Khi người dùng mở Netflix hay YouTube, dữ liệu video thường không được truyền trực tiếp từ một máy chủ ở Mỹ đến thiết bị đầu cuối. Thay vào đó, nội dung thường được phân phối từ các máy chủ đặt gần người dùng hơn thông qua CDN, hay mạng phân phối nội dung. Cách làm này giúp giảm độ trễ, hạn chế nghẽn mạng và duy trì chất lượng dịch vụ ngay cả khi lượng truy cập tăng mạnh.

Trong bối cảnh hàng chục triệu người có thể cùng lúc xem video hoặc tải game, việc dồn toàn bộ yêu cầu về một máy chủ gốc là không hiệu quả. Khoảng cách giữa người dùng và máy chủ càng xa, dữ liệu càng phải đi qua nhiều tuyến mạng. Khi lưu lượng tập trung vào một máy chủ hoặc một đường truyền, tốc độ có thể giảm đáng kể.

CDN được thiết kế để xử lý bài toán đó. Thay vì chỉ lưu video, hình ảnh hay tệp cài đặt trên một máy chủ gốc, nội dung sẽ được sao chép và phân tán trên nhiều máy chủ đặt ở các khu vực khác nhau. Khi người dùng gửi yêu cầu, hệ thống sẽ ưu tiên máy chủ CDN ở gần nhất để truyền dữ liệu.

Những máy chủ này thường được gọi là máy chủ cache hoặc máy chủ biên. Mô hình này giúp rút ngắn khoảng cách vật lý và khoảng cách mạng giữa dữ liệu với người dùng, từ đó giảm thời gian phản hồi và phân tán lưu lượng vốn có thể dồn lên máy chủ gốc.

Tuy nhiên, không phải mọi nội dung đều luôn có sẵn trên máy chủ gần nhất. Nếu dữ liệu đã được lưu trong cache, hệ thống sẽ gửi ngay cho người dùng. Nếu chưa có, CDN sẽ lấy dữ liệu từ máy chủ gốc hoặc máy chủ trung gian trong hệ thống rồi chuyển tiếp. Điểm cốt lõi là người dùng không phải liên tục truy cập đến máy chủ gốc ở xa mỗi khi yêu cầu cùng một nội dung.

Netflix là một ví dụ điển hình. Công ty vận hành hệ thống CDN riêng mang tên Open Connect. Netflix triển khai các máy chủ Open Connect Appliance, hay OCA, trong mạng của các nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP) hoặc kết nối trực tiếp với máy chủ đặt tại các điểm trung chuyển Internet (IXP).

Khi người dùng phát video, nếu nội dung đã có trên OCA gần đó, dữ liệu sẽ được truyền trực tiếp từ máy chủ này. Theo Netflix, các OCA đặt trong mạng ISP giúp phân tán lưu lượng theo khu vực, đồng thời được bổ sung và cập nhật nội dung định kỳ.

Google, đơn vị vận hành YouTube, cũng sử dụng cấu trúc tương tự. Công ty triển khai Google Global Cache (GGC) trong mạng ISP để cung cấp một phần nội dung của Google tại vị trí gần thuê bao hơn. Theo Google, cách làm này giúp giảm tải cho phần mạng nằm ngoài ISP cũng như các kết nối liên mạng.

Hiệu quả của CDN thể hiện rõ nhất vào thời điểm lưu lượng tăng đột biến. Khi một mùa phim ăn khách được phát hành hoặc một trận đấu thể thao bắt đầu, số người cùng xem một nội dung có thể tăng vọt trong thời gian ngắn. Nếu tất cả yêu cầu đều quay về một máy chủ gốc, điểm nghẽn có thể xuất hiện không chỉ ở máy chủ mà còn trên các tuyến mạng kết nối đến máy chủ đó.

CDN giúp chia tải sang nhiều máy chủ khác nhau. Người dùng ở Seoul có thể nhận dữ liệu từ một máy chủ tại Seoul hoặc ở điểm mạng lân cận, trong khi người dùng ở khu vực khác sẽ được phục vụ từ điểm gần hơn với họ. Hệ thống cũng có thể được thiết kế để chuyển hướng sang máy chủ khác nếu một máy chủ gặp sự cố.

Dù vậy, CDN không thể tự nó loại bỏ hoàn toàn tình trạng giật hoặc dừng hình khi xem video. Chất lượng Wi-Fi, mạng di động, hiệu năng thiết bị và phần kết nối cuối cùng đến người dùng vẫn ảnh hưởng trực tiếp đến trải nghiệm. Vì vậy, các dịch vụ OTT thường kết hợp CDN với công nghệ bitrate thích ứng (ABR) để tự động điều chỉnh chất lượng phát theo trạng thái mạng.

CDN cũng không chỉ là hạ tầng do các nền tảng toàn cầu như Netflix hay Google vận hành. Tại thị trường nội địa, các doanh nghiệp viễn thông và điện toán đám mây cũng cung cấp dịch vụ CDN dựa trên mạng truyền dẫn toàn quốc và hệ thống trung tâm dữ liệu. SK Broadband đang vận hành CDN phục vụ livestream và tải xuống các tệp dung lượng lớn, trong khi KT Cloud cũng cung cấp dịch vụ CDN để phân phối nội dung đến nhiều điểm cùng lúc.

Nhờ sở hữu trực tiếp hạ tầng kết nối đến người dùng cuối, các nhà mạng có lợi thế trong việc đặt nội dung tại các điểm mạng gần thuê bao. Vì thế, CDN và hạ tầng viễn thông có mối liên hệ chặt chẽ, đặc biệt trong việc giảm lưu lượng truyền dẫn đường dài và phân tán tải khi phát sinh truy cập quy mô lớn.

Xét cho cùng, CDN cho thấy yếu tố khoảng cách vẫn rất quan trọng trên Internet. Dù người dùng có thể kết nối đến máy chủ ở bất kỳ đâu, tốc độ và chất lượng dịch vụ vẫn phụ thuộc vào việc dữ liệu phải đi xa đến mức nào và được xử lý ở đâu. Việc có thể nhanh chóng xem video chất lượng cao ngay sau khi bấm nút phát trên Netflix cũng đến từ cấu trúc này: nội dung được phân phối từ các máy chủ CDN đặt gần người dùng hơn.