一、CDN基础介绍

背景与概念

在互联网高速发展的今天，用户对网络内容的访问速度和体验要求越来越高，内容分发网络（Content Delivery Network，简称CDN）通过将内容缓存到离用户更近的节点，显著降低了访问延迟，提高了传输速度，了解和掌握CDN指标对于优化网站性能至关重要。

CDN的重要性

CDN可以有效缓解源站压力，提高网站的响应速度和稳定性，CDN还能节省带宽成本，增强网站的安全性，深入研究和应用CDN指标是每个开发者和系统管理员的必备技能。

二、CDN指标概览

通用指标

CDN的性能可以通过多个指标进行衡量，包括但不限于延时、丢包率、回源率和缓存命中率等，这些指标反映了CDN在不同方面的表现，帮助我们全面了解其运行状况。

延时：指完成整个文件的上传或下载所需的总时长，延时越低，用户体验越好。

丢包率：指在网络传输过程中丢失的数据包数量占发送数据组的比率，丢包率越低，网络传输的稳定性越高。

回源率：分为回源请求数比例及回源流量比例两种，回源请求数比是指CDN节点对于没有缓存、缓存过期（可缓存）和不可缓存的请求占全部请求记录的比例；回源流量比是源站响应给CDN节点的总字节数与CDN节点响应给用户的总字节数之比，这两个比值越低，性能越好。

缓存命中率：包括字节命中率和请求命中率，字节命中率是指CDN节点响应用户的总字节数与源站响应CDN节点的总字节数之差，再除以CDN节点响应用户的总字节数；请求命中率是指命中缓存的请求数与请求总数的比率，缓存命中率越高，性能越好。

不同类型的内容在使用CDN时，关注的主要指标有所不同。

图片小文件：主要关注延时时间，包括首包时间、建立连接时间和传输时间，延时越小，性能越好。

大文件下载：核心指标为下载速度和下载总时间，下载速度越快，用户体验越好。

视音频点播：主要包括首播时间和卡顿率，首播时间越短，卡顿率越低，用户体验越佳。

三、如何自建CDN源码

自建CDN源码需要以下核心步骤：购买服务器、配置DNS、安装和配置缓存软件、编写分发策略、监控与优化。

购买服务器

选择合适的服务器提供商和配置是自建CDN的第一步，常见的服务器提供商有亚马逊AWS、谷歌云、阿里云和微软Azure等，选择服务器时，需要考虑地理位置、带宽和流量限制、硬件配置等因素，还需考虑服务器的弹性扩展能力，以应对流量突增的情况。

配置DNS

DNS配置是确保用户请求能够正确路由到最近的CDN节点的关键步骤，设置DNS解析，将域名解析到CDN节点的IP地址，可以使用负载均衡的方式，将流量分配到不同的CDN节点，使用GeoDNS可以根据用户的地理位置，将请求路由到最近的CDN节点，以减少延迟。

安装和配置缓存软件

缓存软件是CDN的核心组件，负责存储和分发静态内容，常见的缓存软件有Nginx、Varnish和Squid等，以Nginx为例，首先需要在服务器上安装Nginx，然后配置缓存目录、缓存时间和缓存策略，可以设置缓存静态文件（如图片、CSS、JS）30天，以减少源站压力，启用压缩功能，通过Gzip或Brotli对静态内容进行压缩，以减少传输的数据量，提高传输效率。

编写分发策略

分发策略决定了CDN如何响应用户请求，如何选择最佳节点进行内容分发，负载均衡策略将用户请求分配到不同的CDN节点，以均衡流量，防止单个节点过载，可以使用Round Robin、Least Connections等策略，内容分发策略根据内容类型、用户位置等因素，制定不同的分发策略，视频内容可以优先从带宽较高的节点分发，而小文件可以从延迟较低的节点分发，缓存更新策略确保缓存内容的及时更新，可以使用定时任务（如Cron Job）定期更新缓存，或使用主动推送的方式更新缓存。

监控与优化

监控与优化是确保CDN稳定运行、提高性能的重要环节，部署监控系统，实时监控CDN节点的运行状态、流量、延迟等指标，可以使用Prometheus、Grafana等监控工具，通过分析CDN日志，了解用户访问情况、热点内容等信息，及时发现并解决问题，根据监控和日志分析的结果，进行性能优化，调整缓存策略、优化负载均衡策略、升级硬件配置等。

安全与容灾

确保CDN的安全性和可靠性是自建CDN的最后一步，部署防火墙、DDoS防护等安全措施，防止恶意攻击，可以使用WAF（Web应用防火墙）进行应用层的安全防护，设置容灾备份机制，确保在CDN节点故障时，能够快速切换到备用节点，保证服务的连续性。

四、CDN指标源码详解

延时

延时是衡量CDN性能的重要指标之一，它表示从用户发起请求到接收到完整内容所需的时间，延时越低，用户体验越好，以下是一些关键的延时指标及其解释：

DNS时间：指从浏览器终端发起访问请求开始，到获得最终访问主机IP地址所消耗的时间，这个时间包括DNS解析的过程。

TCP时间：指客户端与目标服务器建立TCP连接所消耗的时间，这个过程涉及握手和确认。

SSL时间：如果使用HTTPS协议，还需要加上客户端和Web服务器建立安全套接层（SSL）连接的时间。

发送时间：指SSL握手完成后，开始发送请求到请求发送完成所消耗的时间，这包括数据的传输和服务器的处理时间。

首包时间：指从客户端开始发送请求到收到服务器端返回的第一个数据包之间的时间，这个时间反映了CDN服务节点的整体性能。

整体性能：指完成整个文件的上传或下载所需的总时长，这个时间综合了各个阶段的延时，是衡量CDN性能的关键指标之一。

丢包率

丢包率是指在网络传输过程中丢失的数据包数量占发送数据包总数的比率，丢包率越低，网络传输的稳定性越高，高丢包率会导致数据传输不完整，影响用户体验。

回源率

回源率分为回源请求数比例及回源流量比例两种：

回源请求数比：指CDN节点对于没有缓存、缓存过期（可缓存）和不可缓存的请求占全部请求记录的比例，回源请求数比=CDN节点回源请求数÷用户访问CDN节点的总请求数，这个比值越低，性能越好。

回源流量比：指源站响应给CDN节点的总字节数与CDN节点响应给用户的总字节数之比，回源流量比=源站响应给CDN节点的总字节数÷CDN节点响应给用户的总字节数，这个比值也是越低越好。

缓存命中率

缓存命中率是衡量CDN缓存效果的重要指标之一，它包括字节命中率和请求命中率：

字节命中率：指CDN节点响应用户的总字节数与源站响应CDN节点的总字节数之差，再除以CDN节点响应用户的总字节数，字节命中率越高，性能越好。

请求命中率：指命中缓存的请求数与请求总数的比率，请求命中率越高，意味着更多的请求被缓存命中，减少了源站的压力。

五、如何分析和优化CDN指标

数据收集与分析

要分析和优化CDN指标，首先需要收集相关的数据，这些数据可以通过监控系统和日志分析工具获取，常用的监控工具有Prometheus、Grafana等，日志分析工具可以帮助我们了解用户访问情况、热点内容等信息。

常见问题及解决方案

通过数据分析，我们可以发现CDN系统中存在的问题，如高延时、高丢包率、高回源率等，针对这些问题，我们可以采取相应的解决方案：

高延时：可以通过优化DNS解析、减少TCP连接时间、使用HTTP/2等方式降低延时。

高丢包率：可以通过优化网络配置、增加带宽、使用更稳定的网络服务提供商等方式降低丢包率。

高回源率：可以通过增加缓存节点、优化缓存策略、提高缓存命中率等方式降低回源率。

性能优化技巧

除了解决具体问题外，还可以通过一些性能优化技巧来提升CDN的整体性能：

负载均衡：通过合理分配流量，避免单个节点过载，提高系统的可用性和稳定性。

内容压缩：通过Gzip或Brotli对静态内容进行压缩，减少传输的数据量，提高传输效率。

智能路由：根据用户的地理位置和网络条件，选择最优的CDN节点进行内容分发，减少延迟。