原標(biāo)題：讓你刷劇一直爽，CDN原理是什么

鼠年春節(jié)，一個特別的春節(jié)。受疫情影響，假期比往年長了一些。這么長時間宅在家中，想必大家除了睡覺，花費(fèi)時間最多的就是“刷劇”了。今天講的技術(shù)主題就和“刷劇”有關(guān)，它是CDN。

我們通過觀察CDN的技術(shù)來看CDN的產(chǎn)業(yè)發(fā)展，就能看出CDN將是云計算不可分割的一部分。那么，CDN究竟是什么，和“刷劇”有什么關(guān)系？CDN有哪些分類？本文做一個細(xì)致的梳理。

刷劇和CDN有什么關(guān)系？

CDN的全稱是Content Delivery Network，即內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)，也稱內(nèi)容傳送網(wǎng)絡(luò)。它是構(gòu)建在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)之上的智能虛擬網(wǎng)絡(luò)，依靠部署在各地的邊緣服務(wù)器，通過中心平臺的負(fù)載均衡、內(nèi)容分發(fā)、調(diào)度等功能模塊，使用戶就近獲取所需內(nèi)容，降低網(wǎng)絡(luò)擁塞，提高用戶訪問響應(yīng)速度和命中率，能夠解決因分布、帶寬、服務(wù)器性能帶來的訪問延遲問題，適用于站點(diǎn)加速、點(diǎn)播、直播等場景。

百度智能云CDN國內(nèi)節(jié)點(diǎn)分布圖

到這里，相信你能明白為什么CDN和“刷劇”緊密相關(guān)。沒有CDN，看劇就是“卡卡卡”；沒有CDN，“刷劇”會變得毫無樂趣。

CDN是如何起作用的？

CDN實(shí)現(xiàn)的原理是什么？

傳統(tǒng)的http訪問過程是用戶在瀏覽器填入要訪問的域名；瀏覽器調(diào)用域名解析函數(shù)庫對域名進(jìn)行解析，以得到此域名對應(yīng)的IP地址，并通過這個IP地址，向域名的服務(wù)主機(jī)發(fā)出數(shù)據(jù)訪問請求，得到請求數(shù)據(jù)，最終返回所需要的內(nèi)容。

CDN服務(wù)流程圖

使用了CDN緩存后的網(wǎng)站訪問過程：

1.用戶向瀏覽器提供要訪問的域名；

2.瀏覽器調(diào)用域名解析庫對域名進(jìn)行解析，由于CDN對域名解析過程進(jìn)行了調(diào)整，所以解析函數(shù)庫一般得到的是該域名對應(yīng)的CNAME記錄，為了得到實(shí)際IP地址，瀏覽器需要再次對獲得的CNAME域名進(jìn)行解析以得到實(shí)際的IP地址；在此過程中，使用全局負(fù)載均衡 DNS解析，并根據(jù)地理位置信息解析對應(yīng)的IP地址，使得用戶能就近訪問；

3.此次解析得到CDN緩存服務(wù)器的IP地址，瀏覽器在得到實(shí)際的IP地址以后，向緩存服務(wù)器發(fā)出訪問請求；

4.緩存服務(wù)器根據(jù)瀏覽器提供的要訪問的域名，通過Cache內(nèi)部專用DNS解析得到此域名的實(shí)際IP地址，再由緩存服務(wù)器向此實(shí)際IP地址提交訪問請求；

5.緩存服務(wù)器從實(shí)際IP地址得到內(nèi)容以后，一方面在本地進(jìn)行保存，以備以后使用，另一方面把獲取的數(shù)據(jù)返回給客戶端，完成數(shù)據(jù)服務(wù)過程；

6.客戶端得到由緩存服務(wù)器返回的數(shù)據(jù)后顯示出來并完成整個瀏覽的數(shù)據(jù)請求過程。

雖然我們刷劇看到的只是幾秒甚至更短的等待時間，殊不知背后CDN有那么多“小動作”。

如何構(gòu)建CDN？

CDN如此重要，那如何構(gòu)建一套CDN系統(tǒng)？

從功能組成看，典型的CDN系統(tǒng)由分發(fā)服務(wù)系統(tǒng)，負(fù)載均衡系統(tǒng)和運(yùn)營管理系統(tǒng)組成：

百度智能云CDN服務(wù)架構(gòu)圖

• 分發(fā)服務(wù)系統(tǒng)：最基本的工作單元就是Cache設(shè)備，cache（邊緣cache）負(fù)責(zé)直接響應(yīng)最終用戶的訪問請求，把緩存在本地的內(nèi)容快速地提供給用戶。同時cache還負(fù)責(zé)與源站點(diǎn)進(jìn)行內(nèi)容同步，把更新的內(nèi)容以及本地沒有的內(nèi)容從源站點(diǎn)獲取并保存在本地。Cache設(shè)備的數(shù)量、規(guī)模、總服務(wù)能力是衡量一個CDN系統(tǒng)服務(wù)能力的最基本指標(biāo)。
• 負(fù)載均衡系統(tǒng)：主要功能是負(fù)責(zé)對所有發(fā)起服務(wù)請求的用戶進(jìn)行訪問調(diào)度，確定提供給用戶的最終實(shí)際訪問地址。兩級調(diào)度體系分為全局負(fù)載均衡（GSLB）和本地負(fù)載均衡（SLB）。GSLB主要根據(jù)用戶就近性原則，通過對每個服務(wù)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行“最優(yōu)”判斷，確定向用戶提供服務(wù)的cache的物理位置。SLB主要負(fù)責(zé)節(jié)點(diǎn)內(nèi)部的設(shè)備負(fù)載均衡。
• 運(yùn)營管理系統(tǒng)：分為運(yùn)營管理和網(wǎng)絡(luò)管理子系統(tǒng)，負(fù)責(zé)處理業(yè)務(wù)層面的與外界系統(tǒng)交互所必須的收集、整理、交付工作，包含客戶管理、產(chǎn)品管理、計費(fèi)管理、統(tǒng)計分析等功能。
• 每個部分各司其職，共同組成了CDN，這其中最核心的當(dāng)屬負(fù)載均衡系統(tǒng)，它是整個系統(tǒng)的大腦。

CDN如何對視頻直播

進(jìn)行完美支撐？

盡管CDN的組成看起來十分清晰明了，就三大部分，但實(shí)際情況并不是有了這三大件就萬事大吉了。CDN發(fā)展到今天已經(jīng)不是這么簡單的事情，不僅需要拼資源，還需要拼技術(shù)，這也是為什么今天主流CDN服務(wù)商已經(jīng)都是大型云服務(wù)商的根本原因，CDN已經(jīng)發(fā)展成為巨頭之間的競爭。 以百度智能云為例，不僅CDN資源豐富，而且技術(shù)領(lǐng)先。具體來說，百度智能云CDN有四個方面的優(yōu)勢：

強(qiáng)大充足、彈性化的資源

百度智能云擁有遍布國內(nèi)30多個省市1000+個優(yōu)質(zhì)加速節(jié)點(diǎn)，覆蓋全球五大洲50+個國家的200+個節(jié)點(diǎn)分布?？値?00T+帶寬、單節(jié)點(diǎn)80G-160G、支持IPV6等高優(yōu)特性。

百萬域名精準(zhǔn)調(diào)度

百度智能云CDN做到每周三次IP數(shù)據(jù)更新，對用戶GPS完成大數(shù)據(jù)矯正；針對億級用戶作出高效的質(zhì)量反饋，杜絕節(jié)點(diǎn)亞健康，故障容災(zāi)基本做到1分鐘內(nèi)快速切換。

高并發(fā)請求處理

采用Cache一致性hash和百度搜索等量級的HTTPS加速技術(shù)，高效簡化完成請求熱點(diǎn)突發(fā)檢測與遷移，可以做到海量域名配置分鐘級別的更新。

自研高性能Cache

結(jié)合分片存儲、并行IO、分級緩存、合并回源等策略，基本保證1個文件僅進(jìn)行1次回源。與此同時，針對源站狀態(tài)實(shí)時監(jiān)控，并且主備源站能夠做到同時支持。 所有這些優(yōu)勢結(jié)合基于大規(guī)模實(shí)時流媒體計算集群和強(qiáng)大的音視頻信號處理算法，百度智能云視頻直播能給用戶提供“清晰流暢、低時延、高并發(fā)”的音視頻直播服務(wù)。

百度智能云CDN直播架構(gòu)

CDN對視頻直播的支撐

CDN+邊緣計算創(chuàng)新探索

值得一提的是，百度智能云CDN已結(jié)合邊緣計算技術(shù)，從內(nèi)容分發(fā)Content Delivery向計算分發(fā)Computing Delivery轉(zhuǎn)型。

將云計算的能力下沉和延伸至CDN節(jié)點(diǎn)，在距離上離終端用戶更近，提供更“低延遲、大帶寬”的邊緣計算能力。在此基礎(chǔ)上，發(fā)展出一種新型的分布式運(yùn)算的架構(gòu)，將原本完全由中心節(jié)點(diǎn)處理大型服務(wù)加以分解，切割成更小與更容易管理的部分，分散到CDN節(jié)點(diǎn)去處理，使數(shù)據(jù)的產(chǎn)生、采集、分析等流程都在更接近數(shù)據(jù)來源地完成處理。

由當(dāng)前“云端協(xié)同”的CS架構(gòu)演進(jìn)為“云邊端三體協(xié)同”的CES計算架構(gòu)，滿足“低成本、本地化”的計算需求場景。

針對視頻場景，在視頻內(nèi)容分發(fā)的基礎(chǔ)上，CDN上的邊緣計算服務(wù)開放算力，支持客戶靈活自定義分發(fā)的業(yè)務(wù)邏輯。包括加密、審核、調(diào)度等任務(wù)都能在邊緣節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行，無需和源站進(jìn)行交互。大幅度降低傳輸成本的同時，保證了低延遲，使得用戶體驗進(jìn)一步提升。

同時和百度智能云CDN的完美結(jié)合，也能滿足不同客戶的定制化需求，實(shí)現(xiàn)計算型CDN能力開放，更好的支撐業(yè)務(wù)落地。

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