一文看懂CDN加速原理

By | 2021年3月31日
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什么是 CDN

CDN 全称是Content Delivery NetWork,即内容分发网络。其目的是通过现有的 Internet 中增加一层新的缓存层,将网站的内容发布到最接近用户的网络边缘节点,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问题,提高用户访问网站的响应速度

下面是CDN的一个简单的示意图:
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:

  • 解决服务端的第一公里的问题
  • 缓解甚至消除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

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:

  1. 用户输入访问的域名,操作系统向 LocalDNS 查询域名的 IP 地址
  2. LocalDNS 向 Root DNS 查询域名的授权服务器(这里假设 LocalDNS 的缓存已过期)
  3. Root DNS 将域名授权 DNS 记录回应给 LocalDNS
  4. LocalDNS 得到域名授权的记录后,继续向域名授权 DNS 查询域名的 ip 地址
  5. LocalDNS 将得到的域名 ip 地址返回给客户端
  6. 用户得到域名IP地址后,访问站点服务器
  7. 站点服务器响应请求,将请求资源返回给客户端

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 缓存后的网站访问过程变更为:

  1. 用户输入访问的域名,操作系统向 LocalDNS 查询域名的IP地址
  2. LocalDNS 向 RootDNS 查询域名的授权服务器(这里假设缓存已过期)
  3. RootDNS 将域名授权 DNS 记录返回给 LocalDNS
  4. LocalDNS 得到域名的授权记录后,继续向域名授权 DNS 查询域名的IP地址
  5. 域名授权DNS查询域名记录后(一般是CNAME),回应给 LocalDNS
  6. 智能调度 DNS 根据一定的算法和策略(比如静态拓扑、容量等)将最合适的 CDN 节点IP地址回应给 LocalDNS
  7. LocalDNS 得到域名IP地址,返回给客户端
  8. 客户端得到IP地址后发送请求访问站点服务器
  9. CDN 节点服务器应答请求,将内容返回给客户端

通过以上的对比,我们可以得到:为了实现对普通用户透明(使用缓存后用户无需进行任何设置)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。

组成要素

对于普通的互联网用户,每个 CDN 节点就相当于一个放置在他周围的网站服务器。通过对 DNS 的接管,用户的请求被透明的指向里他最近的节点节点中的 CDN 服务器会像网站的原始服务器一样,响应用户的请求。由于它离用户最近,所以响应时间也是更快。

从上面的图中我们可以得知虚线圈起来那块就是CDN层,这层是位于用户端和站点服务器之间

智能调度 DNS

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 节点保持联系,跟踪个节点的健康状态、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

内容 Cache 服务器

共享存储

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成另一个域名,当 DNS 系统在查询 CNAME 左边的名称的时候,都会转向 CNAME 右边的名称在进行查询,一直最总到最后的 PTR 或 A名称,成功查询才会做出回应,否则失败。

例如,你有一台服务器上存放了很多资料,你是用 doc.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,那么你就可以在你的 DNS 解析服务商添加一条 CNAME 记录,将 documents.example.com 指向 doc.example.com ,添加记录之后,所有访问 documents.example.com 的请求都会被转到 doc.example.com ,并得到相同的响应。

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 解析服务上添加 CNAME 记录,将自己的加速域名指向这个 CNAME域名,这样该域名的请求才会指向 CDN 的节点,以达到加速效果。

回源host

回源host 决定回源请求访问到原站上的具体站点。

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。

Category: os

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