5G网络推动CDN需求
背景
CDN也称为内容分发网络（content delivery network），是一种缓存机制，它将内容（通常是视频服务）从数据中心共享和加载到用户的网络边缘。互联网在世界范围内的普及也使得互联网承载着越来越多的服务，尤其是上述视频服务。用户经常通过YouTube、STB、OTT和智能手机等平台观看互联网视频内容。传统上，视频内容存储在一个中央数据中心，全球用户蜂拥而至，请求视频服务。这会在数据中心产生大量数据负载，并且会因为终端用户与数据中心之间的距离而增加延迟。
观看者的行为模式通常是相似的，并发生在同一时间、同一区域。例如，一个地区的用户可以同时观看棒球比赛现场直播。如果服务提供商将比赛的视频内容放在尽可能靠近该区域的位置，这将减少数据中心的传输延迟和加载，只有本地内容服务器未提供的视频内容才将被重定向到数据中心。这种架构就是所谓的内容分发网络（CDN），它提供高质量的视频服务，减少延迟和传输，CDN已经在宽带网络中相当流行，5G移动网络将把CDN推向一个新的需求水平。
挑战：5G将带来视频流的爆发
根据Visual Networking Index对全球互联网流量的预测[1]，2022年智能手机使用比例将从2017年的23%上升至50%，其中79%的移动流量为视频格式。5G基础设施的部署将带来更高的带宽，这也将引发对高质量视频服务的更大需求。
然而，移动网络上的视频服务与宽带网络有些不同。首先，各种移动设备的使用意味着各种视频分辨率的回放，视频服务提供商需要对视频分辨率进行转码以适应目标移动设备。其次，移动设备的数量巨大，而且分布在不同的地理位置，因此提供商需要有效的方法来分发视频。最后，传统的移动网络仍然使用数据中心来提供视频内容。为了满足5G世界的视频需求，5G网络基础设施需要一种能够提供低延迟高性能视频转码和分发的CDN架构。
解决方案：vCDN提供低延迟的视频服务
为了满足这些需求，尊龙凯时人生就是搏推出了NSA 7146。它是一款基于第二代Intel®Xeon®可扩展处理器系列的2U机架式网络安全平台，为内容分发网络（CDN）提供了一个工作负载优化平台。NSA 7146还通过完成CDN测试设置列表并符合某些标准（包括以太网数据包处理速度基准、视频转码和视频分发）验证了“英特尔vCDN选择解决方案”。
根据Heavy Reading对CoSPs的调查[2]，32%的人认为MEC（multi-access edge computing，多存取边缘计算）应用中的CDN驱动可以说是最重要的驱动。以智能体育场的观众为例。电信公司提供“多角度移动直播”服务，体育场观众可以在体育场摄像机的4k直播视频之间切换，从不同角度观看比赛，而不是从座位上观看单一画面。当成千上万的观众同时访问这项服务时，它会产生大量的数据流和4k到1080p的视频转码请求。在远离体育场的核心网络中处理视频转码和分发是不切实际的，应该在本地执行，以便提供低延迟的服务。
Figure 1. MEC use case for CDN.
在这个应用案例中，NSA 7146可以是中间CDN平台。NSA 7146已通过“英特尔vCDN选择解决方案”CDN测试设置。为了达到数据包处理基准，CDN平台必须通过DPDK实现来展示性能。这一要求适用于现有的NFVI环境中的VCDN部署，其中小数据包分组转发性能起着重要的作用。
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Test Items
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Benchmark Config
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Expected Values
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NSA 7146 Test Result
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Packet processing L3FWD
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Zero Packet loss test
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90 % Line rate with
Packet Size 256B |
Pass
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RHEL KPI Tests
(25 Gbps NIC) |
PF Pass-through
(L3FWD in a VM) |
90 % Line rate with
Packet Size 256B |
Pass
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SRIOV VF NIC
(L3FWD in a VM) |
90 % Line rate with
Packet Size 256B |
Pass
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Table 1: Packet processing benchmarks.
CDN服务请求以HTTP和HTTPs两种格式执行。在IP CDN基准测试中，平台每秒处理预期请求数的能力至关重要。我们验证了在不同用户数量和请求文件大小下的平台性能。
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Test Items
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Benchmark Config
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Expected Values
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NSA 7146 Test Result
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http (in NVMe SSD)
with 3K users (File Size 1K) |
# of request per sec
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90 % Line rate with
Packet Size 256B |
Pass, without error
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Max CPU Utilization (%)
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60 K
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Max Interface Utilization (GB/s)
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NA
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Avg latency (ms)
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0.181 ms
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https (in NVMe SSD)
with 1K users (File Size 1K) |
# of request per sec
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28 K
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Pass, without error
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Max CPU Utilization (%)
|
< 25 %
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||
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Max Interface Utilization (GB/s)
|
NA
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||
|
Avg latency (ms)
|
0.07 ms
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http (in NVMe SSD)
with 3K users (File Size 10K) |
# of request per sec
|
60 K
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Pass, without error
|
|
Max CPU Utilization (%)
|
< 25 %
|
||
|
Max Interface Utilization (GB/s)
|
NA
|
||
|
Avg latency (ms
|
0.181 ms
|
||
|
https (in NVMe SSD)
with 1K users (File Size 10K) |
# of request per sec
|
28 K
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Pass, without error
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Max CPU Utilization (%)
|
< 25 %
|
||
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Max Interface Utilization (GB/s)
|
NA
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||
|
Avg latency (ms)
|
0.07 ms
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Table 2: IP CDN benchmarks.
Figure 2. Architecture of IP CDN test.
视频转码是实现CDN的关键。正如SmartStadium应用案例中提到的，智能手机需要将4k分辨率转码到1080p，才能稳定播放视频。CDN平台必须具有高效的性能来满足这种转码需求。
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Test Items
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Benchmark Config
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Expected Values
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NSA 7146 Test Result
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H.264 1080p30 to
H.264 1080p30 transcoding, preset=medium |
# of Channels
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10+10(20) streams
@ 1080p, 3+3(6) streams @ 4k |
Pass, without error
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Max CPU Utilization (%)
|
1080p: 91%; 4k:83%
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||
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H.265 1080p30 to
H.265 1080p30 transcoding |
# of Channels
|
8+8(16) streams
@ 1080p, 3+3(6) streams @ 4k |
Pass, without error
|
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Max CPU Utilization (%)
|
1080p: 89%; 4k:91%
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Table 3: Video transcoding benchmarks.
视频分发是分发服务的最后一步。当成千上万的用户同时发出请求时，CDN必须能够稳定的地传送视频。
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Test Items
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Benchmark Config
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Expected Values
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NSA 7146 Test Result
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HLS in SSD
(single video, multi user) |
# of Video streams
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700 users per socket
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Pass, without error
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Max CPU Utilization (%)
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~ 96 %
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Throuthput (GB/s)
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< 25 GB/s per interface
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Table 4: Video streaming/distribution performance benchmarks.
Figure 3. Architecture of video distribution test.
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Test Items
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Specifications
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Server Name
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NSA 7146
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Processor
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2 x Intel® Xeon® Gold 6252 processors at 2.1 GHz
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DRAM
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12 x 32G DDR4 at 2666 MHz
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Network Controllers
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Intel® XXV710-AM2
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Intel® QAT
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C627
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Intel® SATA SSDs
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2* 480GB Intel® SSD SATA
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Intel® 3D NAND SSDs
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4* 2.0T Intel® P4510 NVMe
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LAN on Motherboard
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4 x 10G SFP+
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Software
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Operating System
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RHEL Server 7.6
https://access.redhat.com/ecosystem/hardware/4182101 |
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Caching Frameworks
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NGINX*, Apache Traffic Server (ATS)
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Media Libraries
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FFmpeg, Media Service Studio*, Scalable Video Technology
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Table 5: Detailed vCDN configuration and specifications.
结论
尊龙凯时人生就是搏致力于成为客户的长期供应商，专注于功能强劲的运算和网络技术，帮助客户构建卓越的基础设施，以应对不久的未来5G世界的快速变化。
NSA 7146是一个CDN平台，提供高性能的视频转码和视频分发能力。通过在边缘部署，它还提供低延迟的视频服务。NSA 7146是您构建内容分发网络基础设施以应对5G环境挑战的选择。
参考资料
[1] Cisco. (2019). Cisco visual networking index: forecast and trends, 2017–2022 [White paper]. Retrieved from https://www.cisco.com/c/en/us/solutions/collateral/service-provider/visual-networking-index-vni/white-paper-c11-741490.html
[2] Hodges, Jim. (n.d.) Transforming the edge: the rise of MEC [White paper]. Retrieved from https://www.intel.com/content/dam/www/public/us/en/documents/white-papers/the-rise-of-multi-access-edge-computing-paper.pdf
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