基本上，互聯網上的每個人都體驗過內容分發網絡（CDN）的好處。包括 Google、Apple 和 Microsoft 等公司在內的大多數技術公司都使用 CDN 來減少加載網頁內容的延遲。

CDN 通常會將服務器放置在不同網絡之間的交換點。這些互聯網交換點（IXP）是不同互聯網提供商連接的主要位置，以便彼此提供對來自其不同網絡的流量的訪問。除了 IXP 外，CDN 還將服務器放置在位于全球高流量區域和戰略位置的數據中心，以便能夠盡快移動流量。

CDN 的一大優勢是它能夠快速、高效地交付內容。CDN 性能優化可分為三個類別。

1. 縮短距離：縮短客戶端與所請求數據之間的物理距離
2. 優化硬件/軟件：提高服務器端基礎結構的性能，例如通過使用固態硬盤驅動器和高效負載均衡
3. 減少數據傳輸：采用各種技術來減小文件大小，以便快速進行初始頁面加載

為了便于理解使用 CDN 的好處，我們來看看沒有 CDN 時普通客戶端/服務器數據傳輸會是什么樣子。

使用 CDN 和不使用 CDN 在加載時間上有何不同？

假設紐約的某個人需要訪問新加坡服務器上托管的網站。這兩個位置相隔甚遠，物理距離為大約 9,520 英里。

如果承載網站內容的服務器（源站服務器）位于新加坡，則對各個網頁資產的每個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的國際航班一樣，每個請求在從 A 點傳到 B 點的遠距路程中都要經過一系列路由器。

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

因為從紐約到新加坡的請求需要沿途經過每個路由器位置，所以總距離和每個路由器處理請求所花費的時間都會增加時間量（延遲）。一旦源服務器處理請求并響應發出請求的客戶端，它就會通過類似的路由器序列將信息發送回，然后再返回紐約。這一總往返行程的測量在電信中稱為“往返時間”的 RTT。暫時忽略可用帶寬和潛在的網絡擁塞，讓我們來看一個延遲因素的例子。

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?TCP/IP 連接將添加 3 次 250 毫秒延遲。
• 網頁需要 5 個不同的資產，包括圖片、JavaScript 文件和網頁本身。

我們粗略看一下該網頁的加載時間：

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

在這個簡單示例中，網頁加載的總傳輸時間約為?3000 毫秒。

如您所見，每次發出請求并發送響應時，都要遍歷紐約客戶與新加坡源站之間的整個路徑。隨著網站規模擴大并需要更多資產，A 點和 B 點之間的延遲會不斷增加。

我們再看一下向紐約的 Web 客戶端提供托管在新加坡的內容的示例，但這一次新加坡站點使用一個在亞特蘭大設有服務器的 CDN，其含有靜態網站的緩存副本：

• 請求從紐約到亞特蘭大需要 50 毫秒。
• 建立一個 TCP/IP 連接將添加 3 次 50 毫秒延遲
• 網頁需要 5 個不同的資產，包括圖片、JavaScript 文件和網頁本身。

我們粗略看一下該網頁使用 CDN 時的加載時間：

• 150 毫秒：在紐約的客戶端和亞特蘭大的邊緣服務器之間建立 TCP/IP 連接。
• 50 毫秒：對網頁的 HTTP GET 請求從紐約傳送到邊緣服務器。
• 50 毫秒：客戶端收到來自邊緣服務器的響應，響應中包含網頁以及還需要的其他資產的列表。
• 50 毫秒：客戶端請求這 5 項資產中的每一項。
• 800 毫秒：這五項資產從邊緣服務器異步交付給客戶端。

網頁加載的總傳輸時間約為?1100 毫秒。

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

通過縮短所有必要流量都需要遍歷的總距離，網站的每一用戶都能節省大量加載時間。用戶會隨著等待時間增加而開始迅速離開站點（跳出），因此這種改進既代表了更好的用戶體驗，也代表著更長的頁面停留時間。

CDN 如何加載內容？什么是高速緩存？

如前文所述，當客戶端從源站服務器請求文件時，請求通常需要傳送到服務器，然后再傳回來。CDN 在稱為“高速緩存”的過程中將靜態內容文件從源站服務器拉取到分布式 CDN 網絡中，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態內容。數據經過高速緩存之后，CDN 將從最近的 CDN 數據中心向客戶端提供內容。

完成?TCP 握手后，客戶端計算機向 CDN 的網絡發出 HTTP 請求。如果內容尚未緩存，則 CDN 將首先通過在源站服務器和 CDN 邊緣服務器之間進行額外請求，從源站下載內容。

典型的 CDN 高速緩存過程包含以下 4 個步驟：

1. 當用戶請求網頁時，用戶的請求被路由到 CDN 中最近的邊緣服務器。
2. 邊緣服務器接著向源站服務器請求用戶請求的內容。
3. 源站響應邊緣服務器的請求。
4. 最后，邊緣服務器響應客戶端。

CDN 與客戶端的近距離價值是在向源站服務器發出初始請求之后體現出來的。一旦數據從源站服務器高速緩存到 CDN 網絡中，來自客戶端的每個后續請求都只需到達最近的邊緣服務器即可。這意味著，如果最近的邊緣服務器比源站服務器近，就能減少延遲，并且更快提供內容。

務必要牢記一點，這不包括下載資產以及處理請求和響應所需的時間；到目前為止，僅計算在兩個位置之間傳輸信息所需的傳輸時間。我們將探索的其他重要延遲因素還包括數據縮減、硬盤速度和網絡擁塞。

CDN 如何通過縮減文件大小來提高速度？

為縮短頁面加載時間，CDN 減少 CDN 的高速緩存服務器和客戶端之間的總體數據傳輸量。當傳輸的數據總量下降時，延遲和所需帶寬都會減少。帶來的結果是更快的頁面加載和更低的帶寬費用。這些縮減包括兩個關鍵組成部分：

極簡化：極簡化是指通過刪除用于幫助人類了解所發生情況的所有組件來減少代碼塊大小的過程。盡管工程師需要將想法分解為合理的變量名稱、空格和注釋，以使代碼塊易于閱讀和維護，但計算機在刪除這些字符后仍然可以成功運行代碼。

下方列出了極簡化前后的代碼塊：

極簡化之前：八行代碼

極簡化之后：縮減為一行代碼

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

文件壓縮：若要減少通過互聯網傳輸數據時所需的延遲和帶寬消耗，文件壓縮是一個重要組成部分。GZip 是常用的壓縮方法，視為傳輸網頁時所用的一種最佳實踐。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提高速度？

就CDN 硬件優化而言，與傳統硬盤驅動器（HDD）相比，使用固態硬盤（SSD 具有顯著的優勢。固態驅動器打開文件的速度比傳統硬盤驅動器最多快30％，而且更具彈性和可靠性。

與電唱機類似，傳統硬盤驅動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，上方臂架上的讀/寫頭可以訪問信息。這是一種機械過程，會受到碟片旋轉速度的影響。隨著固態驅動器的誕生，舊式硬盤驅動器的使用已在減少，但它們目前仍在生產，并在許多計算機系統中廣泛使用。

固態驅動器 (SSD) 也是一種持久存儲形式，但其功能與 USB 拇指驅動器或數碼相機等設備中常見的存儲卡更相似；沒有移動部件。如果普通硬盤正在旋轉并且系統受到擠壓，硬盤可能會跳過，從而導致讀/寫錯誤和潛在的停機時間。SSD 的另一個重要好處是訪問碎片文件。文件碎片是文件的一部分位于磁盤上不同位置的情況，導致 HDD 驅動器的訪問速度變慢。由于 SSD 可以有效地訪問非連續內存位置，因此碎片不會對性能構成威脅。

在首批 CDN 中，數據存儲在硬盤驅動器上。現在的一些 CDN 服務將所有邊緣緩存放在固態驅動器上進行。SSD 的缺點是成本高昂；SSD 的成本可達傳統介質的 5 倍。因此，一些 CDN 服務通常會避免使用 SSD，而選用較舊的技術。