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<title>37 CDN:加速我们的网络服务.md.html</title>
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<span>技术文章摘抄</span>
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<li><a href="/" class="current-tab">首页</a></li>
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<li><a href="../">上一级</a></li>
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<li>
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<a href="/专栏/透视HTTP协议/00 开篇词|To Be a HTTP Hero.md.html">00 开篇词|To Be a HTTP Hero.md.html</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/透视HTTP协议/01 时势与英雄:HTTP的前世今生.md.html">01 时势与英雄:HTTP的前世今生.md.html</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/透视HTTP协议/02 HTTP是什么?HTTP又不是什么?.md.html">02 HTTP是什么?HTTP又不是什么?.md.html</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/透视HTTP协议/03 HTTP世界全览(上):与HTTP相关的各种概念.md.html">03 HTTP世界全览(上):与HTTP相关的各种概念.md.html</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/透视HTTP协议/04 HTTP世界全览(下):与HTTP相关的各种协议.md.html">04 HTTP世界全览(下):与HTTP相关的各种协议.md.html</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/透视HTTP协议/05 常说的“四层”和“七层”到底是什么?“五层”“六层”哪去了?.md.html">05 常说的“四层”和“七层”到底是什么?“五层”“六层”哪去了?.md.html</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/透视HTTP协议/06 域名里有哪些门道?.md.html">06 域名里有哪些门道?.md.html</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/透视HTTP协议/07 自己动手,搭建HTTP实验环境.md.html">07 自己动手,搭建HTTP实验环境.md.html</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/透视HTTP协议/08 键入网址再按下回车,后面究竟发生了什么?.md.html">08 键入网址再按下回车,后面究竟发生了什么?.md.html</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/透视HTTP协议/09 HTTP报文是什么样子的?.md.html">09 HTTP报文是什么样子的?.md.html</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/透视HTTP协议/10 应该如何理解请求方法?.md.html">10 应该如何理解请求方法?.md.html</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/透视HTTP协议/11 你能写出正确的网址吗?.md.html">11 你能写出正确的网址吗?.md.html</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/透视HTTP协议/12 响应状态码该怎么用?.md.html">12 响应状态码该怎么用?.md.html</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/透视HTTP协议/13 HTTP有哪些特点?.md.html">13 HTTP有哪些特点?.md.html</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/透视HTTP协议/14 HTTP有哪些优点?又有哪些缺点?.md.html">14 HTTP有哪些优点?又有哪些缺点?.md.html</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/透视HTTP协议/15 海纳百川:HTTP的实体数据.md.html">15 海纳百川:HTTP的实体数据.md.html</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/透视HTTP协议/16 把大象装进冰箱:HTTP传输大文件的方法.md.html">16 把大象装进冰箱:HTTP传输大文件的方法.md.html</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/透视HTTP协议/17 排队也要讲效率:HTTP的连接管理.md.html">17 排队也要讲效率:HTTP的连接管理.md.html</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/透视HTTP协议/18 四通八达:HTTP的重定向和跳转.md.html">18 四通八达:HTTP的重定向和跳转.md.html</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/透视HTTP协议/19 让我知道你是谁:HTTP的Cookie机制.md.html">19 让我知道你是谁:HTTP的Cookie机制.md.html</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/透视HTTP协议/20 生鲜速递:HTTP的缓存控制.md.html">20 生鲜速递:HTTP的缓存控制.md.html</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/透视HTTP协议/21 良心中间商:HTTP的代理服务.md.html">21 良心中间商:HTTP的代理服务.md.html</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/透视HTTP协议/22 冷链周转:HTTP的缓存代理.md.html">22 冷链周转:HTTP的缓存代理.md.html</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/透视HTTP协议/23 HTTPS是什么?SSLTLS又是什么?.md.html">23 HTTPS是什么?SSLTLS又是什么?.md.html</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/透视HTTP协议/24 固若金汤的根本(上):对称加密与非对称加密.md.html">24 固若金汤的根本(上):对称加密与非对称加密.md.html</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/透视HTTP协议/25 固若金汤的根本(下):数字签名与证书.md.html">25 固若金汤的根本(下):数字签名与证书.md.html</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/透视HTTP协议/26 信任始于握手:TLS1.2连接过程解析.md.html">26 信任始于握手:TLS1.2连接过程解析.md.html</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/透视HTTP协议/27 更好更快的握手:TLS1.3特性解析.md.html">27 更好更快的握手:TLS1.3特性解析.md.html</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/透视HTTP协议/28 连接太慢该怎么办:HTTPS的优化.md.html">28 连接太慢该怎么办:HTTPS的优化.md.html</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/透视HTTP协议/29 我应该迁移到HTTPS吗?.md.html">29 我应该迁移到HTTPS吗?.md.html</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/透视HTTP协议/30 时代之风(上):HTTP2特性概览.md.html">30 时代之风(上):HTTP2特性概览.md.html</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/透视HTTP协议/31 时代之风(下):HTTP2内核剖析.md.html">31 时代之风(下):HTTP2内核剖析.md.html</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/透视HTTP协议/32 未来之路:HTTP3展望.md.html">32 未来之路:HTTP3展望.md.html</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/透视HTTP协议/33 我应该迁移到HTTP2吗?.md.html">33 我应该迁移到HTTP2吗?.md.html</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/透视HTTP协议/34 Nginx:高性能的Web服务器.md.html">34 Nginx:高性能的Web服务器.md.html</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/透视HTTP协议/35 OpenResty:更灵活的Web服务器.md.html">35 OpenResty:更灵活的Web服务器.md.html</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/透视HTTP协议/36 WAF:保护我们的网络服务.md.html">36 WAF:保护我们的网络服务.md.html</a>
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</li>
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<li>
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<a class="current-tab" href="/专栏/透视HTTP协议/37 CDN:加速我们的网络服务.md.html">37 CDN:加速我们的网络服务.md.html</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/透视HTTP协议/38 WebSocket:沙盒里的TCP.md.html">38 WebSocket:沙盒里的TCP.md.html</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/透视HTTP协议/39 HTTP性能优化面面观(上).md.html">39 HTTP性能优化面面观(上).md.html</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/透视HTTP协议/40 HTTP性能优化面面观(下).md.html">40 HTTP性能优化面面观(下).md.html</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/透视HTTP协议/结束语 做兴趣使然的Hero.md.html">结束语 做兴趣使然的Hero.md.html</a>
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</li>
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</ul>
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</div>
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</div>
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<div class="sidebar-toggle" onclick="sidebar_toggle()" onmouseover="add_inner()" onmouseleave="remove_inner()">
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<div class="sidebar-toggle-inner"></div>
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</div>
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}
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}
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let sidebar_toggle = document.querySelector('.sidebar-toggle')
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content.classList.remove('extend')
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} else { // hide
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sidebar_toggle.classList.add('extend')
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}
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overlay.classList.add('show')
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let sidebar = document.querySelector('.book-sidebar')
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let overlay = document.querySelector('.off-canvas-overlay')
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overlay.classList.remove('show')
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<div class="book-post">
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<p id="tip" align="center"></p>
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<div><h1>37 CDN:加速我们的网络服务</h1>
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<p>在正式开讲前,我们先来看看到现在为止 HTTP 手头都有了哪些“武器”。</p>
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<p>协议方面,HTTPS 强化通信链路安全、HTTP/2 优化传输效率;应用方面,Nginx/OpenResty 提升网站服务能力,WAF 抵御网站入侵攻击,讲到这里,你是不是感觉还少了点什么?</p>
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<p>没错,在应用领域,还缺一个在外部加速 HTTP 协议的服务,这个就是我们今天要说的 CDN(Content Delivery Network 或 Content Distribution Network),中文名叫“内容分发网络”。</p>
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<h2>为什么要有网络加速?</h2>
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<p>你可能要问了,HTTP 的传输速度也不算差啊,而且还有更好的 HTTP/2,为什么还要再有一个额外的 CDN 来加速呢?是不是有点“多此一举”呢?</p>
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<p>这里我们就必须要考虑现实中会遇到的问题了。你一定知道,光速是有限的,虽然每秒 30 万公里,但这只是真空中的上限,在实际的电缆、光缆中的速度会下降到原本的三分之二左右,也就是 20 万公里 / 秒,这样一来,地理位置的距离导致的传输延迟就会变得比较明显了。</p>
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<p>比如,北京到广州直线距离大约是 2000 公里,按照刚才的 20 万公里 / 秒来算的话,发送一个请求单程就要 10 毫秒,往返要 20 毫秒,即使什么都不干,这个“硬性”的时延也是躲不过的。</p>
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<p>另外不要忘了, 互联网从逻辑上看是一张大网,但实际上是由许多小网络组成的,这其中就有小网络“互连互通”的问题,典型的就是各个电信运营商的网络,比如国内的电信、联通、移动三大家。</p>
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<p><img src="assets/413605355db69278cb137b318b70b3b9.png" alt="img" /></p>
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<p>这些小网络内部的沟通很顺畅,但网络之间却只有很少的联通点。如果你在 A 网络,而网站在 C 网络,那么就必须“跨网”传输,和成千上万的其他用户一起去“挤”连接点的“独木桥”。而带宽终究是有限的,能抢到多少只能看你的运气。</p>
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<p>还有,网络中还存在许多的路由器、网关,数据每经过一个节点,都要停顿一下,在二层、三层解析转发,这也会消耗一定的时间,带来延迟。</p>
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<p>把这些因素再放到全球来看,地理距离、运营商网络、路由转发的影响就会成倍增加。想象一下,你在北京,访问旧金山的网站,要跨越半个地球,中间会有多少环节,会增加多少时延?</p>
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<p>最终结果就是,如果仅用现有的 HTTP 传输方式,大多数网站都会访问速度缓慢、用户体验糟糕。</p>
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<h2>什么是 CDN?</h2>
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<p>这个时候 CDN 就出现了,它就是专门为解决“长距离”上网络访问速度慢而诞生的一种网络应用服务。</p>
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<p>从名字上看,CDN 有三个关键词:“<strong>内容</strong>”“<strong>分发</strong>”和“<strong>网络</strong>”。</p>
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<p>先看一下“网络”的含义。CDN 的最核心原则是“<strong>就近访问</strong>”,如果用户能够在本地几十公里的距离之内获取到数据,那么时延就基本上变成 0 了。</p>
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<p>所以 CDN 投入了大笔资金,在全国、乃至全球的各个大枢纽城市都建立了机房,部署了大量拥有高存储高带宽的节点,构建了一个专用网络。这个网络是跨运营商、跨地域的,虽然内部也划分成多个小网络,但它们之间用高速专有线路连接,是真正的“信息高速公路”,基本上可以认为不存在网络拥堵。</p>
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<p>有了这个高速的专用网之后,CDN 就要“分发”源站的“内容”了,用到的就是在[第 22 讲]说过的“<strong>缓存代理</strong>”技术。使用“推”或者“拉”的手段,把源站的内容逐级缓存到网络的每一个节点上。</p>
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<p>于是,用户在上网的时候就不直接访问源站,而是访问离他“最近的”一个 CDN 节点,术语叫“<strong>边缘节点</strong>”(edge node),其实就是缓存了源站内容的代理服务器,这样一来就省去了“长途跋涉”的时间成本,实现了“网络加速”。</p>
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<p><img src="assets/46d1dbbb545fcf3cfb53407e0afe9a5b.png" alt="img" /></p>
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<p>那么,CDN 都能加速什么样的“内容”呢?</p>
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<p>在 CDN 领域里,“内容”其实就是 HTTP 协议里的“资源”,比如超文本、图片、视频、应用程序安装包等等。</p>
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<p>资源按照是否可缓存又分为“<strong>静态资源</strong>”和“<strong>动态资源</strong>”。所谓的“静态资源”是指数据内容“静态不变”,任何时候来访问都是一样的,比如图片、音频。所谓的“动态资源”是指数据内容是“动态变化”的,也就是由后台服务计算生成的,每次访问都不一样,比如商品的库存、微博的粉丝数等。</p>
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<p>很显然,只有静态资源才能够被缓存加速、就近访问,而动态资源只能由源站实时生成,即使缓存了也没有意义。不过,如果动态资源指定了“Cache-Control”,允许缓存短暂的时间,那它在这段时间里也就变成了“静态资源”,可以被 CDN 缓存加速。</p>
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<p>套用一句广告词来形容 CDN 吧,我觉得非常恰当:“<strong>我们不生产内容,我们只是内容的搬运工。</strong>”</p>
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<p>CDN,正是把“数据传输”这件看似简单的事情“做大做强”“做专做精”,就像专门的快递公司一样,在互联网世界里实现了它的价值。</p>
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<h2>CDN 的负载均衡</h2>
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<p>我们再来看看 CDN 是具体怎么运行的,它有两个关键组成部分:<strong>全局负载均衡</strong>和<strong>缓存系统</strong>,对应的是 DNS([第 6 讲])和缓存代理([第 21 讲]、[第 22 讲])技术。</p>
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<p>全局负载均衡(Global Sever Load Balance)一般简称为 GSLB,它是 CDN 的“大脑”,主要的职责是当用户接入网络的时候在 CDN 专网中挑选出一个“最佳”节点提供服务,解决的是用户如何找到“最近的”边缘节点,对整个 CDN 网络进行“负载均衡”。</p>
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<p><img src="assets/6c39e76d58d9f17872c83ae72908faca.png" alt="img" /></p>
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<p>GSLB 最常见的实现方式是“<strong>DNS 负载均衡</strong>”,这个在[第 6 讲]里也说过,不过 GSLB 的方式要略微复杂一些。</p>
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<p>原来没有 CDN 的时候,权威 DNS 返回的是网站自己服务器的实际 IP 地址,浏览器收到 DNS 解析结果后直连网站。</p>
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<p>但加入 CDN 后就不一样了,权威 DNS 返回的不是 IP 地址,而是一个 CNAME( Canonical Name ) 别名记录,指向的就是 CDN 的 GSLB。它有点像是 HTTP/2 里“Alt-Svc”的意思,告诉外面:“我这里暂时没法给你真正的地址,你去另外一个地方再查查看吧。”</p>
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<p>因为没拿到 IP 地址,于是本地 DNS 就会向 GSLB 再发起请求,这样就进入了 CDN 的全局负载均衡系统,开始“智能调度”,主要的依据有这么几个:</p>
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<ol>
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<li>看用户的 IP 地址,查表得知地理位置,找相对最近的边缘节点;</li>
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<li>看用户所在的运营商网络,找相同网络的边缘节点;</li>
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<li>检查边缘节点的负载情况,找负载较轻的节点;</li>
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<li>其他,比如节点的“健康状况”、服务能力、带宽、响应时间等。</li>
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</ol>
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<p>GSLB 把这些因素综合起来,用一个复杂的算法,最后找出一台“最合适”的边缘节点,把这个节点的 IP 地址返回给用户,用户就可以“就近”访问 CDN 的缓存代理了。</p>
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<h2>CDN 的缓存代理</h2>
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<p>缓存系统是 CDN 的另一个关键组成部分,相当于 CDN 的“心脏”。如果缓存系统的服务能力不够,不能很好地满足用户的需求,那 GSLB 调度算法再优秀也没有用。</p>
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<p>但互联网上的资源是无穷无尽的,不管 CDN 厂商有多大的实力,也不可能把所有资源都缓存起来。所以,缓存系统只能有选择地缓存那些最常用的那些资源。</p>
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<p>这里就有两个 CDN 的关键概念:“<strong>命中</strong>”和“<strong>回源</strong>”。</p>
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<p>“命中”就是指用户访问的资源恰好在缓存系统里,可以直接返回给用户;“回源”则正相反,缓存里没有,必须用代理的方式回源站取。</p>
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<p>相应地,也就有了两个衡量 CDN 服务质量的指标:“<strong>命中率</strong>”和“<strong>回源率</strong>”。命中率就是命中次数与所有访问次数之比,回源率是回源次数与所有访问次数之比。显然,好的 CDN 应该是命中率越高越好,回源率越低越好。现在的商业 CDN 命中率都在 90% 以上,相当于把源站的服务能力放大了 10 倍以上。</p>
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<p>怎么样才能尽可能地提高命中率、降低回源率呢?</p>
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<p>首先,最基本的方式就是在存储系统上下功夫,硬件用高速 CPU、大内存、万兆网卡,再搭配 TB 级别的硬盘和快速的 SSD。软件方面则不断“求新求变”,各种新的存储软件都会拿来尝试,比如 Memcache、Redis、Ceph,尽可能地高效利用存储,存下更多的内容。</p>
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<p>其次,缓存系统也可以划分出层次,分成一级缓存节点和二级缓存节点。一级缓存配置高一些,直连源站,二级缓存配置低一些,直连用户。回源的时候二级缓存只找一级缓存,一级缓存没有才回源站,这样最终“扇入度”就缩小了,可以有效地减少真正的回源。</p>
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<p>第三个就是使用高性能的缓存服务,据我所知,目前国内的 CDN 厂商内部都是基于开源软件定制的。最常用的是专门的缓存代理软件 Squid、Varnish,还有新兴的 ATS(Apache Traffic Server),而 Nginx 和 OpenResty 作为 Web 服务器领域的“多面手”,凭借着强大的反向代理能力和模块化、易于扩展的优点,也在 CDN 里占据了不少的份额。</p>
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<h2>小结</h2>
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<p>CDN 发展到现在已经有二十来年的历史了,早期的 CDN 功能比较简单,只能加速静态资源。随着这些年 Web 2.0、HTTPS、视频、直播等新技术、新业务的崛起,它也在不断进步,增加了很多的新功能,比如 SSL 加速、内容优化(数据压缩、图片格式转换、视频转码)、资源防盗链、WAF 安全防护等等。</p>
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<p>现在,再说 CDN 是“搬运工”已经不太准确了,它更像是一个“无微不至”的“网站保姆”,让网站只安心生产优质的内容,其他的“杂事”都由它去代劳。</p>
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<li>由于客观地理距离的存在,直连网站访问速度会很慢,所以就出现了 CDN;</li>
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<li>CDN 构建了全国、全球级别的专网,让用户就近访问专网里的边缘节点,降低了传输延迟,实现了网站加速;</li>
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<li>GSLB 是 CDN 的“大脑”,使用 DNS 负载均衡技术,智能调度边缘节点提供服务;</li>
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<li>缓存系统是 CDN 的“心脏”,使用 HTTP 缓存代理技术,缓存命中就返回给用户,否则就要回源。</li>
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</ol>
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<h2>课下作业</h2>
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<li>网站也可以自建同城、异地多处机房,构建集群来提高服务能力,为什么非要选择 CDN 呢?</li>
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<li>对于无法缓存的动态资源,你觉得 CDN 也能有加速效果吗?</li>
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</ol>
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<p>欢迎你把自己的学习体会写在留言区,与我和其他同学一起讨论。如果你觉得有所收获,也欢迎把文章分享给你的朋友。</p>
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<p><img src="assets/bc1805a7c49977c7838b29602f3bba51.png" alt="unpreview" /></p>
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<a href="/专栏/透视HTTP协议/36 WAF:保护我们的网络服务.md.html">上一页</a>
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<a href="/专栏/透视HTTP协议/38 WebSocket:沙盒里的TCP.md.html">下一页</a>
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<a class="off-canvas-overlay" onclick="hide_canvas()"></a>
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</div>
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<script defer src="https://static.cloudflareinsights.com/beacon.min.js/v652eace1692a40cfa3763df669d7439c1639079717194" integrity="sha512-Gi7xpJR8tSkrpF7aordPZQlW2DLtzUlZcumS8dMQjwDHEnw9I7ZLyiOj/6tZStRBGtGgN6ceN6cMH8z7etPGlw==" data-cf-beacon='{"rayId":"70997d346ff23cfa","version":"2021.12.0","r":1,"token":"1f5d475227ce4f0089a7cff1ab17c0f5","si":100}' crossorigin="anonymous"></script>
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</body>
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<!-- Global site tag (gtag.js) - Google Analytics -->
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<script async src="https://www.googletagmanager.com/gtag/js?id=G-NPSEEVD756"></script>
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<script>
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window.dataLayer = window.dataLayer || [];
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function gtag() {
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dataLayer.push(arguments);
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}
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gtag('js', new Date());
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gtag('config', 'G-NPSEEVD756');
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var path = window.location.pathname
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var cookie = getCookie("lastPath");
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console.log(path)
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if (path.replace("/", "") === "") {
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if (cookie.replace("/", "") !== "") {
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console.log(cookie)
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document.getElementById("tip").innerHTML = "<a href='" + cookie + "'>跳转到上次进度</a>"
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}
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} else {
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setCookie("lastPath", path)
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}
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function setCookie(cname, cvalue) {
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var d = new Date();
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d.setTime(d.getTime() + (180 * 24 * 60 * 60 * 1000));
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var expires = "expires=" + d.toGMTString();
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document.cookie = cname + "=" + cvalue + "; " + expires + ";path = /";
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}
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function getCookie(cname) {
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var name = cname + "=";
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var ca = document.cookie.split(';');
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for (var i = 0; i < ca.length; i++) {
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var c = ca[i].trim();
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if (c.indexOf(name) === 0) return c.substring(name.length, c.length);
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}
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return "";
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}
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</script>
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</html>
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