讓你刷劇一直爽，CDN原理是什么

原標題：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，花費時間最多的就是“刷劇”了。今天講的技術主題就和“刷劇”有關，它是CDN。

我們通過觀察CDN的技術來看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”有什么關系？CDN有哪些分類？本文做一個細致的梳理。

刷劇和CDN有什么關系？

CDN的全稱是Content Delivery Network，即內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡，也稱內(nèi)容傳送網(wǎng)絡。它是構建在現(xiàn)有網(wǎng)絡基礎之上的智能虛擬網(wǎng)絡，依靠部署在各地的邊緣服務器，通過中心平臺的負載均衡、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)絡擁塞，提高用戶訪問響應速度和命中率，能夠解決因分布、帶寬、服務器性能帶來的訪問延遲問題，適用于站點加速、點播、直播等場景。

百度智能云CDN國內(nèi)節(jié)點分布圖

到這里，相信你能明白為什么CDN和“刷劇”緊密相關。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)庫對域名進行解析，以得到此域名對應的IP地址，并通過這個IP地址，向域名的服務主機發(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行解析，由于CDN對域名解析過程進行了調(diào)整，所以解析函數(shù)庫一般得到的是該域名對應的CNAME記錄，為了得到實際IP地址，瀏覽器需要再次對獲得的CNAME域名進行解析以得到實際的IP地址；在此過程中，使用全局負載均衡 DNS解析，并根據(jù)地理位置信息解析對應的IP地址，使得用戶能就近訪問；

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

4.緩存服務器根據(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際IP地址，再由緩存服務器向此實際IP地址提交訪問請求；

5.緩存服務器從實際IP地址得到內(nèi)容以后，一方面在本地進行保存，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)服務過程；

6.客戶端得到由緩存服務器返回的數(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”。

如何構建CDN？

CDN如此重要，那如何構建一套CDN系統(tǒng)？

從功能組成看，典型的CDN系統(tǒng)由分發(fā)服務系統(tǒng)，負載均衡系統(tǒng)和運營管理系統(tǒng)組成：

百度智能云CDN服務架構圖

• 分發(fā)服務系統(tǒng)：最基本的工作單元就是Cache設備，cache（邊緣cache）負責直接響應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還負責與源站點進行內(nèi)容同步，把更新的內(nèi)容以及本地沒有的內(nèi)容從源站點獲取并保存在本地。Cache設備的數(shù)量、規(guī)模、總服務能力是衡量一個CDN系統(tǒng)服務能力的最基本指標。
• 負載均衡系統(tǒng)：主要功能是負責對所有發(fā)起服務請求的用戶進行訪問調(diào)度，確定提供給用戶的最終實際訪問地址。兩級調(diào)度體系分為全局負載均衡（GSLB）和本地負載均衡（SLB）。GSLB主要根據(jù)用戶就近性原則，通過對每個服務節(jié)點進行“最優(yōu)”判斷，確定向用戶提供服務的cache的物理位置。SLB主要負責節(jié)點內(nèi)部的設備負載均衡。
• 運營管理系統(tǒng)：分為運營管理和網(wǎng)絡管理子系統(tǒng)，負責處理業(yè)務層面的與外界系統(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，這其中最核心的當屬負載均衡系統(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，這也是為什么今天主流CDN服務商已經(jīng)都是大型云服務商的根本原因，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，而且技術領先。具體來說，百度智能云CDN有四個方面的優(yōu)勢：

強大充足、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，覆蓋全球五大洲50+個國家的200+個節(jié)點分布。總帶寬100T+帶寬、單節(jié)點80G-160G、支持IPV6等高優(yōu)特性。

百萬域名精準調(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)點亞健康，故障容災基本做到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，高效簡化完成請求熱點突發(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個文件僅進行1次回源。與此同時，針對源站狀態(tài)實時監(jiān)控，并且主備源站能夠做到同時支持。 所有這些優(yōu)勢結合基于大規(guī)模實時流媒體計算集群和強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。

百度智能云CDN直播架構

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已結合邊緣計算技術，從內(nèi)容分發(fā)Content Delivery向計算分發(fā)Computing Delivery轉型。

將云計算的能力下沉和延伸至CDN節(jié)點，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。在此基礎上，發(fā)展出一種新型的分布式運算的架構，將原本完全由中心節(jié)點處理大型服務加以分解，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。

由當前“云端協(xié)同”的CS架構演進為“云邊端三體協(xié)同”的CES計算架構，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)的基礎上，CDN上的邊緣計算服務開放算力，支持客戶靈活自定義分發(fā)的業(yè)務邏輯。包括加密、審核、調(diào)度等任務都能在邊緣節(jié)點上進行，無需和源站進行交互。大幅度降低傳輸成本的同時，保證了低延遲，使得用戶體驗進一步提升。

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

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