최근 들어 YouTube가 비디오 전달 방식을 지속적으로 변경/진화시키고 있다. 작년까지는 HTTP Progressive Download 방식(마치 데이타 파일을 다운로드하듯이 하나의 비디오 파일을 한 번의 요청으로 다운로드함)의 대명사가 YouTube였는 데 올해 들어 다양한 변화 (Chunk 방식으로 전환, Adaptive Streaming 적용)를 꾀하고 있다. 

이 블로그글에서는 그 중에서 "Chunk 방식으로 전환"에 관해 살펴보도록 한다.  

1. 기존의 YouTube 비디오 전달 방식

기존 (2013년 4월 이전)의 YouTube의 단말 유형별/해상도별 비디오 파일 요청 및 전달 방식은 아래 표와 같다.

이번 블로그 글에서는 단말이 PC인 경우를 살펴본다. 

기존 방식에서는 PC에서 시청할 수 있는 비디오 파일의 해상도는 1080p, 720p, 480p, 360p, 240p, 144p이며 이중에서 360p만 Chunk 단위로 비디오 파일을 요청하고 받아간다. 나머지 해상도의 파일은 한번의 요청 (HTTP GET)으로 전체 파일을 한번에 다운로드 받아 간다.

이에 대한 자세한 내용은 넷매니아즈 기술 문서 "YouTube 비디오 요청 및 전달 방식 분석 (360p, 720p)"를 참조하면 된다. 

2. 무엇이 어떻게 변경되었나? (Progressive Download의 종말)

작년까지는 각 해상도(1080p~144p)의 파일들이 모두 비디오와 오디오가 믹싱된 파일로 하나의 파일만 전달받으면 영상과 음성의 재생이 가능한 데, 올해4월부터는 비디오 파일과 오디오 파일이 분리되어 두 개의 파일을 다운로드 받아야 한다는 점이 우선 눈에 뜨인다. 

보다 중요한 변화는 HTTP Progressive Download 방식에서 Chunk 방식으로 변경되었다는 점이다. 여기서 Chunk는 HLS (Apple사의 HTTP Live Streaming) 방식처럼 하나의 동영상 파일을 서버에서 미리 여러 개의 조각으로 잘라 놓고 각 조각을 별도의 파일(1.ts, 2.ts, 3.ts,...)로 저장해놓는 (Real) Chunk가 아니라, 단말이 그때 그때 필요한 동영상 파일의 부분을 Range Request (range=0-4227071, range=4227072-8454143,...)를 통해 받아 오며 이 요청된 조각이 (Virtual) Chunk이다. 따라서 YouTube 서버에서 해상도당 하나의 파일만 저장하고 있으면 되므로 파일의 관리가 매우 용이하다.   

아래 그림은 해상도가 720p인 동영상을 시청할 때 비디오 파일의 다운로드 패턴의 변화를 보여주고 있다. 변경 전 [BEFORE]에는 한번의 요청 (HTTP GET)을 통해 88.8MB의 전체 파일을 다운로드 받는다. 실측한 그림에서는 재생시간이 4분 12초인 강남스타일 720p 파일을 40초만에 모두 다운로드 받음을 볼 수 있다. 만약 이용자가 40초쯤 보다가 나가도 전체 분량이 PC에 들어와 있는 것이고 (1) YouTube 서버는 이용자가 보지 않는 4분12초 - 40초어치의 동영상 부분을 열심히 PC로 밀어 넣어 준것이다. (2) 또한 YouTube 서버는 비디오 파일 전달시 적절한 Pacing(Throttling)을 걸어 초기 분량만 최대 속도로 전달해주고 일정 분량이 PC로 전달되고 난 후에는 전달율을 낮게 조정함을 볼 수 있다.  (1), (2) 모두 YouTube 서버의 부하로 작용한다. 

변경 후 [AFTER]의 컨텐츠 요청 및 전달 패턴을 보면 초기에 3~4개 정도의 Chunk를 Back-to-Back으로 요청해서 받아 수신 버퍼를 채우고 이 후 약 20초에 한 번꼴로 나머지 Chunk들을 요청하여 받아 감을 볼 수 있다. 시청 중 나가면 단말은 추가적인 Chunk 요청을 하지 않고 이로 인해 실제 시청한 분량 정도만 다운로드 받게 된다. YouTube 서버는 변경 전보다 널널해진다. Streaming (RTSP)과 비슷해진 것이다. 

YouTube 스트리밍 방식의 변화 (이용자가 해당 해상도를 선택했을 때)

왜 이렇게 바꾸었을 까?

기존의 파일 단위의 HTTP Progressive Download 방식은 모바일 환경뿐만 아니라 유선 PC 환경에서도 다양한 문제점들을 발생시키는 데, 위 그림에서 보듯이 4분 12초짜리 동영상을 40초만에 다운로드하므로 1분 정도 보고 나가는 이용자의 경우에도 4분 12초어치의 동영상 파일이 YouTube 서버를 통해 전달된다. 

이용자가 시청하지 않은 분량에 대해서도 YouTube 서버는 PC로 전달해준다. 그러나, 변경 후의 스트리밍 패턴을 보면 단말 (PC)가 이용자가 시청을 하면 지속적으로 Chunk를 요청하고 시청하지 않으면 추가적인 Chunk 요청을 하지 않는다. 따라서 YouTube 서버의 부하는 대폭 줄어들게 되며 이는 더 적은 수의 서버로도 더 많은 이용자들에게 스트리밍 서비스를 해줄 수 있게 된다. 

또한 통신사업자의 YouTube 무임 승차 트래픽의 폭증에 대한 불만도 어느 정도 달래줄 수 있을 것이다.   

요약하면 YouTube는 기존에 YouTube 서버에 있던 Intelligence를 단말에 주고 YouTube 서버는 Dummy해지게 만들어 저가의 비용으로 YouTube CDN을 확장할 수 있게 비디어 전달 로직을 전환한 것이다. 

Progressive Download의 종말.....Video Optimization (Video Pacing, etc.) 장비 존재 가치가 민망해짐....Transparent Cache 벤더별 YouTube 캐싱 히트율 변화......통신사업자망내 YouTube 트래픽 감소....

만일 Progressive Download 방식을 쓰던 다른 OTT (기존 상용 CDN이용)도 Chunk 방식으로 바꾸면, 상용 CDN 업체의 수익 감소, OTT는 CDN 이용료 절감....