CDN是什么？内容分发网络详解 | 加速原理、安全防护与核心优势

最近大家一定经常听到CDN这个词，对于之前没接触过这个行业的人，可能会听的云里雾里，不明所以。

那到底什么是CDN呢？

▉ 简单理解：CDN=数据快递前置仓？

CDN，全称 Content Delivery Network，直接翻译就是内容分发网络，是一种分布式网络架构，旨在提高网站和网络内容的访问速度和稳定性。它通过在全球范围内部署多个边缘服务器，依靠中心平台的负载均衡、内容分发、调度等功能模块，将内容分发到用户所在的最近节点，使用户就近获取所需内容，从而减少网络拥塞、延迟和带宽消耗，提高用户访问时页面的响应速度和命中率，进而提升用户体验。

这样说可能很多人都不理解，那我用一个通俗易懂的方式来说明。

CDN就像京东自营仓储中心（不是广告）。

很多朋友都有在电商平台购物的习惯，对吧？那其中哪一个平台的购物速度能够达到最快呢？京东自营，对吧？

为什么京东能做到这么快的物流送货呢？

这就要归功于京东自建的仓储中心了，这就跟CDN的原理差不多。

首先京东自营会从源头，也就是厂商拿到货物，然后放到全国各地的仓储中心，当你购物的时候，京东会自动把这个订单分配给离用户最近的仓库处理派发，这样用户就很快能够拿到货物了。早上下单，下午就能送到了，效率提升了好多倍，用户的购物体验提升了很多。

如上图，京东全国各地的自营仓储中心就相当于CDN服务器，货物就相当于要传输的数据，你的订单就相当于一个网络请求。

CDN在用户上网的时候就相当于起到京东自营仓储中心的作用，让用户能够从离自己最近的CDN服务器进行下载，减少路由次数，提升下载速度，缩短传输时间，提升用户使用体验。

下面我们就来具体聊聊CDN这个技术。

▉ 为什么需要CDN？

不知道大家还记不记得，在90年代初期，拨号时代的网速可以说是很慢。即使打开静态新闻网页也需要很长时间。

随着网络技术的发展，这种情况有所缓解。

但随着网络技术的快速发展，网民的快速增加，人们发现一个奇怪的现象：明明我使用了更高带宽的网速，但是看视频、浏览网页、听音乐，还是会很慢，为什么呢？

这里有两个主要的原因，就像我们开车一样，是距离和带宽的问题影响了用户的访问效率。

首先距离问题

如果我们从北京访问美国的网站或视频，中国到美国的直线距离是14000公里。即使网络光缆的传输速度相当于30万公里/秒，传输时延也是467ms，一趟是934ms，而这还只是理想情况。

北京至美国之间的网络连接并非单一的光缆，而是由众多小网络交织而成，其中包括国内的三大运营商以及家庭用户所使用的二级、三级网络。这些网络在传输数据时，需要进行复杂的计算处理，类似于高速公路上的收费站，从而产生了网络拥堵和不稳定的问题，使得真实的传输速度远远无法达到光速。因此，当用户在北京尝试直接访问位于美国的视频、直播或网页资源时，常常会遇到卡顿现象，这主要源于网络传输过程中的延迟和不稳定。

其次，除了距离的问题，还有带宽的问题。

带宽的概念其实并不难理解。设想一下，当你在观看一个视频时，视频服务器为你提供的4Mbps带宽能确保流畅的观看体验。然而，当这个数字放大到10000倍，即10000人同时访问同一视频时，服务器需要提供的带宽便激增到惊人的40000Mbps，即40Gbps。这就是为什么当观众数量激增时，视频播放往往会受到卡顿的影响。事实上，很少有视频供应商能够应对如此巨大的带宽需求，这也是网络视频领域一直面临的挑战之一。

这个场景就像每年国庆假期放假一样，大家同时出行，但是高速路并不能同时支持那么多辆车并行驶入，这就导致高速路的拥堵。

因为，距离和带宽，决定了用户的网络访问效率，CDN就是专门解决这个问题出现的。

▉ CDN的起源

说到CDN的起源，就要提到3个人和一个公司。

1995年伊始，万维网的发明者蒂姆·伯纳斯·李（Tim Berners-Lee）在麻省理工学院（MIT）预见到网络拥堵的问题，并预言：“网络拥挤的困扰将很快触及每位网络用户。”

蒂姆·伯纳斯·李（Tim Berners-Lee）

于是，他将这个技术难题抛给了在MIT任教的同事，应用数学教授汤姆·莱顿（Tom Leighton）。尽管莱顿教授的主要研究领域是应用数学，但他曾在MIT计算机科学实验室算法组担任要职，对并行算法和体系结构有着深入的了解。

汤姆·莱顿（Tom Leighton）

莱顿教授敏锐地意识到，应用数学和高级算法可能是解决网络拥塞问题的关键。因此，他决定组建一个专项研究团队来探索解决方案。1996年，刚刚从Technion获得计算机科学和数学学士学位的丹尼尔·莱文（Danny Lewin）加入了MIT，并成为了莱顿教授研究团队的一员。他的加入为CDN技术的研发带来了许多突破性的进展。

丹尼尔·莱文（Danny Lewin）

随后，莱顿教授和丹尼尔·莱文开始探索CDN技术的商业潜力，并在1998年联手创办了阿卡迈公司（Akamai），这家公司的市值高达百亿美元。

▉ CDN的原理

在全球各地布置多台服务器，将用户需要的音乐、图片、视频、应用程序等资源分布式存储在各台服务器中，当用户访问的时候，就近访问离用户最近的服务器，这样用户便可以高效、稳定的就近获取需要资源。

CDN工作的具体步骤：

1. 用户访问网站时，浏览器会向CDN发出请求，希望获取网站的静态资源，如图片、电影等。CDN会根据用户的地理位置和网络状况，智能选择离用户最近的节点，从而加快资源访问速度。2. 一旦CDN节点接收到用户的请求，它会首先检查自己的缓存中是否有所需的资源。如果缓存中有，那么它会立即返回这些资源给用户，无需再向源站发起请求。3. 如果CDN节点在缓存中找不到所需的资源，那么它会向源站发起请求。源站会将资源传输到CDN节点上。当CDN节点成功接收到源站返回的资源后，它会将这些资源存储在自己的服务器上，并立即返回给用户。4. 如果源站的资源有更新，CDN会自动更新其缓存中的资源，确保用户获取的都是最新版本的资源。综上所述，CDN不仅提高了网站的访问速度和稳定性，还减轻了源站的负载压力，增强了网站的安全性，并降低了网站运营成本。

▉ CDN的盈利模式

中小型公司不像BAT，一般是没有能力搭建遍布各地的机房提供CDN服务的，但是他们又需要把自己的内容发布给终端用户，因此他们就需要购买CDN服务，固定月租，或者按流量付费。

不同的CDN厂商价格不同，收费模式不同，优惠力度不同，覆盖率不同，速率不同，企业根据实际选择。

这些厂商背后，还是基于三大运营商来，在三大运营商的网络基础能力之上进行封装，提供CDN服务。

所以我们用户看视频，视频提供商提供视频，双方都需要给运营商交钱。

用户缴纳网络流量、带宽服务等费用，内容提供商额外提供CDN服务的租赁费用。

▉ CDN带来的好处

CDN提供了许多改善网站性能和支持核心网络基础设施的好处。例如，CDN可以完成以下任务：

减少页面加载时间

如果页面加载时间过慢，网站流量就会减少。CDN可以减少跳出率，增加用户在你的网站上花费的时间。

降低带宽成本

带宽成本是一笔可观的开支，因为每个传入的网站请求都要消耗网络带宽。通过缓存和其他优化，CDN可以减少原始服务器必须提供的数据量，从而降低网站所有者的托管成本。

增加内容可用性

一次太多的访问者或网络硬件故障都可能导致网站崩溃。CDN服务可以处理更多的Web流量，减少Web服务器的负载。此外，如果一个或多个CDN服务器脱机，其他运行的服务器可以取代它们，以确保不间断的服务。

改善网站安全

分布式拒绝服务(DDoS)攻击试图通过向网站发送大量虚假流量来关闭应用程序。CDN可以通过在多个中间服务器之间分配负载来处理此类流量峰值，从而减少对原始服务器的影响。

▉ CDN的应用场景

1.网站与应用加速

CDN可用于网站或者应用中大量静态资源的加速分发，如各类型图片、html、css、js文件等，可以通过CDN缓存到边缘节点上，当用户访问即可就近获取，降低了用户访问时延同时缓解了源站压力

2.视频、大文件下载分发加速

CDN可以针对各类文件、在线点播视频提供下载、分发加速，比如mp4、flv视频文件或者单个文件大小在20M以上的安装包等文件，CDN可以搭配对象存储OSS使用，提升回源速度，节约回源带宽成本。

3.直播加速

CDN可以为直播分发提供流畅的播放下行链路，借助负载均衡系统将主播端采集的音视频数据推送到接近用户的数千个边缘节点，当观众端发起请求，可以就近取得资源，减少网络抖动风险，增加直播链路稳定性和流畅性。

4.移动应用加速

CDN可以为移动APP更新文件分发，为移动APP内图片、页面、短视频、UGC等内容的优化提供加速分发效果。同时可提供http DNS服务，避免DNS劫持并获得实时精确的DNS解析结果，有效缩短用户访问时间，提升用户体验。

▉ CDN 下一站：Edge？

了解完CDN的基础知识后，我们来谈谈CDN的未来。如今的CDN网络拥有遍布各地、贴近用户的庞大服务器集群，自然成为优势明显的边缘计算资源。随着技术的不断变革，CDN有了更多的智能元素，包括分布式和低延迟计算。同时，CDN发展带动的计算机过剩，结合物联网、5G等背景因素，滋养了边缘计算的发展土壤。

在CDN 1.0时代，CDN专注于传输，从部署在互联网服务提供商（ISP）的边缘节点（POPS）传输网页内容。

2.0时代，CDN可以对网络做一些简单的处理，以缓存软件为核心，支持负载均衡、日志分析、DNS等服务。

3.0时代，CDN开始具备智能调度特性，并融合了最新的网络技术，如P2P技术、清洗中心、高清技术，以及GSLB、VPN（虚拟专用网）、WAAS（广域网加速）服务）等

下一代CDN将从注重传输服务转向高度依赖边缘计算，用计算能力替代传输能力，包括终端能力适配、边缘转码等。改造后的CDN节点可以升级为具有存储、计算、传输、安全功能的云计算节点，形成处理高频次、高交互的海量数据的能力。

尽管边缘计算是一项新兴技术，但它在云计算操作的某些领域可能会更高效。在CDN行业，利用边缘计算来提高自己的竞争力是一个不错的选择。边缘计算可以帮助CDN更加智能、高效、稳定。