基本上，互聯(lián)網(wǎng)上的每個(gè)人都體驗過(guò)內容分發(fā)網(wǎng)絡(luò )（CDN）的好處。包括 Google、Apple 和 Microsoft 等公司在內的大多數技術(shù)公司都使用 CDN 來(lái)減少加載網(wǎng)頁(yè)內容的延遲。

CDN 通常會(huì )將服務(wù)器放置在不同網(wǎng)絡(luò )之間的交換點(diǎn)。這些互聯(lián)網(wǎng)交換點(diǎn)（IXP）是不同互聯(lián)網(wǎng)提供商連接的主要位置，以便彼此提供對來(lái)自其不同網(wǎng)絡(luò )的流量的訪(fǎng)問(wèn)。除了 IXP 外，CDN 還將服務(wù)器放置在位于全球高流量區域和戰略位置的數據中心，以便能夠盡快移動(dòng)流量。

CDN 的一大優(yōu)勢是它能夠快速、高效地交付內容。CDN 性能優(yōu)化可分為三個(gè)類(lèi)別。

1. 縮短距離：縮短客戶(hù)端與所請求數據之間的物理距離
2. 優(yōu)化硬件/軟件：提高服務(wù)器端基礎結構的性能，例如通過(guò)使用固態(tài)硬盤(pán)驅動(dòng)器和高效負載均衡
3. 減少數據傳輸：采用各種技術(shù)來(lái)減小文件大小，以便快速進(jìn)行初始頁(yè)面加載

為了便于理解使用 CDN 的好處，我們來(lái)看看沒(méi)有 CDN 時(shí)普通客戶(hù)端/服務(wù)器數據傳輸會(huì )是什么樣子。

使用 CDN 和不使用 CDN 在加載時(shí)間上有何不同？

假設紐約的某個(gè)人需要訪(fǎng)問(wèn)新加坡服務(wù)器上托管的網(wǎng)站。這兩個(gè)位置相隔甚遠，物理距離為大約 9,520 英里。

如果承載網(wǎng)站內容的服務(wù)器（源站服務(wù)器）位于新加坡，則對各個(gè)網(wǎng)頁(yè)資產(chǎn)的每個(gè)請求都必須從紐約前往新加坡，然后再返回。如同搭乘具有許多連接點(diǎn)的國際航班一樣，每個(gè)請求在從 A 點(diǎn)傳到 B 點(diǎn)的遠距路程中都要經(jīng)過(guò)一系列路由器。

如果要查看計算機從當前位置到達特定 Web 服務(wù)需要多少個(gè)不同連接點(diǎn)（躍點(diǎn)）的真實(shí)示例，可以使用桌面端計算機探索一下 traceroute 實(shí)用程序。

因為從紐約到新加坡的請求需要沿途經(jīng)過(guò)每個(gè)路由器位置，所以總距離和每個(gè)路由器處理請求所花費的時(shí)間都會(huì )增加時(shí)間量（延遲）。一旦源服務(wù)器處理請求并響應發(fā)出請求的客戶(hù)端，它就會(huì )通過(guò)類(lèi)似的路由器序列將信息發(fā)送回，然后再返回紐約。這一總往返行程的測量在電信中稱(chēng)為“往返時(shí)間”的 RTT。暫時(shí)忽略可用帶寬和潛在的網(wǎng)絡(luò )擁塞，讓我們來(lái)看一個(gè)延遲因素的例子。

為便于闡述，我們假設：

• 請求從紐約到新加坡需要 250 毫秒。
• 建立一個(gè)?TCP/IP 連接將添加 3 次 250 毫秒延遲。
• 網(wǎng)頁(yè)需要 5 個(gè)不同的資產(chǎn)，包括圖片、JavaScript 文件和網(wǎng)頁(yè)本身。

我們粗略看一下該網(wǎng)頁(yè)的加載時(shí)間：

• 750 毫秒：在紐約的客戶(hù)端和新加坡的源站服務(wù)器之間建立 TCP/IP 連接。
• 250 毫秒：對網(wǎng)頁(yè)的?HTTP?請求從紐約傳送到新加坡。
• 250 毫秒：紐約的請求者收到來(lái)自新加坡的源站服務(wù)器的響應，響應中包含 200 狀態(tài)碼和包括所有需要的其他資產(chǎn)的網(wǎng)頁(yè)。
• 250 毫秒：紐約的客戶(hù)端請求這 5 項資產(chǎn)中的每一項。
• 1500 毫秒：這五項資產(chǎn)從新加坡的源站服務(wù)器異步交付給客戶(hù)端。

在這個(gè)簡(jiǎn)單示例中，網(wǎng)頁(yè)加載的總傳輸時(shí)間約為?3000 毫秒。

如您所見(jiàn)，每次發(fā)出請求并發(fā)送響應時(shí)，都要遍歷紐約客戶(hù)與新加坡源站之間的整個(gè)路徑。隨著(zhù)網(wǎng)站規模擴大并需要更多資產(chǎn)，A 點(diǎn)和 B 點(diǎn)之間的延遲會(huì )不斷增加。

我們再看一下向紐約的 Web 客戶(hù)端提供托管在新加坡的內容的示例，但這一次新加坡站點(diǎn)使用一個(gè)在亞特蘭大設有服務(wù)器的 CDN，其含有靜態(tài)網(wǎng)站的緩存副本：

• 請求從紐約到亞特蘭大需要 50 毫秒。
• 建立一個(gè) TCP/IP 連接將添加 3 次 50 毫秒延遲
• 網(wǎng)頁(yè)需要 5 個(gè)不同的資產(chǎn)，包括圖片、JavaScript 文件和網(wǎng)頁(yè)本身。

我們粗略看一下該網(wǎng)頁(yè)使用 CDN 時(shí)的加載時(shí)間：

• 150 毫秒：在紐約的客戶(hù)端和亞特蘭大的邊緣服務(wù)器之間建立 TCP/IP 連接。
• 50 毫秒：對網(wǎng)頁(yè)的 HTTP GET 請求從紐約傳送到邊緣服務(wù)器。
• 50 毫秒：客戶(hù)端收到來(lái)自邊緣服務(wù)器的響應，響應中包含網(wǎng)頁(yè)以及還需要的其他資產(chǎn)的列表。
• 50 毫秒：客戶(hù)端請求這 5 項資產(chǎn)中的每一項。
• 800 毫秒：這五項資產(chǎn)從邊緣服務(wù)器異步交付給客戶(hù)端。

網(wǎng)頁(yè)加載的總傳輸時(shí)間約為?1100 毫秒。

在本例中，客戶(hù)端與內容之間距離縮短使靜態(tài)內容的延遲時(shí)間縮短了 1900 毫秒；也就是說(shuō)，加載時(shí)間縮短了將近 2 秒鐘。

通過(guò)縮短所有必要流量都需要遍歷的總距離，網(wǎng)站的每一用戶(hù)都能節省大量加載時(shí)間。用戶(hù)會(huì )隨著(zhù)等待時(shí)間增加而開(kāi)始迅速離開(kāi)站點(diǎn)（跳出），因此這種改進(jìn)既代表了更好的用戶(hù)體驗，也代表著(zhù)更長(cháng)的頁(yè)面停留時(shí)間。

CDN 如何加載內容？什么是高速緩存？

如前文所述，當客戶(hù)端從源站服務(wù)器請求文件時(shí)，請求通常需要傳送到服務(wù)器，然后再傳回來(lái)。CDN 在稱(chēng)為“高速緩存”的過(guò)程中將靜態(tài)內容文件從源站服務(wù)器拉取到分布式 CDN 網(wǎng)絡(luò )中，從而減少延遲。某些 CDN 具有高級功能，允許有選擇地高速緩存動(dòng)態(tài)內容。數據經(jīng)過(guò)高速緩存之后，CDN 將從最近的 CDN 數據中心向客戶(hù)端提供內容。

完成?TCP 握手后，客戶(hù)端計算機向 CDN 的網(wǎng)絡(luò )發(fā)出 HTTP 請求。如果內容尚未緩存，則 CDN 將首先通過(guò)在源站服務(wù)器和 CDN 邊緣服務(wù)器之間進(jìn)行額外請求，從源站下載內容。

典型的 CDN 高速緩存過(guò)程包含以下 4 個(gè)步驟：

1. 當用戶(hù)請求網(wǎng)頁(yè)時(shí)，用戶(hù)的請求被路由到 CDN 中最近的邊緣服務(wù)器。
2. 邊緣服務(wù)器接著(zhù)向源站服務(wù)器請求用戶(hù)請求的內容。
3. 源站響應邊緣服務(wù)器的請求。
4. 最后，邊緣服務(wù)器響應客戶(hù)端。

CDN 與客戶(hù)端的近距離價(jià)值是在向源站服務(wù)器發(fā)出初始請求之后體現出來(lái)的。一旦數據從源站服務(wù)器高速緩存到 CDN 網(wǎng)絡(luò )中，來(lái)自客戶(hù)端的每個(gè)后續請求都只需到達最近的邊緣服務(wù)器即可。這意味著(zhù)，如果最近的邊緣服務(wù)器比源站服務(wù)器近，就能減少延遲，并且更快提供內容。

務(wù)必要牢記一點(diǎn)，這不包括下載資產(chǎn)以及處理請求和響應所需的時(shí)間；到目前為止，僅計算在兩個(gè)位置之間傳輸信息所需的傳輸時(shí)間。我們將探索的其他重要延遲因素還包括數據縮減、硬盤(pán)速度和網(wǎng)絡(luò )擁塞。

CDN 如何通過(guò)縮減文件大小來(lái)提高速度？

為縮短頁(yè)面加載時(shí)間，CDN 減少 CDN 的高速緩存服務(wù)器和客戶(hù)端之間的總體數據傳輸量。當傳輸的數據總量下降時(shí)，延遲和所需帶寬都會(huì )減少。帶來(lái)的結果是更快的頁(yè)面加載和更低的帶寬費用。這些縮減包括兩個(gè)關(guān)鍵組成部分：

極簡(jiǎn)化：極簡(jiǎn)化是指通過(guò)刪除用于幫助人類(lèi)了解所發(fā)生情況的所有組件來(lái)減少代碼塊大小的過(guò)程。盡管工程師需要將想法分解為合理的變量名稱(chēng)、空格和注釋?zhuān)允勾a塊易于閱讀和維護，但計算機在刪除這些字符后仍然可以成功運行代碼。

下方列出了極簡(jiǎn)化前后的代碼塊：

極簡(jiǎn)化之前：八行代碼

極簡(jiǎn)化之后：縮減為一行代碼

現在，代碼片段已從八行減少到一行，整個(gè)文件的大小也縮小。這意味著(zhù)傳輸文件所需的時(shí)間將縮短，減少了延遲并有助于更快加載內容。

文件壓縮：若要減少通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)傳輸數據時(shí)所需的延遲和帶寬消耗，文件壓縮是一個(gè)重要組成部分。GZip 是常用的壓縮方法，視為傳輸網(wǎng)頁(yè)時(shí)所用的一種最佳實(shí)踐。許多 CDN 提供商默認情況下都啟用 GZip。GZip 壓縮的節省程度有多大？通常，壓縮后的文件的大小比初始文件小大約 50％ 到 70％。

CDN 可以利用哪些硬件來(lái)提高速度？

就CDN 硬件優(yōu)化而言，與傳統硬盤(pán)驅動(dòng)器（HDD）相比，使用固態(tài)硬盤(pán)（SSD 具有顯著(zhù)的優(yōu)勢。固態(tài)驅動(dòng)器打開(kāi)文件的速度比傳統硬盤(pán)驅動(dòng)器最多快30％，而且更具彈性和可靠性。

與電唱機類(lèi)似，傳統硬盤(pán)驅動(dòng)器由旋轉的圓形金屬碟片構成，碟片上的磁性涂層可以存儲數據。當碟片旋轉時(shí)，上方臂架上的讀/寫(xiě)頭可以訪(fǎng)問(wèn)信息。這是一種機械過(guò)程，會(huì )受到碟片旋轉速度的影響。隨著(zhù)固態(tài)驅動(dòng)器的誕生，舊式硬盤(pán)驅動(dòng)器的使用已在減少，但它們目前仍在生產(chǎn)，并在許多計算機系統中廣泛使用。

固態(tài)驅動(dòng)器 (SSD) 也是一種持久存儲形式，但其功能與 USB 拇指驅動(dòng)器或數碼相機等設備中常見(jiàn)的存儲卡更相似；沒(méi)有移動(dòng)部件。如果普通硬盤(pán)正在旋轉并且系統受到擠壓，硬盤(pán)可能會(huì )跳過(guò)，從而導致讀/寫(xiě)錯誤和潛在的停機時(shí)間。SSD 的另一個(gè)重要好處是訪(fǎng)問(wèn)碎片文件。文件碎片是文件的一部分位于磁盤(pán)上不同位置的情況，導致 HDD 驅動(dòng)器的訪(fǎng)問(wèn)速度變慢。由于 SSD 可以有效地訪(fǎng)問(wèn)非連續內存位置，因此碎片不會(huì )對性能構成威脅。

在首批 CDN 中，數據存儲在硬盤(pán)驅動(dòng)器上?，F在的一些 CDN 服務(wù)將所有邊緣緩存放在固態(tài)驅動(dòng)器上進(jìn)行。SSD 的缺點(diǎn)是成本高昂；SSD 的成本可達傳統介質(zhì)的 5 倍。因此，一些 CDN 服務(wù)通常會(huì )避免使用 SSD，而選用較舊的技術(shù)。