什麼是 CDN？為什麼要用 CDN？

在實際開發系統，或者系統設計面試時，很可能會遇到如何讓網站與內容加載變快的問題。舉例來說，在設計像 Netflix 或 YouTube 這種影音內容為主的平台，或者像 Instagram 這種有大量圖片的社群網站，加載速度非常重要，過去有研究顯示，對電商網站來說，如果每讓使用者多等一秒，使用者跳出網站的比例就會上升不少。

要如何讓網站本身，或者網站中有用到的影片、圖片的加載變快，CDN 是很常見的手段。在這篇文章，我們會來討論 CDN 是什麼? 具體如何運作? 可以如何用在系統設計上?

CDN 是什麼?

CDN 是 Content Delivery Network 的縮寫，中文是指「內容傳遞網路」。如果進一步拆解這幾個字，首先 CDN 是一個網路，意味著是由非常多個節點 (伺服器) 所組成的。Netflix 著名的 Open Connect CDN，由全球超過六千個地點、超過一萬八千台伺服器所組成的大型網路。

在理解 CDN 是個網路後，讓我們接著來看「內容傳遞」。網路可以做很多事，而 CDN 的網路是專注在傳遞內容，進一步來說是會用來傳遞靜態資源 (static content)。

常見會被放到 CDN 上傳遞的靜態資源包含：

圖片：將網站的圖片資源（如 JPG、PNG、GIF 等）放在 CDN 上，讓使用者從最近的 CDN 節點獲取，減少圖片加載時間。
影音：將網站上的影音內容（如 MP4、HLS）存在 CDN 上，讓使用者能從最近的節點流暢地播放，減少緩衝和卡頓。
HTML、CSS 和 JavaScript 文件：通過 CDN 分發網站的 HTML、CSS 和 JavaScript 文件，縮短這些資源的加載時間。
字體文件：將字體文件（如 Google Fonts 或其他自定義字體）存儲在 CDN 上，讓使用者能更快地加載字體，避免因為網頁要等字體加載所以得等比較久。

為什麼需要 CDN? 用 CDN 有什麼好處?

在理解 CDN 的定義後，相信讀者會問為什麼需要 CDN，用 CDN 有什麼好處? 為什麼 Netflix 願意投資超過十億美元建置他們的 Open Connect CDN 系統?

如同我們在開頭提到的，CDN 的一個重要功能，是能夠讓靜態內容更快被呈現到使用者面前。

要理解這點，就不能不談軟體背後的物理世界。雖然我們平常寫的軟體，是數位與虛擬的，但事實是背後仍得遵守物理世界的法則。具體來說，當今天在伺服器端的一個內容，不論是讓網頁能被渲染用的 HTML、CSS 和 JavaScript 文件，又或者是串流平台的影片、社群平台的照片，如果要傳給客戶端，傳輸都仍受物理世界的限制。

這個最基本的法則，是當給定同樣的傳輸速度，如果距離長，傳輸時間就會越久。

以 Netflix 這間美國公司來說，假如今天沒有用 CDN，Netflix 把傳內容的伺服器架在美國，等於在臺灣的觀眾的客戶端裝置，請求影音時都要等超過一萬公里的傳輸。這會導致，如果人在美國的觀眾，會覺得 Netflix 跑很快，但在臺灣的則可能覺得慢。

然而，今天假如能在全球各地都有節點，能夠就近把影音資源回傳給在地使用者，這樣不管人在哪裡，都會覺得 Netflix 跑很快 (或者用技術角度來說，Netflix 的延遲性很低)。

用比喻的方式來理解的話，可以把 CDN 想像成桌上的資料櫃。在工作時，多數人會把目前正在處理的文件放在桌上，這樣要用的時候可以隨手拿到，不用每次都得走到書架上去拿文件。假如每次拿一個文件，還要走到隔壁房間的書架，那每次要拿文件就必然要多花時間。

事實上，假如從一個要展示內容的網站角度來看，今天使用者瀏覽一個頁面，例如上面截圖瀏覽 ExplainThis 的 IG 首頁來說，請求發送、伺服器處理、伺服器跟資料庫互動，到回傳帳號 IG 首頁的圖片，這整個過程中，因為不是處理什麼複雜邏輯，所以可能都是幾十毫秒內完成。

但假如一個圖片請求從臺灣到美國，然後在美國的伺服器回傳圖片，可能就得花個 200 毫秒在傳輸上。換句話說，假如沒有 CDN 這種就近的節點，整個流程中延遲度最大的瓶頸，很可能會落在圖片傳輸的時間上。

CDN 的其他好處

除了上面提到的，可以透過縮短物理距離，來讓傳輸時間減少，當建置 CDN 這樣有多個節點分散於全球的系統，還有許多其他好處。

當今天有多個節點，意味著提供靜態資源的伺服器，不會成為單點故障 (single point of failure) 的來源。試想，假如今天只有一台原本用來提供靜態資源的伺服器，沒有其他的節點，假如因為天災因素，導致該伺服器所在位置被影響，進而讓該伺服器無法正常運作，這會導致整個系統無法繼續提供靜態資源。

反之，假如有像 CDN 這樣的網路，靜態資源被複製到各個節點，假如一台掛掉，還有其他台可以用，進而避免單點故障的可能性。

除了避免單點故障，另一個有多節點的好處，是能夠分散掉集中在某台伺服器的請求壓力。換句話說，CDN 網路的存在，等於是對靜態資源的水平擴展 (horizontal scaling)。試想，像 Netflix 這樣的平台，很常會有某個影片突然全球瘋傳 (例如當年的魷魚遊戲熱潮)，在這種狀況下，假如只有原本的一台伺服器，即使該伺服器的硬體規格再好，也難以支應來自全球的大量請求。當有 CDN 的其他節點，就能夠有效分散流量，進而避免單一台伺服器撐不住的狀況。

最後，一個常見的 CDN 附加好處，是能夠透過 CDN 來增加防護，CDN 提供的 DDoS 防護服務能夠抵禦分佈式拒絕服務攻擊，保護網站穩定運行。具體來說，因為原伺服器的位置被隱藏在 CDN 後面，所以如果有 DDoS 攻擊，也會需要先過 CDN 這一關。而由於 CDN 網路遍佈全球，通常很難成功攻擊。

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