前端性能优化之全面了解CDN

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一、CDN

1. CDN的概念

CDN(Content Delivery Network,内容分发网络)是指一种通过互联网互相连接的电脑网络系统,利用最靠近每位用户的服务器,更快、更可靠地将音乐、图片、视频、应用程序及其他文件发送给用户,来提供高性能、可扩展性及低成本的网络内容传递给用户。

典型的CDN系统由下面三个部分组成:

  • 分发服务系统: 最基本的工作单元就是Cache设备,cache(边缘cache)负责直接响应最终用户的访问请求,把缓存在本地的内容快速地提供给用户。同时cache还负责与源站点进行内容同步,把更新的内容以及本地没有的内容从源站点获取并保存在本地。Cache设备的数量、规模、总服务能力是衡量一个CDN系统服务能力的最基本的指标。
  • 负载均衡系统: 主要功能是负责对所有发起服务请求的用户进行访问调度,确定提供给用户的最终实际访问地址。两级调度体系分为全局负载均衡(GSLB)和本地负载均衡(SLB)。全局负载均衡主要根据用户就近性原则,通过对每个服务节点进行“最优”判断,确定向用户提供服务的cache的物理位置。本地负载均衡主要负责节点内部的设备负载均衡
  • 运营管理系统: 运营管理系统分为运营管理和网络管理子系统,负责处理业务层面的与外界系统交互所必须的收集、整理、交付工作,包含客户管理、产品管理、计费管理、统计分析等功能。

2. CDN的作用

CDN一般会用来托管Web资源(包括文本、图片和脚本等),可供下载的资源(媒体文件、软件、文档等),应用程序(门户网站等)。使用CDN来加速这些资源的访问。

(1)在性能方面,引入CDN的作用在于:

  • 用户收到的内容来自最近的数据中心,延迟更低,内容加载更快
  • 部分资源请求分配给了CDN,减少了服务器的负载

(2)在安全方面,CDN有助于防御DDoS、MITM等网络攻击:

  • 针对DDoS:通过监控分析异常流量,限制其请求频率
  • 针对MITM:从源服务器到 CDN 节点到 ISP(Internet Service Provider),全链路 HTTPS 通信

除此之外,CDN作为一种基础的云服务,同样具有资源托管、按需扩展(能够应对流量高峰)等方面的优势。

3. CDN的原理

CDN和DNS有着密不可分的联系,先来看一下DNS的解析域名过程,在浏览器输入 www.test.com 的解析过程如下:

(1) 检查浏览器缓存

(2)检查操作系统缓存,常见的如hosts文件

(3)检查路由器缓存

(4)如果前几步都没没找到,会向ISP(网络服务提供商)的LDNS服务器查询

(5)如果LDNS服务器没找到,会向根域名服务器(Root Server)请求解析,分为以下几步:

  • 根服务器返回顶级域名(TLD)服务器如.com.cn.org等的地址,该例子中会返回.com的地址
  • 接着向顶级域名服务器发送请求,然后会返回次级域名(SLD)服务器的地址,本例子会返回.test的地址
  • 接着向次级域名服务器发送请求,然后会返回通过域名查询到的目标IP,本例子会返回www.test.com的地址
  • Local DNS Server会缓存结果,并返回给用户,缓存在系统中

CDN的工作原理:

(1)用户未使用CDN缓存资源的过程:

  1. 浏览器通过DNS对域名进行解析(就是上面的DNS解析过程),依次得到此域名对应的IP地址
  2. 浏览器根据得到的IP地址,向域名的服务主机发送数据请求
  1. 服务器向浏览器返回响应数据

(2)用户使用CDN缓存资源的过程:

  1. 对于点击的数据的URL,经过本地DNS系统的解析,发现该URL对应的是一个CDN专用的DNS服务器,DNS系统就会将域名解析权交给CNAME指向的CDN专用的DNS服务器。
  2. CND专用DNS服务器将CND的全局负载均衡设备IP地址返回给用户
  1. 用户向CDN的全局负载均衡设备发起数据请求
  2. CDN的全局负载均衡设备根据用户的IP地址,以及用户请求的内容URL,选择一台用户所属区域的区域负载均衡设备,告诉用户向这台设备发起请求
  1. 区域负载均衡设备选择一台合适的缓存服务器来提供服务,将该缓存服务器的IP地址返回给全局负载均衡设备
  2. 全局负载均衡设备把服务器的IP地址返回给用户
  1. 用户向该缓存服务器发起请求,缓存服务器响应用户的请求,将用户所需内容发送至用户终端。

如果缓存服务器没有用户想要的内容,那么缓存服务器就会向它的上一级缓存服务器请求内容,以此类推,直到获取到需要的资源。最后如果还是没有,就会回到自己的服务器去获取资源。

CNAME(意为:别名):在域名解析中,实际上解析出来的指定域名对应的IP地址,或者该域名的一个CNAME,然后再根据这个CNAME来查找对应的IP地址。

4. CDN的使用场景

  • 使用第三方的CDN服务: 如果想要开源一些项目,可以使用第三方的CDN服务
  • 使用CDN进行静态资源的缓存: 将自己网站的静态资源放在CDN上,比如js、css、图片等。可以将整个项目放在CDN上,完成一键部署。
  • 直播传送: 直播本质上是使用流媒体进行传送,CDN也是支持流媒体传送的,所以直播完全可以使用CDN来提高访问速度。CDN在处理流媒体的时候与处理普通静态文件有所不同,普通文件如果在边缘节点没有找到的话,就会去上一层接着寻找,但是流媒体本身数据量就非常大,如果使用回源的方式,必然会带来性能问题,所以流媒体一般采用的都是主动推送的方式来进行。