CDN加速原理

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(guò)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(diǎn)，使用戶可以就近取得所需的內(nèi)容，提高用戶訪問(wèn)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(wèn)量大、網(wǎng)點(diǎn)分布不均等原因，提高用戶訪問(wèn)網(wǎng)站的響應(yīng)速度。

簡(jiǎn)單的說(shuō)，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(diǎn)上，用戶請(qǐng)求資源時(shí)，就近返回節(jié)點(diǎn)上緩存的資源，而不需要每個(gè)用戶的請(qǐng)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(wèn)資源的速度和體驗(yàn)

CDN節(jié)點(diǎn)

CDN對(duì)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化作用主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面

·解決服務(wù)器端的“第一公里”問(wèn)題

·緩解甚至消除了不同運(yùn)營(yíng)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(diǎn)內(nèi)容的分布

二、CDN工作原理

傳統(tǒng)訪問(wèn)過(guò)程

傳統(tǒng)訪問(wèn)過(guò)程

由上圖可見(jiàn)，用戶訪問(wèn)未使用CDN緩存網(wǎng)站的過(guò)程為:

1.用戶輸入訪問(wèn)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(guò)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(wèn)站點(diǎn)服務(wù)器

8.站點(diǎn)服務(wù)器應(yīng)答請(qǐng)求，將內(nèi)容返回給客戶端.

CDN訪問(wèn)過(guò)程

CDN訪問(wèn)過(guò)程

通過(guò)上圖，我們可以了解到，使用了CDN緩存后的網(wǎng)站的訪問(wèn)過(guò)程變?yōu)椋?/strong>

1.用戶輸入訪問(wèn)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(guò)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?,將最適合的CDN節(jié)點(diǎn)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(wèn)站點(diǎn)服務(wù)器

10.CDN節(jié)點(diǎn)服務(wù)器應(yīng)答請(qǐng)求，將內(nèi)容返回給客戶端.(緩存服務(wù)器一方面在本地進(jìn)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(guò)程)

通過(guò)以上的分析我們可以得到，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)普通用戶透明(使用緩存后用戶客戶端無(wú)需進(jìn)行任何設(shè)置)訪問(wèn)，需要使用DNS(域名解析)來(lái)引導(dǎo)用戶來(lái)訪問(wèn)Cache服務(wù)器，以實(shí)現(xiàn)透明的加速服務(wù).由于用戶訪問(wèn)網(wǎng)站的第一步就是域名解析,所以通過(guò)修改dns來(lái)引導(dǎo)用戶訪問(wèn)是最簡(jiǎn)單有效的方式.

CDN網(wǎng)絡(luò)的組成要素

對(duì)于普通的Internet用戶，每個(gè)CDN節(jié)點(diǎn)就相當(dāng)于一個(gè)放置在它周圍的網(wǎng)站服務(wù)器.通過(guò)對(duì)dns的接管，用戶的請(qǐng)求被透明地指向離他最近的節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)中CDN服務(wù)器會(huì)像網(wǎng)站的原始服務(wù)器一樣，響應(yīng)用戶的請(qǐng)求.由于它離用戶更近，因而響應(yīng)時(shí)間必然更快.

從上面圖中虛線圈起來(lái)的那塊，就是CDN層,這層是位于用戶端和站點(diǎn)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(wèn)加入CDN服務(wù)的網(wǎng)站時(shí)，域名解析請(qǐng)求將最終由“智能調(diào)度DNS”負(fù)責(zé)處理。它通過(guò)一組預(yù)先定義好的策略，將當(dāng)時(shí)最接近用戶的節(jié)點(diǎn)地址提供給用戶，使用戶可以得到快速的服務(wù)。同時(shí)它需要與分布在各地的CDN節(jié)點(diǎn)保持通信，跟蹤各節(jié)點(diǎn)的健康狀態(tài)、容量等信息，確保將用戶的請(qǐng)求分配到就近可用的節(jié)點(diǎn)上.

·緩存功能服務(wù)

負(fù)載均衡設(shè)備(如lvs,F5的BIG/IP)

內(nèi)容Cache服務(wù)器(如squid）

共享存儲(chǔ)

三、名詞解釋

CNAME記錄（CNAME record）

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

例如，你有一臺(tái)服務(wù)器上存放了很多資料，你使用docs.example.com去訪問(wèn)這些資源，但又希望通過(guò)documents.example.com也能訪問(wèn)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(wèn)documents.example.com的請(qǐng)求都會(huì)被轉(zhuǎn)到docs.example.com，獲得相同的內(nèi)容。

CNAME域名

接入CDN時(shí)，在CDN提供商控制臺(tái)添加完加速域名后，您會(huì)得到一個(gè)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(gè)CNAME域名，這樣該域名所有的請(qǐng)求才會(huì)都將轉(zhuǎn)向CDN的節(jié)點(diǎn)，達(dá)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(shí)別的ip地址。人們習(xí)慣記憶域名，但機(jī)器間互相只認(rèn)IP地址，域名與IP地址之間是一一對(duì)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(lái)完成，整個(gè)過(guò)程是自動(dòng)進(jìn)行的。比如：上網(wǎng)時(shí)輸入的www.baidu.com會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)換成為220.181.112.143。

常見(jiàn)的DNS解析服務(wù)商有：阿里云解析，萬(wàn)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(qǐng)求訪問(wèn)到源站上的具體某個(gè)站點(diǎn)。

例子1：源站是域名源站為www.a.com,回源host為www.b.com,那么實(shí)際回源是請(qǐng)求到www.a.com解析到的IP,對(duì)應(yīng)的主機(jī)上的站點(diǎn)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(shí)際回源的是1.1.1.1對(duì)應(yīng)的主機(jī)上的站點(diǎn)www.b.com

協(xié)議回源

指回源時(shí)使用的協(xié)議和客戶端訪問(wèn)資源時(shí)的協(xié)議保持一致，即如果客戶端使用HTTPS方式請(qǐng)求資源，當(dāng)CDN節(jié)點(diǎn)上未緩存該資源時(shí)，節(jié)點(diǎn)會(huì)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(qǐng)求，CDN節(jié)點(diǎn)回源時(shí)也使用HTTP協(xié)議。