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一文詳談CDN的工作原理和應用

如意 ? 來源:簡書 ? 作者:Kandy ? 2020-09-01 14:33 ? 次閱讀

一、什么是 CDN

CDN的全稱是(Content Delivery Network),即內容分發網絡。其目的是通過在現有的Internet中增加一層新的CACHE(緩存)層,將網站的內容發布到最接近用戶的網絡”邊緣“的節點,使用戶可以就近取得所需的內容,提高用戶訪問網站的響應速度。從技術上全面解決由于網絡帶寬小、用戶訪問量大、網點分布不均等原因,提高用戶訪問網站的響應速度。

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節點上,用戶請求資源時,就近返回節點上緩存的資源,而不需要每個用戶的請求都回您的源站獲取,避免網絡擁塞、緩解源站壓力,保證用戶訪問資源的速度和體驗

CDN節點

CDN對網絡的優化作用主要體現在如下幾個方面

解決服務器端的“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

緩解了骨干網的壓力

優化了網上熱點內容的分布

二、CDN工作原理

傳統訪問過程

一文詳談CDN的工作原理和應用

傳統訪問過程

由上圖可見,用戶訪問未使用CDN緩存網站的過程為:

1.用戶輸入訪問的域名,操作系統向 LocalDns 查詢域名的ip地址。

2.LocalDns向 ROOT DNS 查詢域名的授權服務器(這里假設LocalDns緩存過期)

3.ROOT DNS將域名授權dns記錄回應給 LocalDns

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

5.域名授權dns 查詢域名記錄后,回應給 LocalDns

6.LocalDns 將得到的域名ip地址,回應給 用戶端

7.用戶得到域名ip地址后,訪問站點服務器

8.站點服務器應答請求,將內容返回給客戶端。

CDN訪問過程

一文詳談CDN的工作原理和應用

CDN訪問過程

通過上圖,我們可以了解到,使用了CDN緩存后的網站的訪問過程變為:

1.用戶輸入訪問的域名,操作系統向 LocalDns 查詢域名的ip地址。

2.LocalDns向 ROOT DNS 查詢域名的授權服務器(這里假設LocalDns緩存過期)

3.ROOT DNS將域名授權dns記錄回應給 LocalDns

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

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

6.LocalDns 得到域名記錄后,向智能調度DNS查詢域名的ip地址

7.智能調度DNS 根據一定的算法和策略(比如靜態拓撲,容量等),將最適合的CDN節點ip地址回應給 LocalDns

8.LocalDns 將得到的域名ip地址,回應給 用戶端

9.用戶得到域名ip地址后,訪問站點服務器

10.CDN節點服務器應答請求,將內容返回給客戶端。(緩存服務器一方面在本地進行保存,以備以后使用,二方面把獲取的數據返回給客戶端,完成數據服務過程)

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

CDN網絡的組成要素

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

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 站點服務器 之間。

智能調度DNS(比如f5的3DNS)

智能調度DNS是CDN服務中的關鍵系統。當用戶訪問加入CDN服務的網站時,域名解析請求將最終由 “智能調度DNS”負責處理。它通過一組預先定義好的策略,將當時最接近用戶的節點地址提供給用戶,使用戶可以得到快速的服務。同時它需要與分布在各地的CDN節點保持通信,跟蹤各節點的健康狀態、容量等信息,確保將用戶的請求分配到就近可用的節點上。

緩存功能服務

負載均衡設備(如lvs,F5的BIG/IP)

內容Cache服務器(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 DNS 系統在查詢 CNAME 左面的名稱的時候,都會轉向 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,否則失敗。

例如,你有一臺服務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的請求都會被轉到docs.example.com,獲得相同的內容。

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向CDN的節點,達到加速效果。

DNS

DNS即Domain Name System,是域名解析服務的意思。它在互聯網的作用是:把域名轉換成為網絡可以識別的ip地址。人們習慣記憶域名,但機器間互相只認IP地址,域名與IP地址之間是一一對應的,它們之間的轉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器來完成,整個過程是自動進行的。比如:上網時輸入的www.baidu.com會自動轉換成為220.181.112.143。

常見的DNS解析服務商有:阿里云解析,萬網解析,DNSPod,新網解析,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對應的主機上的站點www.b.com

協議回源

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

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