一文詳談CDN的工作原理和應(yīng)用

一、什么是 CDN

CDN的全稱是（Content Delivery Network），即內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)。其目的是通過在現(xiàn)有的Internet中增加一層新的CACHE（緩存）層，將網(wǎng)站的內(nèi)容發(fā)布到最接近用戶的網(wǎng)絡(luò)”邊緣“的節(jié)點，使用戶可以就近取得所需的內(nèi)容，提高用戶訪問網(wǎng)站的響應(yīng)速度。從技術(shù)上全面解決由于網(wǎng)絡(luò)帶寬小、用戶訪問量大、網(wǎng)點分布不均等原因，提高用戶訪問網(wǎng)站的響應(yīng)速度。

簡單的說，CDN的工作原理就是將您源站的資源緩存到位于全球各地的CDN節(jié)點上，用戶請求資源時，就近返回節(jié)點上緩存的資源，而不需要每個用戶的請求都回您的源站獲取，避免網(wǎng)絡(luò)擁塞、緩解源站壓力，保證用戶訪問資源的速度和體驗

CDN節(jié)點

CDN對網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化作用主要體現(xiàn)在如下幾個方面

解決服務(wù)器端的“第一公里”問題

緩解甚至消除了不同運營商之間互聯(lián)的瓶頸造成的影響

減輕了各省的出口帶寬壓力

緩解了骨干網(wǎng)的壓力

優(yōu)化了網(wǎng)上熱點內(nèi)容的分布

二、CDN工作原理

傳統(tǒng)訪問過程

傳統(tǒng)訪問過程

由上圖可見，用戶訪問未使用CDN緩存網(wǎng)站的過程為：

1.用戶輸入訪問的域名，操作系統(tǒng)向 LocalDns 查詢域名的ip地址。

2.LocalDns向 ROOT DNS 查詢域名的授權(quán)服務(wù)器（這里假設(shè)LocalDns緩存過期）

3.ROOT DNS將域名授權(quán)dns記錄回應(yīng)給 LocalDns

4.LocalDns得到域名的授權(quán)dns記錄后，繼續(xù)向域名授權(quán)dns查詢域名的ip地址

5.域名授權(quán)dns 查詢域名記錄后，回應(yīng)給 LocalDns

6.LocalDns 將得到的域名ip地址，回應(yīng)給 用戶端

7.用戶得到域名ip地址后，訪問站點服務(wù)器

8.站點服務(wù)器應(yīng)答請求，將內(nèi)容返回給客戶端。

CDN訪問過程

CDN訪問過程

通過上圖，我們可以了解到，使用了CDN緩存后的網(wǎng)站的訪問過程變?yōu)椋?/p>

1.用戶輸入訪問的域名，操作系統(tǒng)向 LocalDns 查詢域名的ip地址。

2.LocalDns向 ROOT DNS 查詢域名的授權(quán)服務(wù)器（這里假設(shè)LocalDns緩存過期）

3.ROOT DNS將域名授權(quán)dns記錄回應(yīng)給 LocalDns

4.LocalDns得到域名的授權(quán)dns記錄后，繼續(xù)向域名授權(quán)dns查詢域名的ip地址

5.域名授權(quán)dns 查詢域名記錄后（一般是CNAME），回應(yīng)給 LocalDns

6.LocalDns 得到域名記錄后，向智能調(diào)度DNS查詢域名的ip地址

7.智能調(diào)度DNS 根據(jù)一定的算法和策略（比如靜態(tài)拓?fù)?，容量等），將最適合的CDN節(jié)點ip地址回應(yīng)給 LocalDns

8.LocalDns 將得到的域名ip地址，回應(yīng)給 用戶端

9.用戶得到域名ip地址后，訪問站點服務(wù)器

10.CDN節(jié)點服務(wù)器應(yīng)答請求，將內(nèi)容返回給客戶端。（緩存服務(wù)器一方面在本地進行保存，以備以后使用，二方面把獲取的數(shù)據(jù)返回給客戶端，完成數(shù)據(jù)服務(wù)過程）

通過以上的分析我們可以得到，為了實現(xiàn)對普通用戶透明（使用緩存后用戶客戶端無需進行任何設(shè)置）訪問，需要使用DNS（域名解析）來引導(dǎo)用戶來訪問Cache服務(wù)器，以實現(xiàn)透明的加速服務(wù)。 由于用戶訪問網(wǎng)站的第一步就是域名解析，所以通過修改dns來引導(dǎo)用戶訪問是最簡單有效的方式。

CDN網(wǎng)絡(luò)的組成要素

對于普通的Internet用戶，每個CDN節(jié)點就相當(dāng)于一個放置在它周圍的網(wǎng)站服務(wù)器。 通過對dns的接管，用戶的請求被透明地指向離他最近的節(jié)點，節(jié)點中CDN服務(wù)器會像網(wǎng)站的原始服務(wù)器一樣，響應(yīng)用戶的請求。 由于它離用戶更近，因而響應(yīng)時間必然更快。

從上面圖中 虛線圈起來的那塊，就是CDN層，這層是位于 用戶端 和 站點服務(wù)器 之間。

智能調(diào)度DNS（比如f5的3DNS）

智能調(diào)度DNS是CDN服務(wù)中的關(guān)鍵系統(tǒng)。當(dāng)用戶訪問加入CDN服務(wù)的網(wǎng)站時，域名解析請求將最終由 “智能調(diào)度DNS”負(fù)責(zé)處理。它通過一組預(yù)先定義好的策略，將當(dāng)時最接近用戶的節(jié)點地址提供給用戶，使用戶可以得到快速的服務(wù)。同時它需要與分布在各地的CDN節(jié)點保持通信，跟蹤各節(jié)點的健康狀態(tài)、容量等信息，確保將用戶的請求分配到就近可用的節(jié)點上。

緩存功能服務(wù)

負(fù)載均衡設(shè)備（如lvs，F(xiàn)5的BIG/IP）

內(nèi)容Cache服務(wù)器（如squid）

共享存儲

三、名詞解釋

CNAME記錄（CNAME record）

CNAME即別名（ Canonical Name ）;可以用來把一個域名解析到另一個域名，當(dāng) DNS 系統(tǒng)在查詢 CNAME 左面的名稱的時候，都會轉(zhuǎn)向 CNAME 右面的名稱再進行查詢，一直追蹤到最后的 PTR 或 A 名稱，成功查詢后才會做出回應(yīng)，否則失敗。

例如，你有一臺服務(wù)器上存放了很多資料，你使用docs.example.com去訪問這些資源，但又希望通過documents.example.com也能訪問到這些資源，那么你就可以在您的DNS解析服務(wù)商添加一條CNAME記錄，將documents.example.com指向docs.example.com，添加該條CNAME記錄后，所有訪問documents.example.com的請求都會被轉(zhuǎn)到docs.example.com，獲得相同的內(nèi)容。

CNAME域名

接入CDN時，在CDN提供商控制臺添加完加速域名后，您會得到一個CDN給您分配的CNAME域名， 您需要在您的DNS解析服務(wù)商添加CNAME記錄，將自己的加速域名指向這個CNAME域名，這樣該域名所有的請求才會都將轉(zhuǎn)向CDN的節(jié)點，達到加速效果。

DNS

DNS即Domain Name System，是域名解析服務(wù)的意思。它在互聯(lián)網(wǎng)的作用是：把域名轉(zhuǎn)換成為網(wǎng)絡(luò)可以識別的ip地址。人們習(xí)慣記憶域名，但機器間互相只認(rèn)IP地址，域名與IP地址之間是一一對應(yīng)的，它們之間的轉(zhuǎn)換工作稱為域名解析，域名解析需要由專門的域名解析服務(wù)器來完成，整個過程是自動進行的。比如：上網(wǎng)時輸入的www.baidu.com會自動轉(zhuǎn)換成為220.181.112.143。

常見的DNS解析服務(wù)商有：阿里云解析，萬網(wǎng)解析，DNSPod，新網(wǎng)解析，Route53（AWS），Dyn，Cloudflare等。

回源host

回源host：回源host決定回源請求訪問到源站上的具體某個站點。

例子1：源站是域名源站為www.a.com，回源host為www.b.com，那么實際回源是請求到www.a.com解析到的IP，對應(yīng)的主機上的站點www.b.com

例子2：源站是IP源站為1.1.1.1， 回源host為www.b.com，那么實際回源的是1.1.1.1對應(yīng)的主機上的站點www.b.com

協(xié)議回源

指回源時使用的協(xié)議和客戶端訪問資源時的協(xié)議保持一致，即如果客戶端使用 HTTPS 方式請求資源，當(dāng)CDN節(jié)點上未緩存該資源時，節(jié)點會使用相同的 HTTPS 方式回源獲取資源;同理如果客戶端使用 HTTP 協(xié)議的請求，CDN節(jié)點回源時也使用HTTP協(xié)議。
責(zé)編AJX