什么是 CDN？为什么要用 CDN？

在实际开发系统，或者系统设计面试时，很可能会遇到如何让网站与内容加载变快的问题。举例来说，在设计像 Netflix 或 YouTube 这种影音内容为主的平台，或者像 Instagram 这种有大量图片的社群网站，加载速度非常重要，过去有研究显示，对电商网站来说，如果每让用户多等一秒，用户跳出网站的比例就会上升不少。

要如何让网站本身，或者网站中有用到的影片、图片的加载变快，CDN 是很常见的手段。在这篇文章，我们会来讨论 CDN 是什么？具体如何运作？可以如何用在系统设计上？

CDN 是什么？

CDN 是 Content Delivery Network 的缩写，中文是指"内容传递网络"。如果进一步拆解这几个字，首先 CDN 是一个网络，意味着是由非常多个节点（服务器）所组成的。Netflix 著名的 Open Connect CDN，由全球超过六千个地点、超过一万八千台服务器所组成的大型网络。

在理解 CDN 是个网络后，让我们接着来看"内容传递"。网络可以做很多事，而 CDN 的网络是专注在传递内容，进一步来说是会用来传递静态资源（static content）。

常见会被放到 CDN 上传递的静态资源包含：

• 图片：将网站的图片资源（如 JPG、PNG、GIF 等）放在 CDN 上，让用户从最近的 CDN 节点获取，减少图片加载时间。
• 影音：将网站上的影音内容（如 MP4、HLS）存在 CDN 上，让用户能从最近的节点流畅地播放，减少缓冲和卡顿。
• HTML、CSS 和 JavaScript 文件：通过 CDN 分发网站的 HTML、CSS 和 JavaScript 文件，缩短这些资源的加载时间。
• 字体文件：将字体文件（如 Google Fonts 或其他自定义字体）存储在 CDN 上，让用户能更快地加载字体，避免因为网页要等字体加载所以得等比较久。

为什么需要 CDN？用 CDN 有什么好处？

在理解 CDN 的定义后，相信读者会问为什么需要 CDN，用 CDN 有什么好处？为什么 Netflix 愿意投资超过十亿美元建置他们的 Open Connect CDN 系统？

如同我们在开头提到的，CDN 的一个重要功能，是能够让静态内容更快被呈现到用户面前。

要理解这点，就不能不谈软件背后的物理世界。虽然我们平常写的软件，是数字与虚拟的，但事实是背后仍得遵守物理世界的法则。具体来说，当今天在服务器端的一个内容，不论是让网页能被渲染用的 HTML、CSS 和 JavaScript 文件，又或者是串流平台的影片、社群平台的照片，如果要传给客户端，传输都仍受物理世界的限制。

这个最基本的法则，是当给定同样的传输速度，如果距离长，传输时间就会越久。

以 Netflix 这间美国公司来说，假如今天没有用 CDN，Netflix 把传内容的服务器架在美国，等于在台湾的观众的客户端装置，请求影音时都要等超过一万公里的传输。这会导致，如果人在美国的观众，会觉得 Netflix 跑很快，但在台湾的则可能觉得慢。

然而，今天假如能在全球各地都有节点，能够就近把影音资源回传给在地用户，这样不管人在哪里，都会觉得 Netflix 跑很快（或者用技术角度来说，Netflix 的延迟性很低）。

用比喻的方式来理解的话，可以把 CDN 想像成桌上的资料柜。在工作时，多数人会把目前正在处理的文件放在桌上，这样要用的时候可以随手拿到，不用每次都得走到书架上去拿文件。假如每次拿一个文件，还要走到隔壁房间的书架，那每次要拿文件就必然要多花时间。

事实上，假如从一个要展示内容的网站角度来看，今天用户浏览一个页面，例如上面截图浏览 ExplainThis 的 IG 首页来说，请求发送、服务器处理、服务器跟数据库互动，到回传账号 IG 首页的图片，这整个过程中，因为不是处理什么复杂逻辑，所以可能都是几十毫秒内完成。

但假如一个图片请求从台湾到美国，然后在美国的服务器回传图片，可能就得花个 200 毫秒在传输上。换句话说，假如没有 CDN 这种就近的节点，整个流程中延迟度最大的瓶颈，很可能会落在图片传输的时间上。

CDN 的其他好处

除了上面提到的，可以透过缩短物理距离，来让传输时间减少，当建置 CDN 这样有多个节点分散于全球的系统，还有许多其他好处。

当今天有多个节点，意味着提供静态资源的服务器，不会成为单点故障（single point of failure）的来源。试想，假如今天只有一台原本用来提供静态资源的服务器，没有其他的节点，假如因为天灾因素，导致该服务器所在位置被影响，进而让该服务器无法正常运作，这会导致整个系统无法继续提供静态资源。

反之，假如有像 CDN 这样的网络，静态资源被复制到各个节点，假如一台掛掉，还有其他台可以用，进而避免单点故障的可能性。

除了避免单点故障，另一个有多节点的好处，是能够分散掉集中在某台服务器的请求压力。换句话说，CDN 网络的存在，等于是对静态资源的水平扩展（horizontal scaling）。试想，像 Netflix 这样的平台，很常会有某个影片突然全球疯传（例如当年的鱿鱼游戏热潮），在这种状况下，假如只有原本的一台服务器，即使该服务器的硬件规格再好，也难以支应来自全球的大量请求。当有 CDN 的其他节点，就能够有效分散流量，进而避免单一台服务器撑不住的状况。

最后，一个常见的 CDN 附加好处，是能够透过 CDN 来增加防护，CDN 提供的 DDoS 防护服务能够抵御分布式拒绝服务攻击，保护网站稳定运行。具体来说，因为原服务器的位置被隐藏在 CDN 后面，所以如果有 DDoS 攻击，也会需要先过 CDN 这一关。而由于 CDN 网络遍布全球，通常很难成功攻击。

阅读更多

如果你觉得这篇内容有帮助，想阅读关于 CDN 更深入的内容，欢迎加入 ExplainThis 筹办的 E+ 成长计划，在 E+ 的主题文中我们有更深入的讨论。加入 E+ 除了透过每周的深度主题文，还有技术讨论社群，让读者在前端、后端、软件工程的领域上持续成长。