深入了解内容分发网络（CDN）

在当今的电商、直播、社交工具和视频网站等互联网应用中，存在着大量的图片、视频、文档等资源需要分发给用户。对于一些体量较大的应用而言，若将大量资源集中在单一节点进行分发，几乎没有哪个机房能够承受如此巨大的流量。例如，一个日活达 100W 的小型互联网产品，若每次请求需 1M 数据，那每日的数据量将近 1TB。面对这样的数据规模，仅靠单一节点进行分发显然不现实。因此，如今的互联网应用在分发内容时，并非直接从自己架设的服务器分发，而是借助一种名为内容分发网络（Content Dilivery Network，CDN）的互联网底层建设。

一、CDN 究竟是什么？

内容分发网络（CDN）与域名系统类似，是一个专门用于分发内容的分布式应用。它构建在现有的互联网之上，通过在各地部署数据中心，使不同地域的用户能够就近获取所需内容。这里所说的内容通常包括文件、图片、视频、声音、应用程序安装包等，这些资源具有显著的无状态（即静态）特征，且一旦发布，很少发生变化。同时，它们往往会被大量用户需求，因此分发这些资源的流量成本较高。

为何不能集中提供这些静态资源呢？这与域名系统的 DNS 记录不能集中提供的道理相同，需要考虑流量、单点故障、延迟等因素。在离用户更近的地理位置提供资源，能够减少延迟。按照地理位置分散地提供资源，也可降低中心化带来的服务压力。

CDN 服务商会在全球或某个国家范围内进行布点，具体取决于服务提供商的服务范围。目前，国内的阿里云、腾讯云等也在提供 CDN 业务。

二、内容的分发

CDN 是一个分布式的内容分发网络。当用户请求一个网络资源时，实际上是在请求 CDN 提供的资源。与域名系统类似，当用户请求一个资源时，首先会接触到一个类似域名系统中目录的服务，该服务会告知用户应从哪个 IP 获取这个资源。

事实上，许多大型应用会将 DNS 解析作为一种负载均衡手段。当用户请求一个网址时，会从该网站提供的智能 DNS 中获取网站的 IP。例如，当请求百度时，具体连接到哪个百度的 IP，是由百度使用的智能 DNS 服务决定的。

所以，总体静态资源的使用路径如下：当用户请求一个静态资源时，首先会触发域名系统的解析。域名系统会将解析的责任交由 CDN 提供商处理，CDN 的智能 DNS 服务会为用户选择离自己距离最近的节点，并返回这个节点的 A（或 AAAA）记录。然后，客户端会向 CDN 的资源节点发起请求，最终获得资源。在整个过程中，CDN 的智能 DNS 还起到了负载均衡的作用。若一个节点压力过大，可将流量导向其他节点。

三、回源

目前，我们已经讨论了 CDN 的主要设计和架构，但还有一个问题尚未解决——资源如何进入内容分发网络。资源的生产者即 CDN 的购买者，其目的是向用户提供网络服务。那么，服务提供者的静态资源如何进入 CDN 呢？是手动上传、用接口推送，还是通过其他方式呢？

可以将 CDN 想象成一个分布式的分级缓存加上数据库的两层设计。用户的请求先到达缓存层，若缓存被穿透，才会到达最终的存储层。缓存的设计必须是分布式的，因为绝大多数的资源使用都会发生在缓存上，只有极少数请求会穿透到底层存储。通常，我们期望缓存层至少能挡住 99%的流量。既然缓存层能挡住如此多的流量，那么实际的数据存储就可以由源站点完成。

值得一提的是，在程序设计中有一个核心原则，即单一数据源（Single Souce of Truth，SSOT）。该原则指的是，在程序设计中，应尽可能减少数据的来源，最好每个数据来源只有单独一份。这样能够避免大量的数据不一致以及同步数据的问题。基于此设计，谁来提供资源的存储呢？谁来提供这个单一的数据源呢？当然是服务提供者本身。如果 CDN 再提供一份资源的存储，就会出现两个数据源。而且，只有服务的提供者才能更好地维护这个资源仓库。

CDN 是一种网络应用，其作用是分发互联网上的资源。CDN 服务的提供商，会在世界（或国家）范围内设立数据中心，以帮助分发资源。用户请求的资源会被 CDN 分发到最临近的节点获取。

总的来说，CDN 作为一门生意，CDN 服务商会从运营商处大批量获取流量，再以较高但可接受的价格卖给服务提供方。对于中小型互联网公司来说，购买一定的 CDN 流量成本可控，比如 1G 流量在 1 元以内。对于大型互联网公司，特别是对 CDN 依赖严重的公司，可能还需要自己建设。例如，2021 年抖音每天分发的数据量在 50PB 左右（1PB = 1024TB），如此庞大的数据量若换算成钱是非常高的。按照阿里云的报价，50PB 的价格是 480W 人民币。按照这种体量计算，抖音每天要花 480W 人民币，一年就是 17 亿。

所以，当你设计一个内容分发方案时，除了要考虑其中的技术细节，还需从成本上进行思考，看看能否从数据压缩、资源格式等角度做些文章。

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