概述

Internet的高速發(fā)展，給人們的工作和生活帶來了極大的便利，對Internet的服務(wù)品質(zhì)和訪問速度要求越來越高，雖然帶寬不斷增加，用戶數(shù)量也在不斷增加，受Web服務(wù)器的負(fù)荷和傳輸距離等因數(shù)的影響，響應(yīng)速度慢還是經(jīng)常抱怨和困擾。

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解決方案就是在網(wǎng)絡(luò)傳輸上利用緩存技術(shù)使得Web服務(wù)數(shù)據(jù)流能就近訪問，是優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸非常有效的技術(shù)，從而獲得高速的體驗(yàn)和品質(zhì)保證。

網(wǎng)絡(luò)緩存技術(shù)，其目的就是減少網(wǎng)絡(luò)中冗余數(shù)據(jù)的重復(fù)傳輸，使之最小化，將廣域傳輸轉(zhuǎn)為本地或就近訪問。互聯(lián)網(wǎng)上傳遞的內(nèi)容，大部分為重復(fù)的Web/FTP數(shù)據(jù)，Cache服務(wù)器及應(yīng)用Caching技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，可大大優(yōu)化數(shù)據(jù)鏈路性能，消除數(shù)據(jù)峰值訪問造成的結(jié)點(diǎn)設(shè)備阻塞。

Cache服務(wù)器具有緩存功能，所以大部分網(wǎng)頁對象(Web page object)，如html, htm, PHP等頁面文件，gif,tif, png, bmp等圖片文件，以及其他格式的文件，在有效期(TTL)內(nèi)，對于重復(fù)的訪問，不必從原始網(wǎng)站重新傳送文件實(shí)體，只需通過簡單的認(rèn)證(Freshness Validation)- 傳送幾十字節(jié)的Header，即可將本地的副本直接傳送給訪問者。

由于緩存服務(wù)器通常部署在靠近用戶端，所以能獲得近似局域網(wǎng)的響應(yīng)速度，并有效減少廣域帶寬的消耗。據(jù)統(tǒng)計(jì)，Internet上超過80%的用戶重復(fù)訪問20%的信息資源，給緩存技術(shù)的應(yīng)用提供了先決的條件。

緩存服務(wù)器的體系結(jié)構(gòu)與Web服務(wù)器不同，緩存服務(wù)器能比Web服務(wù)器獲得更高的性能，緩存服務(wù)器不僅能提高響應(yīng)速度，節(jié)約帶寬，對于加速Web服務(wù)器，有效減輕源服務(wù)器的負(fù)荷是非常有效的。

高速緩存服務(wù)器(Cache Server)是軟硬件高度集成的專業(yè)功能服務(wù)器，主要做高速緩存加速服務(wù)，一般部署在網(wǎng)絡(luò)邊緣。根據(jù)加速對象不同，分為客戶端加速和服務(wù)器加速，客戶端加速Cache部署在網(wǎng)絡(luò)出口處，把常訪問的內(nèi)容緩存在本地，提高響應(yīng)速度和節(jié)約帶寬;服務(wù)器加速，Cache部署在服務(wù)器前端，作為Web服務(wù)器的前置機(jī)，提高Web服務(wù)器的性能，加速訪問速度。如果多臺Cache加速服務(wù)器且分布在不同地域，需要通過有效地機(jī)制管理Cache網(wǎng)絡(luò)，引導(dǎo)用戶就近訪問，全局負(fù)載均衡流量，這就是CDN內(nèi)容傳輸網(wǎng)絡(luò)的基本思想。

什么是CDN內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)?

CDN的全稱是Content Delivery Network，即內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)。其目的是通過在現(xiàn)有的Internet中增加一層新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，將網(wǎng)站的內(nèi)容發(fā)布到最接近用戶的網(wǎng)絡(luò)”邊緣”，使用戶可以就近取得所需的內(nèi)容，解決Internet網(wǎng)絡(luò)擁塞狀況，提高用戶訪問網(wǎng)站的響應(yīng)速度。從技術(shù)上全面解決由于網(wǎng)絡(luò)帶寬小、用戶訪問量大、網(wǎng)點(diǎn)分布不均等原因，解決用戶訪問網(wǎng)站的響應(yīng)速度慢的根本原因。

狹義地講，內(nèi)容分發(fā)布網(wǎng)絡(luò)(CDN)是一種新型的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方式，它是為能在傳統(tǒng)的IP網(wǎng)發(fā)布寬帶豐富媒體而特別優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)覆蓋層;而從廣義的角度，CDN代表了一種基于質(zhì)量與秩序的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)模式。

簡單地說，內(nèi)容發(fā)布網(wǎng)絡(luò)(CDN)是一個經(jīng)策略性部署的整體系統(tǒng)，包括分布式存儲、負(fù)載均衡、網(wǎng)絡(luò)請求的重定向和內(nèi)容管理4個要件，而內(nèi)容管理和全局的網(wǎng)絡(luò)流量管理(Traffic Management)是CDN的核心所在。通過用戶就近性和服務(wù)器負(fù)載的判斷，CDN確保內(nèi)容以一種極為高效的方式為用戶的請求提供服務(wù)。

總的來說，內(nèi)容服務(wù)基于緩存服務(wù)器，也稱作代理緩存(Surrogate)，它位于網(wǎng)絡(luò)的邊緣，距用戶僅有”一跳”(Single Hop)之遙。同時，代理緩存是內(nèi)容提供商源服務(wù)器(通常位于CDN服務(wù)提供商的數(shù)據(jù)中心)的一個透明鏡像。這樣的架構(gòu)使得CDN服務(wù)提供商能夠代表他們客戶，即內(nèi)容供應(yīng)商，向最終用戶提供盡可能好的體驗(yàn)，而這些用戶是不能容忍請求響應(yīng)時間有任何延遲的。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，采用CDN技術(shù)，能處理整個網(wǎng)站頁面的70%～95%的內(nèi)容訪問量，減輕服務(wù)器的壓力，提升了網(wǎng)站的性能和可擴(kuò)展性。

與目前現(xiàn)有的內(nèi)容發(fā)布模式相比較，CDN強(qiáng)調(diào)了網(wǎng)絡(luò)在內(nèi)容發(fā)布中的重要性。通過引入主動的內(nèi)容管理層的和全局負(fù)載均衡，CDN從根本上區(qū)別于傳統(tǒng)的內(nèi)容發(fā)布模式。在傳統(tǒng)的內(nèi)容發(fā)布模式中，內(nèi)容的發(fā)布由ICP的應(yīng)用服務(wù)器完成，而網(wǎng)絡(luò)只表現(xiàn)為一個透明的數(shù)據(jù)傳輸通道，這種透明性表現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量保證僅僅停留在數(shù)據(jù)包的層面，而不能根據(jù)內(nèi)容對象的不同區(qū)分服務(wù)質(zhì)量。

此外，由于IP網(wǎng)的”盡力而為”的特性使得其質(zhì)量保證是依靠在用戶和應(yīng)用服務(wù)器之間端到端地提供充分的、遠(yuǎn)大于實(shí)際所需的帶寬通量來實(shí)現(xiàn)的。在這樣的內(nèi)容發(fā)布模式下，不僅大量寶貴的骨干帶寬被占用，同時ICP的應(yīng)用服務(wù)器的負(fù)載也變得非常重，而且不可預(yù)計(jì)。

當(dāng)發(fā)生一些熱點(diǎn)事件和出現(xiàn)浪涌流量時，會產(chǎn)生局部熱點(diǎn)效應(yīng)，從而使應(yīng)用服務(wù)器過載退出服務(wù)。這種基于中心的應(yīng)用服務(wù)器的內(nèi)容發(fā)布模式的另外一個缺陷在于個性化服務(wù)的缺失和對寬帶服務(wù)價值鏈的扭曲，內(nèi)容提供商承擔(dān)了他們不該干也干不好的內(nèi)容發(fā)布服務(wù)。

縱觀整個寬帶服務(wù)的價值鏈，內(nèi)容提供商和用戶位于整個價值鏈的兩端，中間依靠網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商將其串接起來。隨著互聯(lián)網(wǎng)工業(yè)的成熟和商業(yè)模式的變革，在這條價值鏈上的角色越來越多也越來越細(xì)分。

比如內(nèi)容/應(yīng)用的運(yùn)營商、托管服務(wù)提供商、骨干網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商、接入服務(wù)提供商等等。在這一條價值鏈上的每一個角色都要分工合作、各司其職才能為客戶提供良好的服務(wù)，從而帶來多贏的局面。從內(nèi)容與網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合模式上看，內(nèi)容的發(fā)布已經(jīng)走過了ICP的內(nèi)容(應(yīng)用)服務(wù)器和IDC這兩個階段。IDC的熱潮也催生了托管服務(wù)提供商這一角色。但是，IDC并不能解決內(nèi)容的有效發(fā)布問題。內(nèi)容位于網(wǎng)絡(luò)的中心并不能解決骨干帶寬的占用和建立IP網(wǎng)絡(luò)上的流量秩序。因此將內(nèi)容推到網(wǎng)絡(luò)的邊緣，為用戶提供就近性的邊緣服務(wù)，從而保證服務(wù)的質(zhì)量和整個網(wǎng)絡(luò)上的訪問秩序就成了一種顯而易見的選擇。而這就是內(nèi)容發(fā)布網(wǎng)(CDN)服務(wù)模式。CDN的建立解決了困擾內(nèi)容運(yùn)營商的內(nèi)容”集中與分散”的兩難選擇。無疑對于構(gòu)建良好的互聯(lián)網(wǎng)價值鏈?zhǔn)怯袃r值的，也是不可或缺的。

CDN新應(yīng)用和客戶

目前的CDN服務(wù)主要應(yīng)用于證券、金融保險、ISP、ICP、網(wǎng)上交易、門戶網(wǎng)站、媒體站點(diǎn)、大中型公司、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)等領(lǐng)域。另外在行業(yè)專網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)中都可以用到，甚至可以對局域網(wǎng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化。利用CDN，這些網(wǎng)站無需投資昂貴的各類服務(wù)器、設(shè)立分站點(diǎn)，特別是流媒體信息的廣泛應(yīng)用、遠(yuǎn)程教學(xué)課件等消耗帶寬資源多的媒體信息，應(yīng)用CDN網(wǎng)絡(luò)，把內(nèi)容復(fù)制到網(wǎng)絡(luò)的最邊緣，使內(nèi)容請求點(diǎn)和交付點(diǎn)之間的距離縮至最小，從而促進(jìn)Web站點(diǎn)性能的提高，具有重要的意義。

CDN網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)主要有企業(yè)建設(shè)的CDN網(wǎng)絡(luò)，為企業(yè)服務(wù);IDC的CDN網(wǎng)絡(luò)，主要服務(wù)于IDC和增值服務(wù);網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營上主建的CDN網(wǎng)絡(luò)，主要提供內(nèi)容推送服務(wù);CDN網(wǎng)絡(luò)服務(wù)商，專門建設(shè)的CDN用于做服務(wù)，用戶通過與CDN機(jī)構(gòu)進(jìn)行合作，CDN負(fù)責(zé)信息傳遞工作，保證信息正常傳輸，維護(hù)傳送網(wǎng)絡(luò)，而網(wǎng)站只需要內(nèi)容維護(hù)，不再需要考慮流量問題。

CDN能夠?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)的快速、安全、穩(wěn)定、可擴(kuò)展等方面提供保障。

IDC建立CDN網(wǎng)絡(luò)，IDC運(yùn)營商一般需要有分部各地的多個IDC中心，服務(wù)對象是托管在IDC中心的客戶，利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)資源，投資較少，容易建設(shè)。例如某IDC全國有10個機(jī)房，加入IDC的CDN網(wǎng)絡(luò)，托管在一個節(jié)點(diǎn)的Web服務(wù)器，相當(dāng)于有了10個鏡像服務(wù)器，就近供客戶訪問。

寬帶城域網(wǎng)，域內(nèi)網(wǎng)絡(luò)速度很快，出城帶寬一般就會瓶頸，為了體現(xiàn)城域網(wǎng)的高速體驗(yàn)，解決方案就是將Internet網(wǎng)上內(nèi)容高速緩存到本地，將Cache部署在城域網(wǎng)各POP點(diǎn)上，這樣形成高效有序的網(wǎng)絡(luò)，用戶僅一跳就能訪問大部分的內(nèi)容，這也是一種加速所有網(wǎng)站CDN的應(yīng)用。

CDN的工作原理

在描述CDN的實(shí)現(xiàn)原理，讓我們先看傳統(tǒng)的未加緩存服務(wù)的訪問過程，以便了解CDN緩存訪問方式與未加緩存訪問方式的差別：

由上圖可見，用戶訪問未使用CDN緩存網(wǎng)站的過程為：

• 用戶向?yàn)g覽器提供要訪問的域名;
• 瀏覽器調(diào)用域名解析函數(shù)庫對域名進(jìn)行解析，以得到此域名對應(yīng)的IP地址;
• 瀏覽器使用所得到的IP地址，域名的服務(wù)主機(jī)發(fā)出數(shù)據(jù)訪問請求;
• 瀏覽器根據(jù)域名主機(jī)返回的數(shù)據(jù)顯示網(wǎng)頁的內(nèi)容。

通過以上四個步驟，瀏覽器完成從用戶處接收用戶要訪問的域名到從域名服務(wù)主機(jī)處獲取數(shù)據(jù)的整個過程。CDN網(wǎng)絡(luò)是在用戶和服務(wù)器之間增加Cache層，如何將用戶的請求引導(dǎo)到Cache上獲得源服務(wù)器的數(shù)據(jù)，主要是通過接管DNS實(shí)現(xiàn)，下面讓我們看看訪問使用CDN緩存后的網(wǎng)站的過程：

通過上圖，我們可以了解到，使用了CDN緩存后的網(wǎng)站的訪問過程變?yōu)椋?/p>

• 用戶向?yàn)g覽器提供要訪問的域名;
• 瀏覽器調(diào)用域名解析庫對域名進(jìn)行解析，由于CDN對域名解析過程進(jìn)行了調(diào)整，所以解析函數(shù)庫一般得到的是該域名對應(yīng)的CNAME記錄，為了得到實(shí)際IP地址，瀏覽器需要再次對獲得的CNAME域名進(jìn)行解析以得到實(shí)際的IP地址;在此過程中，使用的全局負(fù)載均衡DNS解析，如根據(jù)地理位置信息解析對應(yīng)的IP地址，使得用戶能就近訪問。
• 此次解析得到CDN緩存服務(wù)器的IP地址，瀏覽器在得到實(shí)際的IP地址以后，向緩存服務(wù)器發(fā)出訪問請求;
• 緩存服務(wù)器根據(jù)瀏覽器提供的要訪問的域名，通過Cache內(nèi)部專用DNS解析得到此域名的實(shí)際IP地址，再由緩存服務(wù)器向此實(shí)際IP地址提交訪問請求;
• 緩存服務(wù)器從實(shí)際IP地址得得到內(nèi)容以后，一方面在本地進(jìn)行保存，以備以后使用，二方面把獲取的數(shù)據(jù)返回給客戶端，完成數(shù)據(jù)服務(wù)過程;
• 客戶端得到由緩存服務(wù)器返回的數(shù)據(jù)以后顯示出來并完成整個瀏覽的數(shù)據(jù)請求過程。

通過以上的分析我們可以得到，為了實(shí)現(xiàn)既要對普通用戶透明(即加入緩存以后用戶客戶端無需進(jìn)行任何設(shè)置，直接使用被加速網(wǎng)站原有的域名即可訪問)，又要在為指定的網(wǎng)站提供加速服務(wù)的同時降低對ICP的影響，只要修改整個訪問過程中的域名解析部分，以實(shí)現(xiàn)透明的加速服務(wù)，下面是CDN網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的具體操作過程。

• 作為ICP，只需要把域名解釋權(quán)交給CDN運(yùn)營商，其他方面不需要進(jìn)行任何的修改;操作時，ICP修改自己域名的解析記錄，一般用cname方式指向CDN網(wǎng)絡(luò)Cache服務(wù)器的地址。
• 作為CDN運(yùn)營商，首先需要為ICP的域名提供公開的解析，為了實(shí)現(xiàn)sortlist，一般是把ICP的域名解釋結(jié)果指向一個CNAME記錄;
• 當(dāng)需要進(jìn)行sorlist時，CDN運(yùn)營商可以利用DNS對CNAME指向的域名解析過程進(jìn)行特殊處理，使DNS服務(wù)器在接收到客戶端請求時可以根據(jù)客戶端的IP地址，返回相同域名的不同IP地址;
• 由于從cname獲得的IP地址，并且?guī)в衕ostname信息，請求到達(dá)Cache之后，Cache必須知道源服務(wù)器的IP地址，所以在CDN運(yùn)營商內(nèi)部維護(hù)一個內(nèi)部DNS服務(wù)器，用于解釋用戶所訪問的域名的真實(shí)IP地址;
• 在維護(hù)內(nèi)部DNS服務(wù)器時，還需要維護(hù)一臺授權(quán)服務(wù)器，控制哪些域名可以進(jìn)行緩存，而哪些又不進(jìn)行緩存，以免發(fā)生開放代理的情況。

CDN的技術(shù)手段

實(shí)現(xiàn)CDN的主要技術(shù)手段是高速緩存、鏡像服務(wù)器。可工作于DNS解析或HTTP重定向兩種方式，通過Cache服務(wù)器，或異地的鏡像站點(diǎn)完成內(nèi)容的傳送與同步更新。

DNS方式用戶位置判斷準(zhǔn)確率大于85%，HTTP方式準(zhǔn)確率為99%以上;一般情況下，各Cache服務(wù)器群的用戶訪問流入數(shù)據(jù)量與Cache服務(wù)器到原始網(wǎng)站取內(nèi)容的數(shù)據(jù)量之比在2：1到3：1之間，即分擔(dān)50%到70%的到原始網(wǎng)站重復(fù)訪問數(shù)據(jù)量(主要是圖片，流媒體文件等內(nèi)容);對于鏡像，除數(shù)據(jù)同步的流量，其余均在本地完成，不訪問原始服務(wù)器。

鏡像站點(diǎn)(Mirror Site)服務(wù)器是我們經(jīng)常可以看到的，它讓內(nèi)容直截了當(dāng)?shù)剡M(jìn)行分布，適用于靜態(tài)和準(zhǔn)動態(tài)的數(shù)據(jù)同步。但是購買和維護(hù)新服務(wù)器的費(fèi)用較高，另外還必須在各個地區(qū)設(shè)置鏡像服務(wù)器，配備專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行管理與維護(hù)。大型網(wǎng)站在隨時更新各地服務(wù)器的同時，對帶寬的需求也會顯著增加，因此一般的互聯(lián)網(wǎng)公司不會建立太多的鏡像服務(wù)器。

高速緩存手段的成本較低，適用于靜態(tài)內(nèi)容。Internet的統(tǒng)計(jì)表明，超過80%的用戶經(jīng)常訪問的是20%的網(wǎng)站的內(nèi)容，在這個規(guī)律下，緩存服務(wù)器可以處理大部分客戶的靜態(tài)請求，而原始的WWW服務(wù)器只需處理約20%左右的非緩存請求和動態(tài)請求，于是大大加快了客戶請求的響應(yīng)時間，并降低了原始WWW服務(wù)器的負(fù)載。根據(jù)美國IDC公司的調(diào)查，作為CDN的一項(xiàng)重要指標(biāo) —— 緩存的市場正在以每年近100%的速度增長，全球的營業(yè)額在2004年將達(dá)到45億美元。網(wǎng)絡(luò)流媒體的發(fā)展還將剌激這個市場的需求。

CDN的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

CDN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)主要由兩大部分，分為中心和邊緣兩部分，中心指CDN網(wǎng)管中心和DNS重定向解析中心，負(fù)責(zé)全局負(fù)載均衡，設(shè)備系統(tǒng)安裝在管理中心機(jī)房，邊緣主要指異地節(jié)點(diǎn)，CDN分發(fā)的載體，主要由Cache和負(fù)載均衡器等組成。

當(dāng)用戶訪問加入CDN服務(wù)的網(wǎng)站時，域名解析請求將最終交給全局負(fù)載均衡DNS進(jìn)行處理。全局負(fù)載均衡DNS通過一組預(yù)先定義好的策略，將當(dāng)時最接近用戶的節(jié)點(diǎn)地址提供給用戶，使用戶能夠得到快速的服務(wù)。同時，它還與分布在世界各地的所有CDNC節(jié)點(diǎn)保持通信，搜集各節(jié)點(diǎn)的通信狀態(tài)，確保不將用戶的請求分配到不可用的CDN節(jié)點(diǎn)上，實(shí)際上是通過DNS做全局負(fù)載均衡。

對于普通的Internet用戶來講，每個CDN節(jié)點(diǎn)就相當(dāng)于一個放置在它周圍的WEB。通過全局負(fù)載均衡DNS的控制，用戶的請求被透明地指向離他最近的節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)中CDN服務(wù)器會像網(wǎng)站的原始服務(wù)器一樣，響應(yīng)用戶的請求。由于它離用戶更近，因而響應(yīng)時間必然更快。

每個CDN節(jié)點(diǎn)由兩部分組成：負(fù)載均衡設(shè)備和高速緩存服務(wù)器

負(fù)載均衡設(shè)備負(fù)責(zé)每個節(jié)點(diǎn)中各個Cache的負(fù)載均衡，保證節(jié)點(diǎn)的工作效率;同時，負(fù)載均衡設(shè)備還負(fù)責(zé)收集節(jié)點(diǎn)與周圍環(huán)境的信息，保持與全局負(fù)載DNS的通信，實(shí)現(xiàn)整個系統(tǒng)的負(fù)載均衡。

高速緩存服務(wù)器(Cache)負(fù)責(zé)存儲客戶網(wǎng)站的大量信息，就像一個靠近用戶的網(wǎng)站服務(wù)器一樣響應(yīng)本地用戶的訪問請求。

CDN的管理系統(tǒng)是整個系統(tǒng)能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)的保證。它不僅能對系統(tǒng)中的各個子系統(tǒng)和設(shè)備進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，對各種故障產(chǎn)生相應(yīng)的告警，還可以實(shí)時監(jiān)測到系統(tǒng)中總的流量和各節(jié)點(diǎn)的流量，并保存在系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中，使網(wǎng)管人員能夠方便地進(jìn)行進(jìn)一步分析。通過完善的網(wǎng)管系統(tǒng)，用戶可以對系統(tǒng)配置進(jìn)行修改。

理論上，最簡單的CDN網(wǎng)絡(luò)有一個負(fù)責(zé)全局負(fù)載均衡的DNS和各節(jié)點(diǎn)一臺Cache，即可運(yùn)行。DNS支持根據(jù)用戶源IP地址解析不同的IP，實(shí)現(xiàn)就近訪問。為了保證高可用性等，需要監(jiān)視各節(jié)點(diǎn)的流量、健康狀況等。一個節(jié)點(diǎn)的單臺Cache承載數(shù)量不夠時，才需要多臺Cache，多臺Cache同時工作，才需要負(fù)載均衡器，使Cache群協(xié)同工作。