本周系统设计复习：

  • API 分页：使数十亿产品滚动成为可能
  • 设计直播系统
  • NAT 如何使互联网增长成为可能
  • 必须知道的系统设计构建块

设计直播系统

Mike Tyson vs. Jake Paul 上周在 Netflix 上直播。

让我们分解直播系统的典型技术栈。

直播具有挑战性，因为视频内容以近实时方式通过互联网发送。视频处理是计算密集型的。通过互联网发送大量视频内容需要时间。这些因素使直播具有挑战性。

下图解释了幕后发生什么使这成为可能。

直播系统 8 步骤

步骤 1：主播开始他们的直播。来源可以是连接到编码器的任何视频和音频来源。

步骤 2：为主播提供最佳上传条件，大多数直播平台在世界各地提供存在点服务器。主播连接到离他们最近的存在点服务器。

步骤 3：传入视频流被转码为不同分辨率，并分成几秒长的小视频片段。

步骤 4：视频片段被打包成视频播放器可以理解的不同直播流格式。最常见的直播流格式是 HLS，或 HTTP Live Streaming。

步骤 5：来自打包步骤的生成的 HLS 清单和视频块由 CDN 缓存。

步骤 6：最后，视频开始到达观看者的视频播放器。

步骤 7-8：为支持重播，视频可以选择存储在存储中，如 Amazon S3。

NAT 如何工作

网络地址转换（NAT）是使互联网增长成为可能的过程。

NAT 工作原理

  • 在公司或家庭环境中，多个设备（手机、电脑等）共享一个路由器，具有单个公共 IP 地址
  • 当设备想访问互联网时，它向路由器发送请求。请求包含设备的私有 IP 地址
  • 路由器的 NAT 过程用路由器的公共 IP 替换私有 IP
  • 修改的请求发送到互联网
  • 当响应返回时，NAT 检查其记录并用正确的私有 IP 替换公共 IP。它将响应发送到正确的设备

NAT 的几个重要用途

  • 它帮助节约公共 IP 地址。没有 NAT，IPv4 地址会更快耗尽，严重限制互联网的增长
  • 它允许在多个设备之间共享单个公共 IP 地址
  • NAT 充当基本防火墙，隐藏内部 IP 地址
  • NAT 也使管理大型网络变得容易

系统设计构建块

这些分为 6 大类别：

1. 分布式计算

  • 分布式消息队列：促进异步通信和解耦服务
  • 分布式缓存：通过将频繁访问的数据存储在内存中提高性能
  • 分布式任务调度器：管理和协调任务的执行

2. 可扩展性和性能

  • 扩展服务：帮助调整服务容量以处理需求变化
  • CDN：从地理位置更近的地点服务内容以提高性能并减少延迟
  • 一致性哈希：在添加或移除节点时最小化键的重新映射

3. 服务管理

  • 服务发现：使服务能够找到并相互通信，而无需硬编码网络位置

4. 网络和通信

  • DNS：将人类可读的域名转换为 IP 地址
  • 负载均衡器：在多个服务器之间分发传入网络流量
  • API 网关：充当一组微服务的单一入口点

5. 数据存储和管理

  • 数据库：存储和管理结构化数据
  • 对象存储：帮助存储复杂对象，如图像、视频和文档
  • 分片：帮助水平跨多个节点分区数据
  • 复制：帮助通过将数据复制到多个节点水平扩展数据库

6. 可观察性和弹性

  • 通过指标、日志和追踪获得对系统内部状态的洞察

本文为学习目的的个人翻译，译文仅供参考。

原文链接：EP139: Design a Live Streaming System。

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