程序員要搞明白CDN，這篇應(yīng)該夠了
最近在了解邊緣計(jì)算，發(fā)現(xiàn)我們經(jīng)常聽說的CDN也是邊緣計(jì)算里的一部分。那么說到CDN，好像只知道它中文叫做內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)。那么具體CDN的原理是什么?能夠?yàn)橛脩粼跒g覽網(wǎng)站時(shí)帶來什么好處呢?解決這兩個(gè)問題是本文的目的。
CDN概念
CDN全稱叫做“Content Delivery Network”，中文叫內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)。
實(shí)際上CDN這個(gè)概念是在1996年由美國麻省理工學(xué)院的一個(gè)研究小組為改善互聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)質(zhì)量而提出的。那么它到底是怎么改善互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)質(zhì)量的呢?
原理分析
我們知道，當(dāng)我們使用域名訪問某一個(gè)網(wǎng)站時(shí)，實(shí)際上就是將請求包(以Http請求為例)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸給某臺服務(wù)器，比如訪問“www.baidu.com”時(shí)：
- 首先解析出該域名所對應(yīng)的IP地址(DNS域名解析)
- 然后將Http請求包通過網(wǎng)絡(luò)路由到IP地址所對應(yīng)的服務(wù)器
我們通常說“服務(wù)器的IP地址”，這其實(shí)不太準(zhǔn)確，IP地址是和網(wǎng)卡綁定的，一個(gè)服務(wù)器可以有多個(gè)網(wǎng)卡，也就是可能有多個(gè)IP地址。
我們先來看第一步：域名解析
域名解析
解析域名分為兩種：
- 將一個(gè)域名解析為一個(gè)IP地址
- 將一個(gè)域名解析為另外一個(gè)域名
其實(shí)解析思路不難，我們在域名服務(wù)商購買了一個(gè)域名之后，需要去映射一個(gè)IP地址，可以用Map來表示這個(gè)關(guān)系：{域名：IP}。
同時(shí)我們也可以給某個(gè)域名取一個(gè)別名，比如“www.baidu.com”取一個(gè)別名“test.baidu.com”，這種關(guān)系也可以用Map來表示：{域名：別名}。這里的別名專業(yè)一點(diǎn)叫做CNAME，相信大家對這個(gè)詞有點(diǎn)眼熟，它就是這個(gè)意思。
而域名解析，實(shí)際上就是解析出指定域名所對應(yīng)的IP地址，或者該域名的一個(gè)CNAME。
而域名解析是由DNS系統(tǒng)來負(fù)責(zé)的，DNS服務(wù)接受外部請求，從請求里提取域名，
- 如果這個(gè)域名對應(yīng)的是IP地址，則返回這個(gè)IP地址，
- 如果這個(gè)域名對應(yīng)的是CNAME，則繼續(xù)查找CNAME域名的IP地址，然后將該地址返回給請求發(fā)送者。
請求發(fā)送者拿到IP地址之后，完成真正的請求調(diào)用。
實(shí)際上DNS系統(tǒng)是非常龐大的，這里不去多將，大家把它當(dāng)作一個(gè)黑盒子，這個(gè)盒子的作用就是上文所描述的，這里用一個(gè)簡單的圖來表示一下。
沒有CNAME的情況：
有CNAME的情況：
特別注意：在有CNAME的情況下，我們可以發(fā)現(xiàn)，CNAME實(shí)際上在域名解析的過程中承擔(dān)了中間人(或者說代理)的角色，這是CDN實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。
CDN原理
首先CDN是為了改善互聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)質(zhì)量的。通俗一點(diǎn)說其實(shí)就是提高訪問速度。
假設(shè)百度網(wǎng)站現(xiàn)在只有一臺服務(wù)器，現(xiàn)在有一個(gè)人在上海訪問百度，如果該服務(wù)器也在上海，那么通常來說訪問比較快，如果該服務(wù)器在拉薩，那么相對而言訪問就比較慢了。那么這個(gè)問題的根本原因是網(wǎng)絡(luò)傳輸是依賴于網(wǎng)線的，網(wǎng)線越長，那么時(shí)間肯定就越久。
那么怎么解決這個(gè)問題呢?其實(shí)思路很簡單，百度在全國各地都部署一模一樣的服務(wù)器就行了，專業(yè)一點(diǎn)叫冗余。
思路很簡單，但實(shí)現(xiàn)還是比較麻煩的，服務(wù)器上的資源分為兩種：靜態(tài)資源與動(dòng)態(tài)資源。
- 靜態(tài)資源：這種資源通常是很少變動(dòng)的，比如圖片，視頻，css，javascript等等
- 動(dòng)態(tài)資源：這種資源不同用戶不同時(shí)刻訪問通常是不一樣的，比如ftl，jsp等等。
那么如果百度要在全國各地都部署服務(wù)器，如果說每個(gè)服務(wù)器上都有相同的動(dòng)態(tài)資源，那么可能還需要配置相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，因?yàn)閯?dòng)態(tài)資源所記錄的信息通常會存儲在數(shù)據(jù)庫中，那么這就涉及到了數(shù)據(jù)同步等等問題，這會導(dǎo)致成本很高，這種做法專業(yè)一點(diǎn)其實(shí)就是集群，而目前來說集群架構(gòu)最多是三地五中心，不是說全國多地集群不可能，主要是成本太高。
大家想了解三地五中心的，可以看https://mp.weixin.qq.com/s/uGyGldbwmShDDPDau5pAPw這篇文章，也是本人寫的。
那么有沒有成本比較低的方式呢，有，就是在每個(gè)服務(wù)器上只部署靜態(tài)資源，靜態(tài)資源通常不涉及到數(shù)據(jù)庫，所以成本也比較低，而且也能提高用戶的訪問速度。
到這里，介紹了CDN想要達(dá)到的目的，那么怎么達(dá)到這個(gè)目的呢?
現(xiàn)在如果要比較CDN系統(tǒng)，我們可以考慮兩點(diǎn)：
- CDN系統(tǒng)中存儲靜態(tài)資源服務(wù)器的性能以及網(wǎng)速怎么樣。
- CDN系統(tǒng)中全國甚至全球范圍內(nèi)服務(wù)器節(jié)點(diǎn)的數(shù)量以及部署情況。
第一點(diǎn)很好理解，第二點(diǎn)大家應(yīng)該也能理解了，如果靜態(tài)資源的服務(wù)器節(jié)點(diǎn)很多，能夠讓每個(gè)用戶在訪問這些靜態(tài)資源時(shí)都不用“跑很遠(yuǎn)的路程”才能獲取到，那么自然這是CDN系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。
有公司看到了這種需求，所以現(xiàn)在其實(shí)有很多CDN供應(yīng)商，比如阿里，騰訊等等都有自己的CDN服務(wù)。只要你自己的系統(tǒng)接入了這些大廠所提供的CDN服務(wù)，你把自己的靜態(tài)資源傳給CDN服務(wù)，那么這些靜態(tài)資源將自動(dòng)的分布到全世界各地去。
好，那么現(xiàn)在的問題是，用戶在訪問靜態(tài)資源時(shí)也是通過域名來訪問的，域名會被解析成某一個(gè)IP地址，關(guān)鍵的問題就是，DNS系統(tǒng)怎么在做域名解析時(shí)，解析出來一個(gè)離用戶最近的一個(gè)IP地址呢。
普通的DNS系統(tǒng)是做不到的，需要一個(gè)特殊的DNS服務(wù)器，這個(gè)特殊DNS需要知道
- 用戶當(dāng)前所在位置
- 還需要知道用戶現(xiàn)在訪問的這個(gè)域名對應(yīng)哪些IP地址，以及這個(gè)IP地址分別在哪?
對于第一個(gè)問題好解決，直接從用戶請求里提取出用戶的ip地址，比如這個(gè)ip地址被解析為北京電信、上海移動(dòng)等等。
第二個(gè)問題由誰來解決，我們現(xiàn)在考慮的是CDN，CDN提供商肯定知道他們公司在哪些地方部署了機(jī)器以及它們的IP地址，所以這個(gè)問題只能有CDN提供商來解決，CDN提供商會提供這個(gè)特殊的DNS服務(wù)器，我們叫做 CDN專用DNS服務(wù)器。
這樣的話，只要用戶在使用某個(gè)域名訪問靜態(tài)資源時(shí)，如果用戶直接配置自己電腦的DNS地址為CDN專用DNS服務(wù)器。那么自然解決了問題，但是我們需要考慮的時(shí)，我們不能要求世界上所有的用戶都去修改自己電腦的DNS地址。所以這個(gè)時(shí)候就要利用DNS中的CNAME了。
用戶使用某個(gè)域名來訪問靜態(tài)資源時(shí)(這個(gè)域名在阿里CDN服務(wù)中叫做“加速域名”)，比如這個(gè)域名為“image.baidu.com”，它對應(yīng)一個(gè)CNAME，叫做“cdn.ali.com”，那么普通DNS服務(wù)器(區(qū)別CDN專用DNS服務(wù)器)在解析“image.baidu.com”時(shí)，會先解析成“cdn.ali.com”，普通DNS服務(wù)器發(fā)現(xiàn)該域名對應(yīng)的也是一個(gè)DNS服務(wù)器，那么會將域名解析工作轉(zhuǎn)交給該DNS服務(wù)器，該DNS服務(wù)器就是CDN專用DNS服務(wù)器。CDN專用DNS服務(wù)器對“cdn.ali.com”進(jìn)行解析，然后依據(jù)服務(wù)器上記錄的所有CDN服務(wù)器地址信息，選出一個(gè)離用戶最近的一個(gè)CDN服務(wù)器地址，并返回給用戶，用戶即可訪問離自己最近的一臺CDN服務(wù)器了。
補(bǔ)充：
在對域名解析時(shí)有多種類型的記錄，最常用的比如：
- A記錄：一個(gè)域名對應(yīng)一個(gè)IP地址
- CNAME：一個(gè)域名對應(yīng)另外一個(gè)域名
- NS：將子域名指定其他DNS服務(wù)器解析
總結(jié)
通過上面的文章我們可以發(fā)現(xiàn)，CDN的實(shí)現(xiàn)原理依賴于DNS，因?yàn)楸救瞬皇菍ｉT搞網(wǎng)絡(luò)的，所以文中如果有不準(zhǔn)確的地方，還請各位大佬指出。
