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5分钟了解CDN 加速原理

一、什么是 CDN

CDN 的全称是(Content Delivery Network),即内容分发网络。其目的是通过在现有的Internet中增加一层新的CACHE(缓存)层,将网站的内容发布到最接近用户的网络”边缘“的节点,使用户可以就近取得所需的内容,提高用户访问网站的响应速度。从技术上全面解决由于网络带宽小、用户访问量大、网点分布不均等原因,提高用户访问网站的响应速度。

简单的说,CDN 的工作原理就是将您源站的资源缓存到位于全球各地的 CDN 节点上,用户请求资源时,就近返回节点上缓存的资源,而不需要每个用户的请求都回您的源站获取,避免网络拥塞、缓解源站压力,保证用户访问资源的速度和体验。 在这里插入图片描述 CDN 对网络的优化作用主要体现在如下几个方面

  • 解决服务器端的“第一公里”问题
  • 缓解甚至消除了不同运营商之间互联的瓶颈造成的影响
  • 减轻了各省的出口带宽压力
  • 缓解了骨干网的压力
  • 优化了网上热点内容的分布

二、CDN工作原理

传统访问过程 在这里插入图片描述 由上图可见,用户访问未使用CDN缓存网站的过程为:

  • 用户输入访问的域名,操作系统向 LocalDns 查询域名的 ip 地址
  • LocalDns向 ROOT DNS 查询域名的授权服务器(这里假设LocalDns缓存过期)
  • ROOT DNS将域名授权 dns记录回应给 LocalDns
  • LocalDns 得到域名的授权 dns 记录后,继续向域名授权 dns 查询域名的 ip 地址
  • 域名授权 dns 查询域名记录后,回应给 LocalDns
  • LocalDns 将得到的域名ip地址,回应给 用户端
  • 用户得到域名 ip 地址后,访问站点服务器
  • 站点服务器应答请求,将内容返回给客户端

CDN 访问过程 在这里插入图片描述 通过上图,我们可以了解到,使用了CDN缓存后的网站的访问过程变为:

  • 用户输入访问的域名,操作系统向 LocalDns 查询域名的ip地址.
  • LocalDns向 ROOT DNS 查询域名的授权服务器(这里假设LocalDns缓存过期)
  • ROOT DNS将域名授权dns记录回应给 LocalDns
  • LocalDns得到域名的授权dns记录后,继续向域名授权dns查询域名的ip地址
  • 域名授权dns 查询域名记录后(一般是CNAME),回应给 LocalDns
  • LocalDns 得到域名记录后,向智能调度DNS查询域名的ip地址
  • 智能调度DNS 根据一定的算法和策略(比如静态拓扑,容量等),将最适合的CDN节点ip地址回应给 LocalDns
  • LocalDns 将得到的域名ip地址,回应给 用户端
  • 用户得到域名ip地址后,访问站点服务器
  • CDN 节点服务器应答请求,将内容返回给客户端。(缓存服务器一方面在本地进行保存,以备以后使用,二方面把获取的数据返回给客户端,完成数据服务过程)

通过以上的分析我们可以得到,为了实现对普通用户透明(使用缓存后用户客户端无需进行任何设置)访问,需要使用 DNS(域名解析)来引导用户来访问 Cache 服务器,以实现透明的加速服务。由于用户访问网站的第一步就是域名解析,所以通过修改dns来引导用户访问是最简单有效的方式。

CDN网络的组成要素

对于普通的 Internet 用户,每个 CDN 节点就相当于一个放置在它周围的网站服务器。

通过对 DNS 的接管,用户的请求被透明地指向离他最近的节点,节点中 CDN 服务器会像网站的原始服务器一样,响应用户的请求。 由于它离用户更近,因而响应时间必然更快。

从上面图中虚线圈起来的那块,就是 CDN 层,这层是位于用户端和站点服务器之间。 智能调度 DNS(比如 f5 的 3DNS)

  • 智能调度DNS是CDN服务中的关键系统.当用户访问加入CDN服务的网站时,域名解析请求将最终由 “智能调度DNS”负责处理。
  • 它通过一组预先定义好的策略,将当时最接近用户的节点地址提供给用户,使用户可以得到快速的服务。
  • 同时它需要与分布在各地的CDN节点保持通信,跟踪各节点的健康状态、容量等信息,确保将用户的请求分配到就近可用的节点上.

缓存功能服务

  • 负载均衡设备(如lvs,F5的BIG/IP)
  • 内容Cache服务器(如squid)
  • 共享存储

三、名词解释

CNAME记录(CNAME record)

CNAME即别名( Canonical Name );可以用来把一个域名解析到另一个域名,当 DNS 系统在查询 CNAME 左面的名称的时候,都会转向 CNAME 右面的名称再进行查询,一直追踪到最后的 PTR 或 A 名称,成功查询后才会做出回应,否则失败。

例如,你有一台服务器上存放了很多资料,你使用docs.example.com去访问这些资源,但又希望通过documents.example.com也能访问到这些资源,那么你就可以在您的DNS解析服务商添加一条CNAME记录,将documents.example.com指向docs.example.com,添加该条CNAME记录后,所有访问documents.example.com的请求都会被转到docs.example.com,获得相同的内容。

CNAME域名

接入CDN时,在CDN提供商控制台添加完加速域名后,您会得到一个CDN给您分配的CNAME域名, 您需要在您的DNS解析服务商添加CNAME记录,将自己的加速域名指向这个CNAME域名,这样该域名所有的请求才会都将转向CDN的节点,达到加速效果。

DNS

DNS 即 Domain Name System,是域名解析服务的意思。它在互联网的作用是:把域名转换成为网络可以识别的 IP 地址。人们习惯记忆域名,但机器间互相只认IP地址,域名与IP地址之间是一一对应的,它们之间的转换工作称为域名解析,域名解析需要由专门的域名解析服务器来完成,整个过程是自动进行的。比如:上网时输入的www.baidu.com 会自动转换成为 220.181.112.143。

常见的DNS解析服务商有:阿里云解析,万网解析,DNSPod,新网解析,Route53(AWS),Dyn,Cloudflare等。

回源 host

回源host:回源 host 决定回源请求访问到源站上的具体某个站点。

例子1:源站是域名源站为www.a.com,回源host为www.b.com,那么实际回源是请求到`www.a.com解析到的IP,对应的主机上的站点www.b.com

例子2:源站是IP源站为1.1.1.1, 回源host为www.b.com,那么实际回源的是1.1.1.1对应的主机上的站点www.b.com

协议回源

指回源时使用的协议和客户端访问资源时的协议保持一致,即如果客户端使用 HTTPS 方式请求资源,当CDN节点上未缓存该资源时,节点会使用相同的 HTTPS 方式回源获取资源;同理如果客户端使用 HTTP 协议的请求,CDN节点回源时也使用HTTP协议。

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