快速了解什么是CDN

秒速五厘米 2022-09-05 01:40 162阅读 0赞

# 为什么需要CDN #

主要两方面原因：带宽、延迟。

互联网从逻辑上看是一张大网，但实际上是由许多小网络组成的，这其中就有小网络“互连互通”的问题，典型的就是各个电信运营商的网络，比如国内的电信、联通、移动三大家。  
[![在这里插入图片描述][20210311123807611.png]][20210311123807611.png]  
这些小网络内部的沟通很顺畅，但网络之间却只有很少的联通点。如果你在 A 网络，而网 站在 C 网络，那么就必须“跨网”传输，和成千上万的其他用户一起去“挤”连接点 的“独木桥”。而带宽终究是有限的，能抢到多少只能看你的运气。

另外，网络中还存在许多的路由器、网关，数据每经过一个节点，都要停顿一下，在二层、 三层解析转发，这也会消耗一定的时间，带来延迟。

最终结果就是，如果仅用现有的 HTTP 传输方式，大多数网站都会访问速度缓慢、用户体 验糟糕。

放到全球来看，物理距离非常大，你在北京，访问旧金山的网站，要**跨越半个地球，地理位置距离远**、运营商网络、路由转发的影响就会成倍增加。

# CDN概念 #

CDN的全称是Content Delivery Network，即[内容分发网络][Link 1]。CDN是构建在现有网络基础之上的智能虚拟网络，依靠部署在各地的边缘服务器，通过中心平台的负载均衡、内容分发、调度等功能模块，使用户就近获取所需内容，降低网络拥塞，提高用户访问响应速度和命中率。CDN的关键技术主要有内容存储和分发技术。

简单来讲，CDN就是根据用户位置分配最近的资源，于是，用户在上网的时候不用直接访问源站，这样就能极大地放大源站的服务能力。

# CDN基本原理 #

CDN的基本原理是广泛采用各种缓存服务器，将这些缓存服务器分布到用户访问相对集中的地区或网络中，在用户访问网站时，利用全局负载技术将用户的访问指向距离最近的工作正常的缓存服务器上，由缓存服务器直接响应用户请求。

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CDN的基本思路是尽可能避开互联网上有可能影响数据传输速度和稳定性的瓶颈和环节，使内容传输的更快、更稳定。通过在网络各处放置[节点服务器][Link 2]所构成的在现有的互联网基础之上的一层智能[虚拟网络][Link 3]，CDN系统能够实时地根据[网络流量][Link 4]和各节点的连接、负载状况以及到用户的距离和响应时间等综合信息将用户的请求重新导向离用户最近的服务节点上。其目的是使用户可就近取得所需内容，解决 Internet网络拥挤的状况，提高用户访问网站的响应速度。

# CDN的分发系统架构 #

我们将上面说所的缓存服务器叫做“边缘节点（edge node）”，用户访问资源时首先去CDN为其分配的“最合适的”一个边缘节点访问。我们不可能在每个边缘节点都缓存源站所有的内存，最好的方式是根据策略选择性缓存一部分内容，因而可能无法命中， 这样就会在边缘节点之上。有区域节点，规模就要更大，缓存的数据会更多，命中的概率也就更大。在区域节点之上是中心节点，规模更大，缓存数据更多。如果还不命中，就只好回源网站访问了。

[![在这里插入图片描述][20200418101636954.png]][20200418101636954.png]  
这就是CDN的分发系统的架构。CDN系统的缓存，也是一层一层的，能不访问后端真正的源，就不打扰它。这也是电商网站物流系统的思路，北京局找不到，找华北局，华北局找不到，再找北方局。

注意：

CDN所能加速的资源只能是静态资源，这里的静态资源指文本、图片、视频、安装包等，就是HTTP协议里的静态资源。

# CDN网络的组成 #

一个CDN网络主要由以下几部分组成：内容缓存设备、内容分发管理设备、本地负载均衡交换机、GSLB设备和CDN管理系统，其网络结构如下图所示：

[![img][img 1]][img 1]

其中：

**内容缓存设备Cache**：

用于缓存内容实体和对缓存内容进行组织和管理。当有用户访问该客户内容时，直接由各缓存服务器响应用户的请求。

**内容分发管理设备**：

主要负责核心Web服务器内容到CDN网络内缓存设备的内容推送、删除、校验以及内容的管理、同步。

**GSLB设备**：

则实现CDN全网各缓存节点之间的资源负载均衡，它与各节点的SLB设备保持通信，搜集各节点缓存设备的健康状态、性能、负载等，自动将用户指引到位于**其地理区域中的最近服务器**或者引导用户**离开拥挤的网络和服务器**。还可以通过使用多站点的内容和服务来提高容错性和可用性，防止因本地网或区域网络中断、断电或自然灾害而导致的故障。

> 不用CDN技术时，使用GSLB设备可以为用户选择最合适的服务器，但受Web服务器的负荷和传输距离等因素的影响，响应速度依然经常不能满足用户的需求。这一问题的解决方案就是在传输网络上利用缓存技术使得Web服务数据流能够就近访问。内容分发网络（CDN）正是这种思想的一个实现，CDN使用GSLB设备将用户引导到最合适的缓存节点（距离近，负载低），使得用户在访问静态内容时获得更好的体验。

**CDN管理系统**：

实现对全网设备的管理，对系统的配置。它不仅能对系统中的各个设备进行实时监控，对各种故障产生相应的告警，还能实时观测到系统中总的流量以及各节点的流量，并保存在系统的数据库中，作为统计分析的基础数据，并对日志文件进行管理、报告，作为计费的基础数据。

# CDN工作流程 #

CDN网络结合了GSLB与缓存技术，其工作流程如下图所示：

[![img][img 2]][img 2]

用户访问某个站点的内容时，若该站点使用了CDN网络，则在用户会在域名解析时获得CDN网络GSLB设备的IP地址。GSLB设备根据其预设的选择策略（如，地理区域、用户时间等）为用户选择最合适的内容缓存节点，并且使用某种方式（如，基于DNS、基于HTTP重定向、基于IP欺骗的方式等）导引用户访问所选的内容缓存节点。

用户继续向缓存节点发出请求，若缓存中包含请求的内容，则直接返回给用户，否则从核心Web服务器中获取该内容，缓存后返回给用户。这样当用户再次访问相同内容或其他用户访问相同内容时，可以直接从缓存中读取，提高了效率。

在没有应用CDN时，我们使用域名访问某一个站点时的路径为

> 用户提交域名→浏览器对域名进行解释→DNS 解析得到目的主机的IP地址→根据IP地址访问发出请求→得到请求数据并回复

应用CDN后，DNS 返回的不再是 IP 地址，而是一个CNAME(Canonical Name ) 别名记录，指向 CDN的全局负载均衡 GSLB, GSLB实际上在域名解析的过程中承担了中间人（或者说代理）的角色，这是CDN实现的关键

# CDN的全局负载均衡 GSLB #

由于没有返回IP地址，于是本地DNS会向负载均衡系统再发送请求 ，则进入到CDN的全局负载均衡系统GSLB 进行智能调度：

*  看用户的 IP 地址，查表得知地理位置，找相对最近的边缘节点
 *  看用户所在的运营商网络，找相同网络的边缘节点
 *  检查边缘节点的负载情况，找负载较轻的节点
 *  其他，比如节点的“健康状况”、服务能力、带宽、响应时间等

结合上面的因素，得到最合适的边缘节点，然后把这个节点返回给用户，用户就能够就近访问CDN的缓存代理

整体流程如下图：

[![img][img 3]][img 3]

# 缓存代理 #

缓存系统是 CDN的另一个关键组成部分，缓存系统会有选择地缓存那些最常用的那些资源

其中有两个衡量CDN服务质量的指标：

*  回源率：缓存里没有，必须用代理的方式回源站取，回源次数与所有访问次数之比

> 缓存系统也可以划分出层次，分成一级缓存节点和二级缓存节点。一级缓存配置高一些，直连源站，二级缓存配置低一些，直连用户  
> 回源的时候二级缓存只找一级缓存，一级缓存没有才回源站，可以有效地减少真正的回源

*  命中率：用户访问的资源恰好在缓存系统里，可以直接返回给用户，命中次数与所有访问次数之比

> 现在的商业 CDN命中率都在 90% 以上，相当于把源站的服务能力放大了 10 倍以上

# CDN优点 #

*  远程加速：远程访问用户根据DNS负载均衡技术智能自动选择Cache服务器，选择最快的Cache服务器，加快远程访问的速度。
 *  镜像服务：消除了不同运营商之间互联的瓶颈造成的影响，实现了跨运营商的网络加速，保证不同网络中的用户都能得到良好的访问质量。镜像功能可以解决不同运营商之间无法互通的问题
 *  本地Cache加速：提高了企业站点（尤其含有大量图片和静态页面站点）的访问速度，并大大提高以上性质站点的稳定性。
 *  缓解源服务器压力：CDN可以实现远程镜像Cache服务器，远程用户访问时可以直接从Cache上读取数据，这样不仅可以减少服务器本身流量的消耗，对带宽不会有很多的压力。
 *  带宽优化：自动生成服务器的远程Mirror（镜像）cache服务器，远程用户访问时从cache服务器上读取数据，减少远程访问的带宽、分担网络流量、减轻原站点WEB服务器负载等功能。
 *  集群抗攻击：广泛分布的CDN节点加上节点之间的智能冗余机制，可以有效地预防黑客入侵以及降低各种D.D.o.S攻击对网站的影响，同时保证较好的服务质量 。
 *  安全性：由于不同的访客访问的是不同的缓存服务器中的内容，所以隐藏了源服务器的真实IP，使源服务器不容易收到攻击。

# CDN缺点 #

*  费用成本增加。CDN的实施是非常复制的，工程比较庞大，建议客户选择一些技术好，口配好的提供商。如果小的CDN运营商不仅不会加速还会起到反作用。
 *  会影响SEO（由于CDN的镜像功能，有可能同一个IP下出现了很多网站，导致网站的权重分散），可忽略。
 *  对开发者影响：有时源服务器文件已修改，但是通过浏览器（清理浏览器缓存）依然看到的是未更新的文件。

参考：

https://blog.csdn.net/weixin\_44475093/article/details/117095143

https://blog.csdn.net/HZ\_\_\_ZH/article/details/114660370

https://blog.csdn.net/weixin\_44475093/article/details/117095143

https://blog.csdn.net/HZ\_\_\_ZH/article/details/114660370

https://juejin.cn/post/6844903890706661389\#heading-5

https://blog.csdn.net/lxx309707872/article/details/109078783

https://www.jianshu.com/p/ba104e941490

https://blog.csdn.net/aha\_jasper/article/details/105575484

https://blog.csdn.net/weixin\_44475093/article/details/117095143

[20210311123807611.png]: /images/20220829/bf9080643892494a976d5209497004ec.png
[Link 1]: https://baike.baidu.com/item/%E5%86%85%E5%AE%B9%E5%88%86%E5%8F%91%E7%BD%91%E7%BB%9C/4034265
[img]: /images/20220829/5b44468b6f3a4c689ffc42ad9a8510f3.png
[Link 2]: https://baike.baidu.com/item/%E8%8A%82%E7%82%B9%E6%9C%8D%E5%8A%A1%E5%99%A8/4576219
[Link 3]: https://baike.baidu.com/item/%E8%99%9A%E6%8B%9F%E7%BD%91%E7%BB%9C/855117
[Link 4]: https://baike.baidu.com/item/%E7%BD%91%E7%BB%9C%E6%B5%81%E9%87%8F/7489548
[20200418101636954.png]: /images/20220829/c864c08f159a4e84a31cab1b551cbb0f.png
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