IP应用加速技术详解：如何提升动静混合站点的访问速率？

全站加速（DCDN）-IPA是阿里云自主研发四层加速产品，它基于TCP/UDP的私有协议提供加速服务，包括解决跨运营商网络不稳定、单线源站、突发流量、网络拥塞等诸多因素导致的延迟高、服务不稳定的问题，提升传输性能和用户体验。

IP应用加速架构如下图所示，首先，全球用户就近接入边缘节点，通过阿里云的智能调度系统接入二级节点，中间采用传输协议优化和路由优化，选取最快、最优的路径。最后，二级节点到源站则选择相同运营商进行回源。

在架构中也会使用CDN一些比较成熟的组件，包括调度系统、管控平台、数据监控、IP地址库及日志采集等服务。

同时，在实际加速过程中，IP应用加速通过“就近接入、传输优化、智能路由”三大技术能力提供更极致的加速体验。其中就近接入与CDN加速原理一致，传统静态CDN的就近接入与缓存是实现加速的主要手段，将用户的访问就近解析到离用户最近的CDN节点，利用访问CDN节点上的缓存内容来实现加速的效果。但是对于动态加速来说，就近接入可以理解为一个就近上车的动作。传输优化在CDN场景中是一个基础的手段，包括单边加速和双边加速，传输优化可以为用户提供更稳定、高效的传输。而智能理由则是动态加速场景中是核心的技术。下面依次对这三个技术点进行解读。

就近接入

下图是一个典型的CDN通过域名方式就近解析、就近接入的方式。在现有的CDN加速系统中，如果用户在CDN上注册一个域名，CDN会返回给用户一个CNAME地址，用户把CNAME地址加入到自己的DNS server之上，通过这样的方式，用户在请求的时候，就会递归查询到CDN的GLB上，GLB会根据用户的localDNS、IP、地理位置、运营商等信息，选择一个就近的CDN节点提供接入。这是通过DNS方式就近接入的典型例子，目前IP应用加速已经实现了标准了DNS-CNAME、HTTPS、HTTPDNS的接入。

在接入的过程中，就近接入想达到足够好的效果，IP地址库以及资源的优势是非常重要的。如果IP地址库不准，LocalDNS会被识别到错误的地方或者运营商，那访问就可能跨省跨运营商，达不到加速的目的。如果没有足够的资源覆盖，也很难做到稳定的调度，这样就近接入可能也难以达到理想效果。

传输优化

TCP协议是典型的基于丢包或异常延迟来识别网络拥塞的传输协议，它的特征包括拥塞控制算法，如果发生了丢包，吞吐率会急剧下降，系统会认为它是拥塞，发送窗口减小（半），这是标准的TCP的行为。所以在客户端到源站之间一旦发生丢包，吞吐率会极大下降

如果在客户端和源站之间加入Proxy，问题就会缩小到局部，用户和服务器不会感受到发送数据的显著变化。同时，在长RTT的网络环境中，Proxy会使长链路分割成短链路，每个数据包的确认也会变得更短，拥塞窗口的恢复会变得更快，对于提升整体吞吐率也有帮助。

除了TCP Proxy外，在内部协议优化上也进行大量实践。比如通过改进拥塞控制，区分随机丢包还是拥塞丢包来使用更优的重传策略，来提升传输效率；使用多种传输协议，私有协议、多路传输技术以及冗余的传输手段，达到更高的传输速率和可靠性；另外内部传输也采用了更好的异常感知的技术，能够快速加速网络传输过程中的异常并在网络层面切换，实现对上层业务的透明。

下图是在持续丢包的场景下的测试数据，阿里云自研的TCP传输协议比现在最新的bbr算法效果更优。

智能路由

如果真的链路上出现了拥塞，这时就需要采用智能路由技术。它的本质是有效预测网络中的拥塞，并且实时切换。另外备份的策略有次优的路线选择，以此保障对上层业务的影响最低。

实际上智能路由算法中，需要考虑的问题非常多。比如要考虑链路的质量、节点的复杂、相关服务器的能力、节点水位、负载均衡、成本等问题，比如在转发的过程中，需要根据现实情况来判断用DGP或多线路进行接入，来满足同运营商回源。在负载均衡方面，还要考虑地域、运营商、源站的优先级等策略。在实际网络质量的评估过程中，我们会用到多层次、多维度实施网络探测，避免源站探测风暴。同时，也要考虑在突发流量汇聚情况下如何实现过载保护。在众多约束条件下，选取最短最优路径有相当大的技术挑战。

IP应用加速-全栈加速

从客户端到源站，IP应用加速目前实现了七层、四层、三层各层级的加速，其中七层加速是传统CDN、DCDN的加速产品，针对http（s）的加速，对于一些私有协议，可以使用四层加速。对于IP协议，可以使用IP隧道加速。这其中每一层都是独立组网，实现独立转发。如果本层某些特殊业务，本层不能很好支持，可以考虑在实施过程中考虑把相关加速服务通过转交给下层，利用下层技术能力实现更好的技术服务。

比如，在一个大文件上传的场景中，客户端到服务器端文件上传假设使用http，如果网络有波动或异常，可能会导致成功率较低。而在过程中，如果利用下沉到四层加速，利用多径传输，即可有效降低网络异常对于传输成功率的影响。

IP应用加速的功能

访问控制：通过支持白名单、黑名单，对用户到边缘节点之间提供访问控制能力。
透明切换：当数据包转发回源站的过程中，可能会出现转发不成功、网络异常、服务器异常等情况，透明切换可以实现内部链路切换无感知。
分区回源：不同边缘服务器可以根据源站域名的分区解析的结果，回到最优的源站，适用于多源站情况下的使用。
负载均衡：通过适配源站和路径内部的负载均衡，处理汇聚点的相关问题。

除了以上功能，IP应用加速也会陆续上线UDP加速、升级安全防护策略同时提供SDK接入方式。详细的产品信息，可以登录阿里云官网全站加速产品详情页以及IP应用加速文档进行了解。

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本文作者：樰篱

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