CDN加速原理那些事

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http://docs.example.com去访问这些资源，但又希望通过http://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http://documents.example.com指向http://docs.example.com，添加该条CNAME记录后，所有访问http://documents.example.com的请求都会被转到http://docs.example.com，获得相同的内容。

详见: DNS 各记录类型说明及规则

  • 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

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。

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

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

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