CDN技术架构

阿里云数字新基建系列包括5 本书，内容涉及Kubernetes、混合云架构、云数据库、CDN 技术架构、云服务器运维（Windows），囊括了领先的云技术知识与阿里云技术团队独到的实践经验，是国内IT 技术图书又一套重磅作品。

内容分发网络（Content Delivery Network，CDN）已经发展成为互联网的基础设施，为App 及Web 站点等提供各类静态/ 动态内容、实时流媒体加速及网络安全防护等功能。本书共有14 章，可划分为4 大部分：第1 部分（第1 章）介绍CDN 核心产品的技术原理、应用场景及CDN 的发展历史；第2 部分（第2~6 章）重点介绍CDN 核心子系统的技术原理及工程实现，内容涵盖调度系统、节点系统、网络传输及运营支撑系统；第3 部分（第7~12 章）介绍CDN 的4 大核心产品的架构设计、功能详解及产品优化最佳实践，具体产品包括视频点播、实时流媒体、动态加速及安全防护；第4 部分（第13~14 章）介绍阿里云CDN 的技术演进策略，包括CDN 自身核心技术的升级换代及CDN 向边缘计算平台的演进策略等。

本书可作为高等院校研究生、本科生学习CDN 整体架构及核心技术的学习材料，也可供对CDN 产品和技术感兴趣的工程技术人员、研究人员阅读与参考，亦可作为CDN 产品的现有及潜在用户了解产品技术实现细节的参考手册。

本书作者来自阿里云CDN团队，很多技术专家都有十年以上的CDN技术经历，这是本书内容这么扎实的实力保障。

郝 冲

阿里云资深技术专家，沉浸于CDN行业近20年，见证了中国CDN从初级硬件搭建到全面云化的多次技术变革。

李 克

阿里云资深技术专家，深度参与了阿里云CDN商业化转型、边缘云中台体系的建设，有十余年的CDN、视频云领域的行业经验。

卢 日

阿里云视频直播和短延时直播RTS负责人，专注实时高性能流媒体传输和云边组网技术十余年，致力于推动实时流媒体网络技术向下一代GRTN架构演进。

曾福华

阿里云边缘云调度系统负责人，长期专注于超大规模调度系统架构，超10年CDN行业经验，深度参与阿里云CDN、边缘云商业化进程。

赵 伟

阿里云智能边缘云安全负责人，主要负责边缘云的安全、NAT 网关、负载均衡等。

丁玉杰

阿里云高级技术专家，全站加速DCDN产品负责人。具有多年CDN节点和选路系统研发、架构经验。

白常明

阿里云高级技术专家，负责边缘计算的技术架构、5G与标准、创新业务等工作。具有丰富的通信行业经验、云计算技术研发经验和ICT技术融合研发与架构经验。

邓光青

阿里云高级技术专家，工学博士，擅长数据驱动的大规模分布式系统性能优化，负责CDN服务质量调优，推动调优模式从工具化、白屏化向数据化、智能化演进。

陈 晨

阿里云技术专家，多年CDN边缘传输网络性能调优经验，现主要负责阿里云CDN边缘网络传输性能优化及传输数据体系搭建工作，持续提升阿里云CDN高性能、高稳定性的服务能力。

杨 超

阿里云技术专家，10年以上音视频编解码、流媒体及CDN开发经验，负责边缘云通用加速相关开发工作，专注于提升CDN的高性能和高可用性。

肖文奇

阿里云CDN产品解决方案架构师，8年CDN行业经验，主导过多个现象级应用的高可用架构方案设计与实现，现聚焦于CDN技术在各领域的实践与应用。

李志明

阿里云技术专家，有多年CDN行业及架构经验，负责CDN云原生技术架构核心技术方案的设计和落地，在高性能缓存服务器、负载均衡服务器Nginx、服务网格、Kubernetes等多个技术领域有丰富的经验。

遨游海域的座头鲸、成群结队的角马、群聚飞翔的火烈鸟……构成了一幅幅壮美的生存画面，迁徙是自然界令人叹为观止的景观。

数智时代的“上云”与自然界的“迁徙”何其相似啊！

2022年伊始，我们博文视点的编辑团队联合阿里云技术团队，为广大IT技术人员奉上“阿里云数字新基建系列”。这个系列包括5本书，题材涉及Kubernetes、混合云架构、云数据库、CDN原理与流媒体技术、云服务器运维（Windows），囊括了领先的云技术知识与阿里云技术团队独到的实践经验，是国内IT技术图书中又一套重磅作品！

关于本书《CDN技术架构》：

（1）由阿里云郝冲等技术大牛领衔撰写，作者郝冲为阿里云资深技术专家，沉浸于CDN行业近20年，见证了中国CDN从初级硬件搭建到全面云化的多次技术变革。本书多位技术作者都拥有非常资深的技术背景，这是本书内容的保障。

（2）详解CDN技术架构，分享流量调度、节点软件、网络传输及运营支撑系统关键技术；详解4大场景化实践，详解CDN命中率提升、应用市场下载加速、超低延时互动课堂及点播加速、动态加速实践。干货多，读得懂！

内容分发网络（Content Delivery Network，CDN）是构建在现有互联网基础架构之上的覆盖网（Overlay Network），一方面通过边缘节点缓存减轻骨干网的拥塞情况，另一方面通过边缘节点协同提升网络的抗攻击能力，从而为互联网上的各类App 和Web 站点等提供动/ 静态内容加速、实时流媒体加速以及网络安全防护等功能。在2020 年，国内各大、中、小学因疫情原因线下停课，转而采用线上课堂的形式继续开展教学活动，CDN 平台凭借其遍布全球的边缘加速节点、全面的内容加速能力以及智能的流量实时调度系统，成功支撑了在线课堂网络流量几十倍地迅猛增长，助力实现了“停课不停学”的目标，创造了巨大的社会价值。

阿里云CDN 起源于自有电商业务的图片加速，经过阿里巴巴集团历届“双11”高并发场景的不断打磨，其技术能力显著提升、网络规模快速扩大，逐渐发展为节点遍布全球的大型CDN 平台。当前，CDN 已经融入我们日常生活的方方面面，不管是网上购物、观看短视频或直播、听在线音乐，还是浏览网页，后台往往由CDN 在提供加速及安全能力支撑。我在服务海内外客户及进行人才招聘的过程中，发现不管是CDN 的客户、合作伙伴，还是希望进入CDN 行业工作的应届毕业生或社招技术人员，对CDN 的体系架构、核心模块、产品功能、应用场景等往往存在着或多或少的疑问或者理解不透彻的地方。其原因大致可分为两个方面：一方面是因为CDN 作为一个大规模的分布式系统，其技术非常复杂，不易理解；另一方面是因为市面上能体系化阐述CDN 前沿技术、最佳实践的书籍太少，学习资料缺乏。

为此，阿里云CDN 团队组织了几十名一线技术和产品专家合力撰写了《CDN 技术架构》这本书，从CDN 的基础技术、核心产品、最佳实践场景及未来边缘计算平台演进四个方面总结了阿里云CDN 在过去十余年中取得的技术和产品化进展，希望能增进大家对于CDN 技术和产品的理解，通过交流和分享共同推动CDN 行业的发展与技术进步。

本书共包含14 章，具体可划分为4 个部分：第1 部分由第1 章组成，简要介绍了CDN 核心产品（动态加速、静态加速及安全防护等）的技术原理及应用场景，以及CDN 在互联网架构中的定位和CDN 的发展历史；第2 部分由第2~6 章组成，主要从调度系统、节点系统、网络传输以及运营支撑4 个方面对CDN 平台的核心技术进行介绍；第3 部分由第7~12 章组成，详细阐述了CDN 四大产品（视频点播、实时流媒体、动态加速以及安全防护）的产品架构设计及功能详解，以及CDN 产品的场景化优化最佳实践；第4 部分由第13~14 章组成，主要阐述阿里云CDN 平台的技术演进策略，包括CDN 核心技术的演进方向，以及CDN 向边缘计算平台的演进策略等。

本书是阿里云CDN 团队集体创作的结晶，鉴于本书作者水平有限，书中错误和疏漏之处在所难免，恳请广大读者批评指正。

邓光青

第1章　引言

1.1　CDN概述

1.2　CDN的基本原理

1.2.1　动态内容的加速原理

1.2.2　静态内容的加速原理

1.2.3　安全防护的原理

1.3　CDN的应用场景

1.3.1　动态内容加速

1.3.2　静态内容加速

1.3.3　安全防护

1.4　CDN的技术定位

1.5　CDN的发展历史

第2章　CDN系统架构概述

2.1　CDN整体框架

2.2　CDN核心子系统

2.2.1　调度系统

2.2.2　节点软件

2.2.3　网络传输

2.2.4　运营支撑

第3章　调度系统

3.1　资源规划

3.2　全局负载均衡

3.3　调度服务器

3.4　全局感知系统

第4章　CDN节点系统

4.1　概述

4.2　多级缓存架构

4.2.1　阿里云CDN节点系统的发展背景

4.2.2　阿里云CDN的经典二层架构

4.2.3　阿里云CDN的多级缓存架构

4.2.4　节点系统的未来展望

4.3　接入域网关组件

4.3.1　HTTP/2优化

4.3.2　HTTPS优化

4.4　回源域组件

4.5　CDN缓存系统

第5章　CDN网络优化

5.1　网络传输优化的挑战

5.2　网络拥塞控制原理

5.3　网络丢包恢复原理

5.3.1　概述

5.3.2　丢包恢复算法介绍

5.3.3　阿里云CDN业务场景下的优化方向

5.469网络旁路干扰技术

第6章　CDN运营支撑

6.1　管控系统

6.1.1　用户管理

6.1.2　域名管理

6.1.3　CDN控制台

6.2　配置管理系统

6.2.1　用户配置

6.2.2　软件配置

6.3　内容管理系统

6.3.1　基础能力

6.3.2　内容刷新

6.3.3　内容预热

6.3.4　内容封禁

6.4　监控系统

6.4.1　CDN边缘监控的特点

6.4.2　智能化监控

6.5　日志系统

6.5.1　日志使用场景和挑战

6.5.2　报表

6.5.3　常见数据场景和交付

6.5.4　边缘分析

第7章　CDN产品概述

7.1　视频点播简述

7.2　视频直播简述

7.3　全站加速简述

7.4　安全防护简述

7.4.1　线上服务的安全风险

7.4.2　CDN 多层次纵深防护

第8章　CDN视频点播

8.1　视频点播应用场景

8.1.1　视频拖曳

8.1.2　动态转封装

8.1.3　试看试听

8.1.4　听视频

8.1.5　视频分析

8.1.6　图片处理

8.2　视频点播关键技术

8.2.1　自适应限速

8.2.2　全网限流

8.2.3　点播防盗链技术

8.2.4　点播封禁技术

第9章　CDN实时流媒体

9.1　实时流媒体基础原理

9.1.1　RTMP

9.1.2　HTTP-FLV

9.1.3　HLS

9.2　实时流媒体应用场景

9.2.1　实时音视频

9.2.2　视频直播

9.3　实时流媒体系统架构

9.3.1　流媒体节点

9.3.2　流媒体大脑

9.4　实时流媒体创新技术

9.4.1　QUIC

9.4.2　GRTN

第10章　CDN动态加速

10.1　动态加速原理

10.2　动态加速应用场景

10.3　动态加速系统架构

10.4　动态加速选路核心技术

10.4.1　网络探测

10.4.2　智能选路

10.4.3　流量规划

10.5　四层动态加速核心技术

10.5.1　目标场景和形态

10.5.2　四层加速架构

10.5.3　高可用、负载均衡

10.5.4　TCP相关优化

10.5.5　QUIC和路由隧道

10.5.6　端口映射、VIP复用技术

10.6　七层动态加速核心技术

10.6.1　负载均衡

10.6.2　长链接管道

10.6.3　回源策略

10.6.4　WebSocket

第11章　CDN安全防护

11.1　安全防护概述

11.2　安全架构

11.3　四层负载均衡及DDoS防护

11.3.1　简介

11.3.2　ELB 四层请求分发模型

11.3.3　DDoS 攻击检测与处理

11.4　应用层安全

11.4.1　应用层安全概述

11.4.2　精准访问控制

11.4.3　区域封禁

11.4.4　IP频次控制

11.4.5　机器流量管理

第12章　CDN场景化最佳实践

12.1　CDN命中率优化实践

12.1.1　缓存命中率的基本概念

12.1.2　缓存机制

12.1.3　优化CDN缓存命中率的措施

12.1.4　总结

12.2　移动App——应用市场下载加速最佳实践

12.3　在线教育——超低延时互动课堂及点播加速最佳实践

12.3.1　点播方案

12.3.2　通用直播方案

12.3.3　小班课直播方案

12.4　新闻社交——动态加速最佳实践

第13章　CDN未来技术演进

13.1　演进背景

13.2　未来技术架构

13.3　调度未来架构

13.4　中台技术

13.5　边缘可编程

第14章　CDN与边缘计算 P335

14.1　边缘计算技术架构

14.1.169边缘计算概述

14.1.2　边缘计算应用场景

14.2　vCDN方案与实践

14.2.169CDN传统建设方案 P352

14.2.269ENS如何帮助客户解决问题 P353

14.2.3　小结 P355