一、CDN 基础理论 1.1 CDN 的基本概念 CDN (Content Delivery Network) 即内容分发网络，是一种通过在全球范围内部署多个服务器节点，将内容缓存到离用户最近的位置，从而加速内容访问的技术。CDN 的核心目标是解决互联网中的 "最后一公里" 问题，减少用户与源服务器之间的物理距离，降低延迟。
一个典型的 CDN 网络包含以下核心组件：
源服务器 (Origin Server)：存储原始内容的服务器，如网站的 Web 服务器、文件服务器等
边缘节点 (Edge Node)：分布在全球各地的缓存服务器，直接面向用户提供内容服务
负载均衡系统 (Load Balancer)：根据用户地理位置、网络状况等因素，将用户请求导向最优的边缘节点
内容分发系统 (Distribution System)：负责将源服务器的内容同步到各个边缘节点
1.2 CDN 的工作原理 CDN 的基本工作流程如下：
用户向网站发起请求 本地 DNS 服务器对域名进行解析 DNS 服务器将请求导向 CDN 的负载均衡系统 负载均衡系统根据用户地理位置、网络状况等因素，选择最优的边缘节点 用户请求被转发到选中的边缘节点 边缘节点检查本地是否有请求的内容缓存 如果有缓存且未过期，直接返回缓存内容给用户 如果没有缓存或缓存已过期，边缘节点向源服务器请求内容 源服务器返回内容给边缘节点 边缘节点缓存内容并返回给用户 下面模拟 CDN 边缘节点的工作原理：
import time from typing import Dict, Optional
class CDNNode: def init(self, origin_server: str): # 源服务器地址 self.origin_server = origin_server # 缓存存储，键为资源路径，值为(内容, 过期时间) self.cache: Dict[str, (bytes, float)] = {} # 缓存有效期（秒） self.cache_ttl = 3600
def fetch_content(self, path: str) -> bytes:
"""获取资源内容，优先从缓存中获取，否则从源服务器获取"""
# 检查缓存
cached_content = self._check_cache(path)
if cached_content:
print(f"从缓存中获取资源: {path}")
return cached_content
# 从源服务器获取
print(f"从源服务器获取资源: {self.origin_server}{path}")
content = self._fetch_from_origin(path)
# 缓存内容
self._cache_content(path, content)
return content
def _check_cache(self, path: str) -> Optional[bytes]:
"""检查缓存中是否有有效的资源"""
if path in self.cache:
content, expire_time = self.cache[path]
if time.time() < expire_time:
return content
else:
# 缓存已过期，删除
del self.cache[path]
return None
def _fetch_from_origin(self, path: str) -> bytes:
"""从源服务器获取资源"""
# 这里应该是实际的HTTP请求，简化为模拟
# 实际应用中可以使用requests库
return f"这是来自源服务器的内容: {path}".encode()
def _cache_content(self, path: str, content: bytes):
"""缓存资源内容"""
expire_time = time.time() + self.cache_ttl
self.cache[path] = (content, expire_time)
print(f"已缓存资源: {path}，有效期至: {time.ctime(expire_time)}")
使用示例
cdn_node = CDNNode("example.com")
第一次请求，从源服务器获取
content1 = cdn_node.fetch_content("/index.html") print(content1.decode())
第二次请求，从缓存获取
content2 = cdn_node.fetch_content("/index.html") print(content2.decode())
1.3 CDN 的优势与应用场景 CDN 的主要优势包括：
加速内容访问：显著降低用户访问延迟，提升网站性能
减轻源服务器负载：大量请求由 CDN 边缘节点处理，减少源服务器压力
提高可用性：CDN 节点分布在多个地理位置，具有冗余性，可应对单点故障
增强安全性：CDN 可提供 DDoS 防护、Web 应用防火墙等安全功能
节省带宽成本：通过缓存和分发，减少源服务器的带宽消耗
CDN 的典型应用场景包括：
静态资源加速：如 HTML、CSS、JavaScript、图片、视频等
流媒体服务：如在线视频、直播等
大文件下载：如软件更新包、游戏安装文件等
电子商务网站：加速商品图片、详情页等内容的加载
企业应用：如企业官网、办公系统等
二、CDN 的关键技术 2.1 内容分发技术 CDN 的内容分发技术主要包括以下几种：
主动推送 (Push)：源服务器主动将内容推送到 CDN 边缘节点。适用于内容更新频率较低、重要性高的场景，如电商网站的商品图片。
被动拉取 (Pull)：当边缘节点收到用户请求且本地没有缓存时，才从源服务器拉取内容。适用于内容更新频繁、访问模式不确定的场景，如新闻网站。
混合模式：结合主动推送和被动拉取的优点，对热门内容进行主动推送，对冷门内容采用被动拉取。
下面演示 CDN 内容分发的主动推送和被动拉取模式：
import threading import time from typing import Dict, Optional
class Content: def init(self, path: str, data: bytes): self.path = path self.data = data self.last_updated = time.time()
class OriginServer: def init(self): self.contents: Dict[str, Content] = {}
def add_content(self, path: str, data: bytes):
"""添加或更新内容"""
self.contents[path] = Content(path, data)
print(f"源服务器添加/更新内容: {path}")
def get_content(self, path: str) -> Optional[Content]:
"""获取内容"""
return self.contents.get(path)
class CDNNode: def init(self, node_id: str, origin_server: OriginServer): self.node_id = node_id self.origin_server = origin_server self.cache: Dict[str, Content] = {}
def push_content(self, content: Content):
"""主动推送内容到CDN节点"""
self.cache[content.path] = content
print(f"CDN节点 {self.node_id} 接收推送内容: {content.path}")
def pull_content(self, path: str) -> Optional[Content]:
"""被动拉取内容"""
if path in self.cache:
print(f"CDN节点 {self.node_id} 缓存命中: {path}")
return self.cache[path]
# 从源服务器拉取
content = self.origin_server.get_content(path)
if content:
self.cache[path] = content
print(f"CDN节点 {self.node_id} 拉取并缓存内容: {path}")
return content
print(f"CDN节点 {self.node_id} 未找到内容: {path}")
return None
使用示例
origin = OriginServer()
创建两个CDN节点
node1 = CDNNode("node1", origin) node2 = CDNNode("node2", origin)
源服务器添加内容
origin.add_content("/index.html", b"Hello, World!")
主动推送模式：源服务器将内容推送到CDN节点
node1.push_content(origin.get_content("/index.html"))
被动拉取模式：CDN节点根据用户请求拉取内容
node2.pull_content("/index.html")
2.2 负载均衡技术 CDN 的负载均衡技术主要分为以下几个层次：
DNS 负载均衡：通过修改域名解析结果，将用户导向不同的 CDN 节点。这是最基础的负载均衡方式。
全局负载均衡 (GSLB)：基于地理位置、网络状况、节点负载等因素，动态选择最优的 CDN 节点。
本地负载均衡：在单个 CDN 节点内部，对请求进行负载均衡，分配给不同的服务器处理。
下面演示基于地理位置的全局负载均衡：
from typing import List, Dict, Tuple
class GeoLocation: def init(self, latitude: float, longitude: float): self.latitude = latitude self.longitude = longitude
class CDNNode: def init(self, node_id: str, location: GeoLocation, capacity: int): self.node_id = node_id self.location = location self.capacity = capacity # 节点容量 self.current_load = 0 # 当前负载
def get_load_percentage(self) -> float:
"""获取负载百分比"""
return (self.current_load / self.capacity) * 100
def can_handle_request(self) -> bool:
"""判断节点是否可以处理新请求"""
return self.current_load < self.capacity
def handle_request(self):
"""处理请求，增加负载"""
if self.can_handle_request():
self.current_load += 1
return True
return False
class GSLB: def init(self, cdn_nodes: List[CDNNode]): self.cdn_nodes = cdn_nodes
def calculate_distance(self, loc1: GeoLocation, loc2: GeoLocation) -> float:
"""计算两个地理位置之间的距离（简化版，实际应用中可能使用更复杂的算法）"""
# 这里使用简化的欧几里得距离，实际应用中应使用球面距离公式
dx = loc1.latitude - loc2.latitude
dy = loc1.longitude - loc2.longitude
return (dx**2 + dy**2) ** 0.5
def select_best_node(self, user_location: GeoLocation) -> Optional[CDNNode]:
"""选择最优CDN节点"""
# 按距离排序
sorted_nodes = sorted(
self.cdn_nodes,
key=lambda node: self.calculate_distance(node.location, user_location)
)
# 选择距离最近且有处理能力的节点
for node in sorted_nodes:
if node.can_handle_request():
return node
return None
使用示例
创建几个CDN节点，分布在不同地理位置
cdn_nodes = [ CDNNode("node1", GeoLocation(39.9042, 116.4074), 100), # 北京 CDNNode("node2", GeoLocation(31.2304, 121.4737), 100), # 上海 CDNNode("node3", GeoLocation(22.5431, 114.0579), 100), # 深圳 CDNNode("node4", GeoLocation(34.3416, 108.9398), 100), # 西安 ]
创建GSLB实例
gslb = GSLB(cdn_nodes)
模拟一个来自广州的用户请求
user_location = GeoLocation(23.1291, 113.2644)
选择最优节点
best_node = gslb.select_best_node(user_location) if best_node: print(f"为用户选择的最优CDN节点: {best_node.node_id}") best_node.handle_request() else: print("没有可用的CDN节点")
2.3 缓存策略 CDN 的缓存策略是影响性能的关键因素之一，主要包括以下几种：
基于时间的缓存：设置固定的缓存时间（TTL），到期后重新从源服务器获取内容。
基于内容的缓存：根据内容的变化情况来决定是否缓存。例如，使用 ETag 或 Last-Modified 头信息来判断内容是否更新。
启发式缓存：当没有明确的缓存指示时，CDN 可以根据内容类型、响应状态码等信息，自行决定缓存策略。
动态内容缓存：对于动态生成的内容，如用户个性化页面，可以采用部分缓存、缓存片段等策略。
下面演示基于时间和内容的缓存策略：
import time from typing import Dict, Optional
class CacheEntry: def init(self, content: bytes, ttl: int, etag: str = None, last_modified: str = None): self.content = content self.ttl = ttl # 缓存时间（秒） self.etag = etag # 内容标签 self.last_modified = last_modified # 最后修改时间 self.created_at = time.time() # 创建时间
def is_expired(self) -> bool:
"""判断缓存是否过期"""
return time.time() - self.created_at > self.ttl
class CDNCache: def init(self): self.cache: Dict[str, CacheEntry] = {}
def get(self, key: str) -> Optional[CacheEntry]:
"""获取缓存项"""
entry = self.cache.get(key)
if entry and not entry.is_expired():
return entry
# 缓存不存在或已过期
if entry:
del self.cache[key]
return None
def set(self, key: str, content: bytes, ttl: int, etag: str = None, last_modified: str = None):
"""设置缓存项"""
self.cache[key] = CacheEntry(content, ttl, etag, last_modified)
def validate_with_origin(self, key: str, origin_client) -> bool:
"""与源服务器验证缓存是否有效"""
entry = self.get(key)
if not entry:
return False
# 模拟向源服务器发送验证请求
# 实际应用中应发送带If-None-Match或If-Modified-Since头的请求
is_valid = origin_client.check_content_validity(key, entry.etag, entry.last_modified)
if not is_valid:
# 缓存无效，删除
if key in self.cache:
del self.cache[key]
return is_valid
模拟源服务器客户端
class OriginServerClient: def check_content_validity(self, key: str, etag: str, last_modified: str) -> bool: """检查内容是否有效（模拟）""" # 实际应用中应发送HTTP请求并检查响应状态码 # 这里简化为随机返回，模拟50%的概率内容已更新 import random return random.random() > 0.5
使用示例
cdn_cache = CDNCache() origin_client = OriginServerClient()
设置缓存
cdn_cache.set( key="/index.html", content=b"Hello, World!", ttl=3600, etag="abc123", last_modified="Mon, 15 May 2023 12:00:00 GMT" )
获取缓存
entry = cdn_cache.get("/index.html") if entry: print("从缓存中获取内容") else: print("缓存未命中，需要从源服务器获取")
验证缓存有效性
is_valid = cdn_cache.validate_with_origin("/index.html", origin_client) print(f"缓存有效性: {is_valid}")
三、CDN 实战：从零搭建一个简单的 CDN 系统 3.1 系统架构设计 我们将搭建一个简化版的 CDN 系统，包含以下组件：
源服务器：存储原始内容的服务器
CDN 边缘节点：分布在不同地理位置的缓存服务器
负载均衡器：根据用户地理位置选择最优节点
管理控制台：用于内容管理和配置
下面是系统的整体架构图：
+----------------+ +----------------+ +----------------+ | 用户浏览器 | | 本地DNS服务器 | | CDN负载均衡器 | +----------------+ +----------------+ +----------------+ | | | v v v +----------------+ +----------------+ +----------------+ | 源服务器 |<---| CDN边缘节点1 |<---| CDN边缘节点2 | +----------------+ +----------------+ +----------------+ ^ ^ ^ | | | +----------------------+----------------------+ 3.2 实现源服务器 首先，我们实现一个简单的源服务器，用于存储和提供原始内容：
import http.server import socketserver import json from urllib.parse import urlparse, parse_qs
class Content: def init(self, path: str, data: bytes, content_type: str = "text/plain"): self.path = path self.data = data self.content_type = content_type self.last_modified = int(time.time())
def update(self, new_data: bytes):
self.data = new_data
self.last_modified = int(time.time())
class OriginServer: def init(self): self.contents = {}
def add_content(self, path: str, data: bytes, content_type: str = "text/plain"):
self.contents[path] = Content(path, data, content_type)
print(f"添加内容: {path}")
def get_content(self, path: str):
return self.contents.get(path)
def update_content(self, path: str, new_data: bytes):
if path in self.contents:
self.contents[path].update(new_data)
print(f"更新内容: {path}")
return True
return False
创建源服务器实例
origin_server = OriginServer()
添加一些测试内容
origin_server.add_content("/index.html", b"Hello, World!", "text/html") origin_server.add_content("/style.css", b"body { font-family: Arial; }", "text/css") origin_server.add_content("/script.js", b"console.log('Hello from CDN!');", "application/javascript")
定义HTTP请求处理类
class OriginRequestHandler(http.server.SimpleHTTPRequestHandler): def do_GET(self): path = urlparse(self.requestline.split()[1]).path
# 查找内容
content = origin_server.get_content(path)
if content:
# 设置响应头
self.send_response(200)
self.send_header("Content-Type", content.content_type)
self.send_header("Content-Length", len(content.data))
self.send_header("Last-Modified", str(content.last_modified))
self.end_headers()
# 发送响应内容
self.wfile.write(content.data)
else:
# 内容不存在
self.send_error(404, f"Content not found: {path}")
启动源服务器
if name == "main": PORT = 8000 with socketserver.TCPServer(("", PORT), OriginRequestHandler) as httpd: print(f"源服务器运行在端口 {PORT}") httpd.serve_forever()
3.3 实现 CDN 边缘节点 import http.server import socketserver import requests import time import threading from urllib.parse import urlparse import json
class CacheEntry: def init(self, content: bytes, headers: dict, ttl: int): self.content = content self.headers = headers self.ttl = ttl self.created_at = time.time()
def is_expired(self):
return time.time() - self.created_at > self.ttl
class CDNNode: def init(self, node_id: str, origin_server: str, cache_size: int = 100): self.node_id = node_id self.origin_server = origin_server self.cache = {} # 缓存字典，键为路径，值为CacheEntry self.cache_size = cache_size # 缓存最大条目数 self.lock = threading.Lock() # 用于线程安全
def get_content(self, path: str):
"""从缓存获取内容，如果没有则从源服务器获取"""
with self.lock:
# 检查缓存
if path in self.cache:
entry = self.cache[path]
if not entry.is_expired():
print(f"[{self.node_id}] 缓存命中: {path}")
return entry.content, entry.headers
# 缓存已过期，删除
del self.cache[path]
# 缓存未命中，从源服务器获取
print(f"[{self.node_id}] 缓存未命中，从源服务器获取: {path}")
content, headers = self._fetch_from_origin(path)
# 缓存内容
ttl = self._get_ttl_from_headers(headers)
self._cache_content(path, content, headers, ttl)
return content, headers
def _fetch_from_origin(self, path: str):
"""从源服务器获取内容"""
url = f"{self.origin_server}{path}"
try:
response = requests.get(url)
if response.status_code == 200:
return response.content, response.headers
else:
print(f"[{self.node_id}] 从源服务器获取失败: {url}, 状态码: {response.status_code}")
return None, None
except Exception as e:
print(f"[{self.node_id}] 从源服务器获取异常: {e}")
return None, None
def _cache_content(self, path: str, content: bytes, headers: dict, ttl: int):
"""缓存内容"""
if content and headers:
# 如果缓存已满，移除最旧的条目
if len(self.cache) >= self.cache_size:
oldest_entry = min(self.cache.items(), key=lambda x: x[1].created_at)
del self.cache[oldest_entry[0]]
self.cache[path] = CacheEntry(content, headers, ttl)
print(f"[{self.node_id}] 缓存内容: {path}, TTL: {ttl}秒")
def _get_ttl_from_headers(self, headers: dict) -> int:
"""从响应头中提取TTL信息"""
# 检查Cache-Control头
if "Cache-Control" in headers:
cache_control = headers["Cache-Control"].lower()
if "no-cache" in cache_control or "no-store" in cache_control:
return 0
# 提取max-age
parts = cache_control.split(",")
for part in parts:
part = part.strip()
if part.startswith("max-age="):
try:
return int(part.split("=")[1])
except:
pass
# 默认TTL为3600秒
return 3600
定义HTTP请求处理类
class CDNRequestHandler(http.server.SimpleHTTPRequestHandler): def init(self, request, client_address, server, cdn_node): self.cdn_node = cdn_node super().init(request, client_address, server)
def do_GET(self):
path = urlparse(self.path).path
# 获取内容
content, headers = self.cdn_node.get_content(path)
if content and headers:
# 设置响应头
self.send_response(200)
for key, value in headers.items():
if key.lower() not in ["transfer-encoding", "content-length"]:
self.send_header(key, value)
self.send_header("Content-Length", len(content))
self.end_headers()
# 发送响应内容
self.wfile.write(content)
else:
# 内容不存在
self.send_error(404, f"Content not found: {path}")
启动CDN节点
if name == "main": import sys
if len(sys.argv) != 4:
print("Usage: python cdn_node.py <node_id> <origin_server> <port>")
sys.exit(1)
node_id = sys.argv[1]
origin_server = sys.argv[2]
port = int(sys.argv[3])
cdn_node = CDNNode(node_id, origin_server)
# 创建HTTP服务器
class CustomHTTPServer(socketserver.TCPServer):
allow_reuse_address = True
with CustomHTTPServer(("", port), lambda *args, **kwargs: CDNRequestHandler(*args, **kwargs, cdn_node=cdn_node)) as httpd:
print(f"CDN节点 {node_id} 运行在端口 {port}，源服务器: {origin_server}")
httpd.serve_forever()
3.4 实现负载均衡器 接下来，实现一个简单的负载均衡器，根据用户地理位置选择最优节点：
from flask import Flask, request, jsonify import requests import json import threading import time
app = Flask(name)
CDN节点列表
cdn_nodes = [ { "id": "node1", "location": "北京", "ip": "192.168.1.101", "port": 8080, "load": 0, "capacity": 100 }, { "id": "node2", "location": "上海", "ip": "192.168.1.102", "port": 8080, "load": 0, "capacity": 100 }, { "id": "node3", "location": "广州", "ip": "192.168.1.103", "port": 8080, "load": 0, "capacity": 100 } ]
模拟IP到地理位置的映射（实际应用中应使用IP地理位置数据库）
ip_to_location = { "192.168.1.1": "北京", "192.168.1.2": "上海", "192.168.1.3": "广州", "192.168.1.4": "深圳", "192.168.1.5": "成都" }
节点健康检查
def health_check(): while True: for node in cdn_nodes: try: # 模拟检查节点健康状态 # 实际应用中应发送HTTP请求到节点的健康检查接口 response = requests.get(f"http://{node['ip']}:{node['port']}/health") if response.status_code == 200: node["status"] = "online" else: node["status"] = "offline" except: node["status"] = "offline"
# 每10秒检查一次
time.sleep(10)
启动健康检查线程
health_thread = threading.Thread(target=health_check) health_thread.daemon = True health_thread.start()
根据用户IP选择最优节点
def select_best_node(client_ip): # 获取用户地理位置 client_location = ip_to_location.get(client_ip, "未知")
# 过滤掉离线节点
online_nodes = [node for node in cdn_nodes if node["status"] == "online"]
if not online_nodes:
return None
# 如果用户位置已知，优先选择同一地理位置的节点
same_location_nodes = [node for node in online_nodes if node["location"] == client_location]
if same_location_nodes:
# 选择负载最轻的节点
return min(same_location_nodes, key=lambda node: node["load"])
# 如果没有同一地理位置的节点，选择负载最轻的节点
return min(online_nodes, key=lambda node: node["load"])
负载均衡器API
@app.route('/') def load_balance(): # 获取客户端IP client_ip = request.remote_addr
# 选择最优节点
best_node = select_best_node(client_ip)
if best_node:
# 更新节点负载
best_node["load"] += 1
# 返回节点信息
return jsonify({
"status": "success",
"node": best_node,
"message": f"为客户端 {client_ip} 选择节点 {best_node['id']}"
})
else:
return jsonify({
"status": "error",
"message": "没有可用的CDN节点"
}), 500
节点负载减少API（模拟请求完成后调用）
@app.route('/release/<node_id>') def release_load(node_id): for node in cdn_nodes: if node["id"] == node_id and node["load"] > 0: node["load"] -= 1 return jsonify({ "status": "success", "message": f"节点 {node_id} 负载减少" })
return jsonify({
"status": "error",
"message": f"未找到节点 {node_id}"
}), 404
if name == 'main': app.run(host='0.0.0.0', port=8001)
3.5 实现管理控制台 最后，实现一个简单的管理控制台，用于管理内容和配置 CDN 节点：
from flask import Flask, request, jsonify, render_template import requests import json import os
app = Flask(name)
CDN配置
cdn_config = { "origin_server": "http://localhost:8000", "cdn_nodes": [ { "id": "node1", "ip": "localhost", "port": 8081, "location": "北京" }, { "id": "node2", "ip": "localhost", "port": 8082, "location": "上海" }, { "id": "node3", "ip": "localhost", "port": 8083, "location": "广州" } ], "load_balancer": { "ip": "localhost", "port": 8001 } }
内容管理
@app.route('/') def index(): return render_template('index.html', nodes=cdn_config["cdn_nodes"])
获取内容列表
@app.route('/api/content', methods=['GET']) def get_content_list(): # 从源服务器获取内容列表 try: response = requests.get(f"{cdn_config['origin_server']}/api/content") if response.status_code == 200: return jsonify(response.json()) else: return jsonify({"error": "无法获取内容列表"}), 500 except Exception as e: return jsonify({"error": str(e)}), 500
推送内容到CDN节点
@app.route('/api/push_content', methods=['POST']) def push_content(): path = request.form.get('path') node_id = request.form.get('node_id')
if not path or not node_id:
return jsonify({"error": "缺少参数"}), 400
# 找到目标节点
target_node = next((node for node in cdn_config["cdn_nodes"] if node["id"] == node_id), None)
if not target_node:
return jsonify({"error": "节点不存在"}), 404
# 从源服务器获取内容
try:
content_response = requests.get(f"{cdn_config['origin_server']}{path}")
if content_response.status_code != 200:
return jsonify({"error": f"无法从源服务器获取内容: {path}"}), 500
# 推送到CDN节点
push_url = f"http://{target_node['ip']}:{target_node['port']}/api/push"
push_response = requests.post(push_url, data={
"path": path,
"content": content_response.content,
"headers": json.dumps(dict(content_response.headers))
})
if push_response.status_code == 200:
return jsonify({"message": f"内容 {path} 已推送到节点 {node_id}"})
else:
return jsonify({"error": f"推送失败: {push_response.text}"}), 500
except Exception as e:
return jsonify({"error": str(e)}), 500
预热所有节点
@app.route('/api/warm_all', methods=['POST']) def warm_all_nodes(): path = request.form.get('path')
if not path:
return jsonify({"error": "缺少参数"}), 400
results = []
for node in cdn_config["cdn_nodes"]:
try:
# 访问节点上的内容，触发缓存
response = requests.get(f"http://{node['ip']}:{node['port']}{path}")
status = "成功" if response.status_code == 200 else "失败"
results.append({
"node_id": node["id"],
"status": status,
"message": response.text if status == "失败" else ""
})
except Exception as e:
results.append({
"node_id": node["id"],
"status": "失败",
"message": str(e)
})
return jsonify({"results": results})
刷新CDN缓存
@app.route('/api/purge', methods=['POST']) def purge_cache(): path = request.form.get('path') node_id = request.form.get('node_id')
if not path:
return jsonify({"error": "缺少路径参数"}), 400
if node_id:
# 刷新指定节点
target_node = next((node for node in cdn_config["cdn_nodes"] if node["id"] == node_id), None)
if not target_node:
return jsonify({"error": "节点不存在"}), 404
try:
purge_url = f"http://{target_node['ip']}:{target_node['port']}/api/purge?path={path}"
purge_response = requests.post(purge_url)
if purge_response.status_code == 200:
return jsonify({"message": f"节点 {node_id} 上的 {path} 缓存已刷新"})
else:
return jsonify({"error": f"刷新失败: {purge_response.text}"}), 500
except Exception as e:
return jsonify({"error": str(e)}), 500
else:
# 刷新所有节点
results = []
for node in cdn_config["cdn_nodes"]:
try:
purge_url = f"http://{node['ip']}:{node['port']}/api/purge?path={path}"
purge_response = requests.post(purge_url)
status = "成功" if purge_response.status_code == 200 else "失败"
results.append({
"node_id": node["id"],
"status": status,
"message": purge_response.text if status == "失败" else ""
})
except Exception as e:
results.append({
"node_id": node["id"],
"status": "失败",
"message": str(e)
})
return jsonify({"results": results})
if name == 'main': app.run(host='0.0.0.0', port=8002)
3.6 前端代码 在 Flask 应用的根目录下创建templates文件夹，并在其中创建index.html文件，用于展示和操作 CDN 管理功能。
CDN管理控制台 body { font-family: Arial, sans-serif; } form { margin-bottom: 15px; } label { display: block; margin-bottom: 5px; } input, select, button { margin-right: 10px; padding: 5px; } table { border-collapse: collapse; width: 100%; } table, th, td { border: 1px solid #ccc; } th, td { padding: 8px; text-align: left; } .success { color: green; } .error { color: red; }CDN管理控制台
<!-- 推送内容表单 -->
<form id="pushForm">
<label for="path">内容路径:</label>
<input type="text" id="path" name="path" required>
<label for="node_id">目标节点:</label>
<select id="node_id" name="node_id">
{% for node in nodes %}
<option value="{{ node.id }}">{{ node.id }} - {{ node.location }}</option>
{% endfor %}
</select>
<button type="submit">推送到CDN节点</button>
<div id="pushResult"></div>
</form>
<!-- 预热所有节点表单 -->
<form id="warmForm">
<label for="warmPath">内容路径:</label>
<input type="text" id="warmPath" name="warmPath" required>
<button type="submit">预热所有节点</button>
<div id="warmResult"></div>
</form>
<!-- 刷新缓存表单 -->
<form id="purgeForm">
<label for="purgePath">内容路径:</label>
<input type="text" id="purgePath" name="purgePath" required>
<label for="purgeNode">目标节点:</label>
<select id="purgeNode" name="purgeNode">
<option value="">所有节点</option>
{% for node in nodes %}
<option value="{{ node.id }}">{{ node.id }} - {{ node.location }}</option>
{% endfor %}
</select>
<button type="submit">刷新缓存</button>
<div id="purgeResult"></div>
</form>
<script>
document.getElementById('pushForm').addEventListener('submit', function(event) {
event.preventDefault();
const path = document.getElementById('path').value;
const node_id = document.getElementById('node_id').value;
fetch('/api/push_content', {
method: 'POST',
headers: {
'Content-Type': 'application/x-www-form-urlencoded'
},
body: `path=${path}&node_id=${node_id}`
})
.then(response => response.json())
.then(data => {
const resultDiv = document.getElementById('pushResult');
if (data.status === "success") {
resultDiv.innerHTML = `<p class="success">${data.message}</p>`;
} else {
resultDiv.innerHTML = `<p class="error">${data.error}</p>`;
}
})
.catch(error => {
const resultDiv = document.getElementById('pushResult');
resultDiv.innerHTML = `<p class="error">请求失败: ${error.message}</p>`;
});
});
document.getElementById('warmForm').addEventListener('submit', function(event) {
event.preventDefault();
const path = document.getElementById('warmPath').value;
fetch('/api/warm_all', {
method: 'POST',
headers: {
'Content-Type': 'application/x-www-form-urlencoded'
},
body: `path=${path}`
})
.then(response => response.json())
.then(data => {
const resultDiv = document.getElementById('warmResult');
resultDiv.innerHTML = '';
data.results.forEach(result => {
const statusClass = result.status === "成功" ? "success" : "error";
resultDiv.innerHTML += `<p>${result.node_id}: ${result.status} - ${result.message}</p>`;
});
})
.catch(error => {
const resultDiv = document.getElementById('warmResult');
resultDiv.innerHTML = `<p class="error">请求失败: ${error.message}</p>`;
});
});
document.getElementById('purgeForm').addEventListener('submit', function(event) {
event.preventDefault();
const path = document.getElementById('purgePath').value;
const node_id = document.getElementById('purgeNode').value;
const formData = new FormData();
formData.append('path', path);
if (node_id) {
formData.append('node_id', node_id);
}
fetch('/api/purge', {
method: 'POST',
body: formData
})
.then(response => response.json())
.then(data => {
const resultDiv = document.getElementById('purgeResult');
resultDiv.innerHTML = '';
if (data.results) {
data.results.forEach(result => {
const statusClass = result.status === "成功" ? "success" : "error";
resultDiv.innerHTML += `<p>${result.node_id}: ${result.status} - ${result.message}</p>`;
});
} else if (data.message) {
resultDiv.innerHTML = `<p class="success">${data.message}</p>`;
} else if (data.error) {
resultDiv.innerHTML = `<p class="error">${data.error}</p>`;
}
})
.catch(error => {
const resultDiv = document.getElementById('purgeResult');
resultDiv.innerHTML = `<p class="error">请求失败: ${error.message}</p>`;
});
});
</script>
四、系统测试与优化 4.1 系统启动与测试
启动源服务器：运行OriginServer代码，启动源服务器，默认监听8000端口。
启动 CDN 节点：运行CDNNode代码，启动多个 CDN 节点，如node1监听8081端口、node2监听8082端口等。
启动负载均衡器：运行负载均衡器代码，默认监听8001端口。
启动管理控制台：运行管理控制台代码，默认监听8002端口。
在浏览器中访问http://localhost:8002，进入管理控制台，尝试推送内容、预热节点、刷新缓存等操作，检查各功能是否正常。
4.2 系统优化方向
性能优化：
为缓存添加 LRU（最近最少使用）算法，确保缓存始终保留热门内容。对频繁访问的内容使用多级缓存策略，如浏览器缓存、CDN 节点缓存、源服务器缓存。
安全性增强：
对 CDN 节点与源服务器之间的通信进行加密，防止内容被窃取或篡改。在负载均衡器和 CDN 节点中添加防火墙规则，抵御常见的网络攻击。
扩展性提升：
采用分布式存储系统，解决单个节点缓存容量限制问题。引入自动化部署和监控工具，方便 CDN 节点的扩展和管理。
通过以上步骤，我们完成了一个从理论到实践的 CDN 系统搭建，涵盖了 CDN 的核心概念、关键技术以及完整的代码实现。
五、CDN 技术总结 CDN（内容分发网络）通过全球分布式节点缓存内容，使用户就近获取资源，有效提升访问速度、减轻源服务器负载，在互联网应用中扮演着重要角色。
在基础理论层面，CDN 包含源服务器、边缘节点、负载均衡系统等组件，基于 DNS 解析、内容分发与缓存策略实现工作流程，具备加速访问、削峰填谷等优势，广泛应用于静态资源、流媒体等场景。关键技术上，内容分发涉及主动推送、被动拉取等模式；负载均衡涵盖 DNS、全局和本地负载均衡；缓存策略包括基于时间、内容等多种方式，共同保障 CDN 高效运行。
实战方面，我们构建了简易 CDN 系统：源服务器负责存储原始内容；CDN 边缘节点实现缓存与内容提供；负载均衡器依据用户地理位置选择节点；管理控制台支持内容管理与配置，并搭配前端界面方便操作。系统可完成内容推送、节点预热、缓存刷新等功能。
