres Webdienstes oder eine stotterfreie Live-Sitzung für Ihr weltweit verteiltes Team sein.

Ein durchgängiger Prozess für eine Video-Streaming-Plattform umfasst Input, Kodierung/Transkodierung, CDN und Output
Abbildung 4. Wie eine Plattform für End-to-End-Video-Streaming funktioniert

Multifunktionale Video-CDN-Dienste wie dieser ermöglichen es auch Anwendern ohne technisches Fachwissen, ihre Videos einem großen Publikum zur Verfügung zu stellen – ohne sich Gedanken über Kompatibilität, Skalierbarkeit oder systemtechnische Probleme machen zu müssen. Dies macht Video-Streaming für eine Vielzahl von Kunden zugänglich und hilft, den Wert ihrer Produkte mit Leichtigkeit zu steigern.

Video-CDN von Gcore

Wir bei Gcore wissen, wie wichtig ein positives Zuschauererlebnis für die anspruchsvollen Verbraucher von heute ist, unabhängig vom jeweiligen Format. Wir wissen, wie schwierig und frustrierend es sein kann, Video-Streaming bereitzustellen, insbesondere für Teams, die über kein spezielles internes Fachwissen verfügen.

In dem Bestreben, das Internet zu einem besseren Ort für alle zu machen, haben wir unsere Edge-Infrastruktur für die Bereitstellung von Videostreams für ein großes, weltweit verteiltes Publikum optimiert. Als Full-Service-Provider haben wir eine multifunktionale Streaming-Plattform entwickelt, damit sich unsere Kunden nicht um ihr Backend kümmern müssen, sondern ihre Ideen verwirklichen können.

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