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🌐 CDN : Content Delivery Network

CDN의 등장 배경

CDN의 초기 기술 개발은 미국에서 집중적으로 이루어졌는데 그 이유는 미국의 지역적 특성에 있다. 미국은 땅이 워낙 넓어서, 중간 네트워크에서 서버 문제가 발생하거나 네트워크에 문제가 생기면 속도가 저항도 없이 곤두박질치기 십상이었다. 또한, 동부와 서부를 연결하는 중부지방에 네트워크가 집중되어 형성된 미들 마일 구간에서 쏟아지는 전송 에러와 중간 손실 문제도 있었다. 이에 1999년, 미국의 여러 회사가 CDN 서비스의 첫걸음을 디뎠다.

CDN이란?

CDN(Content Delivery Network)은 지리적으로 분산된 서버들을 연결한 네트워크로서 웹 콘텐츠의 복사본을 사용자에 가까운 곳에 두거나 동적 콘텐츠(예: 라이브 비디오 피드)의 전달을 활성화하여 웹 성능 및 속도를 향상할 수 있게 합니다. (IBM)

CDN은 Content Delivery Network의 약자로, 물리적으로 멀리 떨어져 있는 전 세계 사용자에게 콘텐츠를 빠르고 안전하게 제공하기 위해 고안된 기술이다. 이를 통해서 콘텐츠의 병목현상*을 피할 수 있다.

병목현상?
'bottleneck'의 의미를 가지는 '병목'은 병의 목 부분처럼 넓은 길이 갑자기 좁아지는 형태를 연상시킨다.
컴퓨터 성능 저하 현상을 의미하는 병목현상은, 엄청난 양의 데이터를 순식간에 내보내더라도 이를 순식간에 처리해 내지 못해 성능이 떨어지는 현상이다. 즉, 담을 수 있는 데이터의 양은 적으나 한꺼번에 많은 양의 데이터가 유입됨으로써 컴퓨터가 느려지는 현상을 말한다.

CDN 기술의 역사

• 1세대 : 1세대 CDN 서비스는 유일한 두 가지 콘텐츠 유형인 동적 및 정적 콘텐츠 전달에 주로 중점을 두고, 지능형 네트워크 트래픽 관리 및 데이터 센터 복제의 네트워킹 원칙에 초점을 맞췄다.
• 2세대 : 오디오 및 비디오 스트리밍 서비스에 중점을 둔 CDN이 등장했다. 모바일 사용자에게 웹 사이트 콘텐츠를 제공하는 길을 열었고, 클라우드 컴퓨팅 기술과 P2P 네트워크를 사용해 콘텐츠 전송을 가속화했다.
• 3세대 : 여전히 발전 중인 현재 세대의 CDN이다. 3세대 CDN은 대역폭 소비를 관리하는 엣지 컴퓨팅에 초점을 맞추고 있다.

클라우드 컴퓨팅? P2P 네트워크? 대역폭? 엣지 컴퓨팅?

• 클라우드 컴퓨팅 : IT 리소스를 인터넷을 통해 제공하고 사용한 만큼만 비용을 지불하는 방식의 서비스
• P2P 네트워크(peer-to-peer network) : 양방향 파일 전송 시스템. 중앙에 서버를 두고 통신하는 Server-based 방식과 달리, 클라이언트 컴퓨터끼리 직접적으로 통신하는 방식을 말한다.
• 대역폭(bandwidth) : 일정한 시간 내에 데이터 연결을 통과할 수 있는 정보량의 척도
• 엣지 컴퓨팅(edge computing) : 사용자 또는 데이터 소스의 물리적인 위치나 그 근처에서 컴퓨팅을 수행하는 것

CDN의 이점[특성]

• 페이지 로딩 시간 단축 : 본 서버 [Origin Server] 에서 콘텐츠를 제공하지 않고 가까운 CDN 서버에서 콘텐츠를 제공하므로 페이지 로딩 시간을 단축시킬 수 있다. 또한 본 서버와 CDN 서버 간의 통신은 신뢰할 수 있기에 연결 과정이 단순화되어있어 콘텐츠를 주고받는 속도가 빠르다.
• 대역폭 비용 절감 : 캐싱 및 최적화를 통해 본 서버에서 제공하는 데이터의 양을 줄일 수 있기에 비용을 절감할 수 있다.
• 콘텐츠 가용성 : CDN을 통해 트래픽을 분산시켜 서버의 로드를 줄일 수 있고, 하나의 CDN 서버가 중단되더라도 다른 CDN 서버가 대체할 수 있다.
  (이는 WAS에서 다루었던 '장애 극복 기능'으로 이해할 수 있겠다.)
• 웹사이트 보안 강화 : DDoS* 공격으로 인해 발생되는 많은 트래픽은 CDN에 의해 분산되기 대문에 본 서버의 과부하를 막을 수 있다.
• 콘텐츠 암호화 : CDN에서 콘텐츠를 한 단계 더 암호화할 수 있다.

DDoS 공격?
Distributed Denial-of-Service의 약자로 직역하면 "분산 서비스 거부" 공격이다. 이는 인터넷 트래픽의 폭주로 공격 대상이나 그 주변 인프라를 압도하여 정상적인 트래픽을 방해하는 악의적인 시도를 말한다.

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📡 CDN의 동작

CDN의 원리

만약 우리나라에 있는 사람이 미국에 있는 서버로부터 이미지나 파일 등을 다운로드하려고 한다면 시간이 오래 걸릴 것이다.

이런 경우, 서버를 분산시켜 캐싱*해두고 사용자의 콘텐츠 요청이 들어오면 사용자와 가장 가까운 위치에 존재하는 서버로 매핑시켜 요청된 콘텐츠의 캐싱된 내용을 내어주는 방식으로 빠르게 데이터를 전송할 수 있게 된다.

만약 서버가 파일을 찾는 데 실패하는 경우, CDN 플랫폼의 다른 서버에서 콘텐츠를 찾은 다음 응답을 전송한다.

이때 CDN의 동작을 살펴보면 다음과 같은 규칙으로 수행된다.

• 최초 요청은 서버로부터 콘텐츠를 가져와 고객에게 전송하며 동시에 CDN 캐싱장비에 저장한다.
• 최초 요청 이후로의 요청은 CDN 에서 지정하는 해당 콘텐츠 만료 시점까지 캐싱된 컨텐츠를 전송한다.
• 자주 사용하는 페이지에 한해서 캐싱되며, 해당 콘텐츠 호출이 없을 경우 주기적으로 삭제된다.
• 서버가 파일을 찾는데 실패하는 경우 CDN 플랫폼의 다른 서버에서 콘텐츠를 찾은 다음 엔드유저에게 응답을 전송한다.
• 콘텐츠를 사용할 수 없거나 오래된 경우 CDN은 향후 요청에 대해 응답할 수 있도록 새로운 콘텐츠를 저장한다.

CDN 캐싱 방식

• Static Caching
  - Origin Server에 있는 Content를 운영자가 미리 Cache Server에 복사해두어 사용자가 Cache Server에 Content 요청 시 무조건 Cache Server에 있다.
  - 대부분의 국내 CDN에서 이 방식을 사용 (게임 클라이언트 다운로드 등)
• Dynamic Caching
  - Origin Server에 있는 Content를 운영자가 미리 Cache Server에 복사하지 않음
  - 사용자가 Content를 요청 시 해당 Content가 없는 경우 Origin Server로부터 다운로드해 전달한다. 있는 경우에는 캐싱된 Content 전달
  - 각각의 Content는 일정 시간 이후 Cache Server에서 삭제될 수 있다.

CDN의 처리 과정

1. 사용자는 웹 브라우저를 통해 URL 주소 입력
2. DNS(Domain Name System) 캐시는 해당 URL의 IP 주소가 없다면 DNS 서버에 질의
3. DNS 서버는 가장 가까운 또는 트래픽이 적은 CDN 서버의 IP 주소 반환
   4-1. CDN 서버에 클라이언트 HTTP 요청
   4-2 CDN에 콘텐츠가 존재하지 않는 경우 본 서버에 요청
4. 본 서버에서 CDN 서버에 콘텐츠 전송(Response), CDN은 해당 콘텐츠를 캐싱하여 복사본 저장 ->다음 방문자는 본 서버에 요청하지 않고 CDN 서버에 요청하여 CDN 서버에서 응답을 보낸다.
5. 브라우저는 Response를 받음
6. 사용자가 보기 편하도록 렌더링하여 정보 제공

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📝 정리하기
간단히 말해, CDN : Content Delivery Network는 물리적으로 먼 거리의 유저에게도 콘텐츠를 빠르게 전송하기 위해 중간에 서버를 두는 기술이다.