cdn加速原理？网站为什么要用CDN？

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什么是CDN？

CDN（Content Delivery Network）也叫内容分发网络，此技术旨在降低带宽消耗，减少延迟，在网络负载时体现路由的可扩展性。

直观上体现在应用程序或网页的提速，改善应用服务器压力的同时提高用户体验。

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为什么要用CDN？

传统单一站点，以及流媒体的访问并发量受带宽限制和服务器性能等因素限制，无限扩容虽能及时缓解瓶颈压力，但是治标不治本，还会有资源浪费的嫌疑。因此在网络“基建”已搭建好的情境下，如何对数据流进行规整，实现既能节省带宽又能减少对服务器性能依赖成为了一种新思路。

CDN技术由此应运而生。对源站页面内容进行缓存，打破跨地域、跨运营商用户访问的壁垒，同时缓解了企业带宽和服务器承载压力，加快应用的响应速度，为用户带来卓越的交互体验。

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CDN加速原理

CDN通过建立多个节点，将源站内容更新并下发、缓存到全部节点。当用户请求资源时，CDN根据就近原则，将距离用户最近的节点作为缓存服务器下发资源。

图｜CDN架构示例

CDN主要从两点体现加速价值，一是提高网络的连接性，二是从网络根本的性能上。下面会根据这两方面分别介绍CDN的功能。

炫酷技术——提高网络连接性

影响网络连接性的因素有很多，可以把数据传输过程想象成排水系统，不同类型的数据则可以理解为排水系统中不同的物质，所以在排水时有两类问题就需要工厂来明确。

• 从源头来考虑：

  排放机制是否需要时时刻刻都进行，还是在中继处攒到一定容量再统一排放。

• 从中间环节来考虑：

  排水系统的大体积物质若是过大是否会堵塞通道，因此也要考虑物质压缩问题。

这些问题都可以被形象地类比为数据传输中遇到的问题。工厂第一个排放机制的问题等同于HTTP请求的处理，无论是网络带宽，还是浏览器可容纳的TCP并发量，都是有阀值限制的，因此需要一些手段合理降低客户端请求数。第二个问题等同于数据传输中大文件的处理方式，是要统一进行压缩还是增加“排队”的长度。

值得欣慰的是，当前CDN的技术可以很好地解决数据传输中的问题。下面5点是从CDN在提高网络连接性的方面应用的技术和算法。

1.     对HTTP头部实现缓存策略

如果相同版本的HTTP页面一直在被加载，无论对于源站服务器还是客户端都等于做了很多“无用功”。因此CDN会自主学习，将该HTTP页面当成是“静态页面”，并缓存到CDN的缓存服务器上。等用户再请求相同资源的时候，CDN代替源站服务器，直接返回已进行缓存的资源，节省了进行相同运算的处理时间。带给用户的直观感受就是程序或网页响应快。

此外，CDN可以直接重写HTTP的缓存标头，对是否缓存、缓存时间、强制缓存，将源站资源缓存在CDN节点上，完全根据用户需求进行定制化部署。

2.     减少HTTP请求

从网络层面讲，每请求一个网页资源就需要发起一个HTTP请求，当请求数过多时就会造成首字节时间（TTFB）的延长。因此页面元素越多，也就越消耗时间来加载资源。造成的结果就是，用户打开内容丰富的页面，反而引起了5s焦虑，因此放弃继续访问[]。丢失用户这对于应用来说，无异于是巨大的损失。

CDN可通过整合资源从而减少资源的HTTP请求，从而加快用户加载页面所消耗的时间。

图｜CDN进行HTTP资源整合示例

3.     HTML内容压缩

通常HTML会对整个内容进行压缩，压缩后的文件越大，浏览器在进行解压缩并传递给用户的时间就会越长，而影响解压缩时间的因素与采取的压缩工具有关。在对GZIP、BZIP、LZMA等压缩方式进行对比之后发现，GZIP对内容的压缩量相对较大[2]，且GZIP的压缩和解压缩时间都相对较小[3]，因此GZIP为当前最为普遍的压缩方式。

CDN可以对HTML进行GZIP压缩，最大程度优化因为网页内容的压缩和解压缩影响下的TTFB。

4.     图片加载

常规的图片压缩方式分为三种：

第一种是有损压缩，将图片的质量降低，从而减少图片大小；

第二种是将图片变成像素模式，并同时将图片优化，使其看起来更好看而不是全部由像素点构成的图片，从而减少浏览器加载图片的时间；

第三种是将栅格式的图片全部变成矢量图，从根本上减少图片大小，同时维持高质量的视觉效果。

CDN则利用第三种方式，在无损图片质量的同时最大程度减少图片大小。因此图片越大，越能体现CDN对于图片处理的优越性。

5.     SSL连接

图｜CDN双向加密示例

①　安全性

数据传输当然不可忽视数据加密问题，在使用CDN过程中涉及两阶段SSL加密过程。优秀的CDN服务商，在用户和CDN交互过程使用的是CDN提供的经由CA认证的高等级A+证书。因此通常情况下用户与CDN节点的缓存数据进行交互过程是安全可控的。而CDN访问源站的过程是需要自行按需部署SSL证书，所以保证了数据在CDN和源站进行交互的过程也是加密的。

除此之外，CDN还可提供HTTP严格传输安全协议( HSTS )技术。即CDN可统一对接入的源站域名进行管理，使该域只能通过SSL/TLS进行访问。但是因为有些应用在https进行访问后会重定向到http，若应用HSTS，则有可能会影响部分功能，因此HSTS技术还是根据用户需求按需部署。

②　高效

当client请求数据的时候，本质上是通过与CDN边缘节点服务器进行交互，而CDN边缘节点服务器再定期或根据用户需求向源站进行数据同步或预取。在用户与CDN进行数据交互过程中，CDN提供keep alive机制。当用户请求资源时，CDN支持短时间的开放连接，使用户无需重复与CDN节点建立连接，从而减少了SSL反复建立连接过程中浪费的时间。

稳固地基——改善网络性能

CDN是否优秀，一方面体现在对于改善网络连接所使用的多种技术。但是无论提供的技术有多智能、多便捷，CDN的立足之本都是节点的物理位置选择和整体网络的架构部署。就好比搭建房子，根基稳了才能在上层建筑上凸显个性。因此CDN的根基主要是从网络的数据传输方式、路由策略和运营商的选择来衡量的。

1.     拯救运维工程师睡眠的技术——任意播(Anycast)

网络环境中，数据从客户端到服务器的通信方式有多种选择，常见为单播、组播、广播。

• 单播(Unicast)是指一对一的通信方式，只有客户端发起了请求服务器才会发送数据流。这种方式最为广泛，常见的TCP就是属于单播模式。更直观来讲，用户发送邮件、浏览网页就是单播最好的体现，即点对点传输。

• 组播(Multicast)是指一对多的通信方式，但是只发给特定“组”的用户，当下视频会议、流媒体等资源多数采用组播方式。形象的比喻是用户在油管上关注了一个播主，那么这个播主更新的内容会自动推送到订阅该播主的用户上。不在这个订阅组的用户将收不到更新的推送。那么“组”的这个概念就很好理解了。

• 广播(Broadcast)也是一对多的通信方式，只不过相较于组播，广播是发给广播域里面所有用户。因为用户只能是被动接受，若是再加上网络结构设计不合理，因此才会有“广播风暴”这种网络故障存在。

然而任意播(Anycast)的产生则是概念性的突破。任意播是由IPV6衍生出的一个技术，即通过“就近原则”，向最近节点发送数据的方式。那么问题来了，网络又不像实际路况，到某一个节点路由器时，面对新解锁的地图它怎么知道谁最近呢？尤其涉及到全球范围，每一个国家的路由是不会让别人摸清的，那依靠任意播的CDN、DNS是怎么工作的呢？

答案就是利用BGP。不同地域之间靠边缘ISP将路由告知给邻居节点，从而实现了将保密区域内部结构私有化，同时不同地域之间又能互通。

CDN便是依托于该特点，在全球节点互通互联的基础上，向全球用户提供加速服务。

图｜CDN路由选择示例

2.     运营商强强联合

CDN选取的运营商线路所影响的加速效果远比CDN提供的技术性能优化明显得多。一般来讲，一级运营商的专线质量以及节点位置、数量会远远高于二、三级运营商。因此为保证运营商效益，一级运营商会在不同地域构成一个类似于联盟性质的“一级运营商俱乐部”，在稳固了自己的市场占有率同时，又保证彼此通过联盟而向用户提供最优的链路质量。与此同时，优质CDN则会协议使用“一级运营商俱乐部”提供的链路，将加速效果最大化。

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总结

通过CDN的灵活部署，在节省了互联网出口带宽的同时，为业务带来了更多的可能性。不用再顾虑大文件、高清音频是否会出现严重卡顿现象，不再考量其他地域用户是否有时延问题等。应用CDN不但为业务免除了数据传输的影响因素，而且带来了卓越的用户体验，让业务可以更加专注于应用的开发以及客户群体的定位。

作为当前已经使用CDN的业务，现在是不是已经开始偷着乐了呢。