前端必會：CDN加速原理
一、什么是 CDN
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CACHE(緩存)層，將網(wǎng)站的內(nèi)容發(fā)布到最接近用戶的網(wǎng)絡(luò)”邊緣“的節(jié)點，使用戶可以就近取得所需的內(nèi)容，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)點分布不均等原因，提高用戶訪問網(wǎng)站的響應(yīng)速度。
簡單的說，CDN的工作原理就是將您源站的資源緩存到位于全球各地的CDN節(jié)點上，用戶請求資源時，就近返回節(jié)點上緩存的資源，而不需要每個用戶的請求都回您的源站獲取，避免網(wǎng)絡(luò)擁塞、緩解源站壓力，保證用戶訪問資源的速度和體驗
CDN節(jié)點
CDN對網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化作用主要體現(xiàn)在如下幾個方面
- 解決服務(wù)器端的“第一公里”問題
- 緩解甚至消除了不同運營商之間互聯(lián)的瓶頸造成的影響
- 減輕了各省的出口帶寬壓力
- 緩解了骨干網(wǎng)的壓力
- 優(yōu)化了網(wǎng)上熱點內(nèi)容的分布
二、CDN工作原理
傳統(tǒng)訪問過程
傳統(tǒng)訪問過程
由上圖可見，用戶訪問未使用CDN緩存網(wǎng)站的過程為:
1.用戶輸入訪問的域名,操作系統(tǒng)向 LocalDns 查詢域名的ip地址.
2.LocalDns向 ROOT DNS 查詢域名的授權(quán)服務(wù)器(這里假設(shè)LocalDns緩存過期)
3.ROOT DNS將域名授權(quán)dns記錄回應(yīng)給 LocalDns
4.LocalDns得到域名的授權(quán)dns記錄后,繼續(xù)向域名授權(quán)dns查詢域名的ip地址
5.域名授權(quán)dns 查詢域名記錄后，回應(yīng)給 LocalDns
6.LocalDns 將得到的域名ip地址，回應(yīng)給 用戶端
7.用戶得到域名ip地址后，訪問站點服務(wù)器
8.站點服務(wù)器應(yīng)答請求，將內(nèi)容返回給客戶端.
CDN訪問過程
CDN訪問過程
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>
1.用戶輸入訪問的域名,操作系統(tǒng)向 LocalDns 查詢域名的ip地址.
2.LocalDns向 ROOT DNS 查詢域名的授權(quán)服務(wù)器(這里假設(shè)LocalDns緩存過期)
3.ROOT DNS將域名授權(quán)dns記錄回應(yīng)給 LocalDns
4.LocalDns得到域名的授權(quán)dns記錄后,繼續(xù)向域名授權(quán)dns查詢域名的ip地址
5.域名授權(quán)dns 查詢域名記錄后(一般是CNAME)，回應(yīng)給 LocalDns
6.LocalDns 得到域名記錄后,向智能調(diào)度DNS查詢域名的ip地址
7.智能調(diào)度DNS 根據(jù)一定的算法和策略(比如靜態(tài)拓?fù)洌萘康?,將最適合的CDN節(jié)點ip地址回應(yīng)給 LocalDns
8.LocalDns 將得到的域名ip地址，回應(yīng)給 用戶端
9.用戶得到域名ip地址后，訪問站點服務(wù)器
10.CDN節(jié)點服務(wù)器應(yīng)答請求，將內(nèi)容返回給客戶端.(緩存服務(wù)器一方面在本地進(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)
通過以上的分析我們可以得到，為了實現(xiàn)對普通用戶透明(使用緩存后用戶客戶端無需進(jìn)行任何設(shè)置)訪問，需要使用DNS(域名解析)來引導(dǎo)用戶來訪問Cache服務(wù)器，以實現(xiàn)透明的加速服務(wù). 由于用戶訪問網(wǎng)站的第一步就是域名解析,所以通過修改dns來引導(dǎo)用戶訪問是最簡單有效的方式.
CDN網(wǎng)絡(luò)的組成要素
對于普通的Internet用戶，每個CDN節(jié)點就相當(dāng)于一個放置在它周圍的網(wǎng)站服務(wù)器. 通過對dns的接管，用戶的請求被透明地指向離他最近的節(jié)點，節(jié)點中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.
從上面圖中 虛線圈起來的那塊，就是CDN層,這層是位于 用戶端 和 站點服務(wù)器 之間.
- 智能調(diào)度DNS(比如f5的3DNS)
智能調(diào)度DNS是CDN服務(wù)中的關(guān)鍵系統(tǒng).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由 “智能調(diào)度DNS”負(fù)責(zé)處理。它通過一組預(yù)先定義好的策略，將當(dāng)時最接近用戶的節(jié)點地址提供給用戶，使用戶可以得到快速的服務(wù)。同時它需要與分布在各地的CDN節(jié)點保持通信，跟蹤各節(jié)點的健康狀態(tài)、容量等信息，確保將用戶的請求分配到就近可用的節(jié)點上.
- 緩存功能服務(wù)
負(fù)載均衡設(shè)備(如lvs,F5的BIG/IP)
內(nèi)容Cache服務(wù)器(如squid)
共享存儲
三、名詞解釋
CNAME記錄(CNAME record)
CNAME即別名( Canonical Name );可以用來把一個域名解析到另一個域名，當(dāng) DNS 系統(tǒng)在查詢 CNAME 左面的名稱的時候，都會轉(zhuǎn)向 CNAME 右面的名稱再進(jìn)行查詢，一直追蹤到最后的 PTR 或 A 名稱，成功查詢后才會做出回應(yīng)，否則失敗。
例如，你有一臺服務(wù)器上存放了很多資料，你使用docs.example.com去訪問這些資源，但又希望通過documents.example.com也能訪問到這些資源，那么你就可以在您的DNS解析服務(wù)商添加一條CNAME記錄，將documents.example.com指向docs.example.com，添加該條CNAME記錄后，所有訪問documents.example.com的請求都會被轉(zhuǎn)到docs.example.com，獲得相同的內(nèi)容。
CNAME域名
接入CDN時，在CDN提供商控制臺添加完加速域名后，您會得到一個CDN給您分配的CNAME域名， 您需要在您的DNS解析服務(wù)商添加CNAME記錄，將自己的加速域名指向這個CNAME域名，這樣該域名所有的請求才會都將轉(zhuǎn)向CDN的節(jié)點，達(dá)到加速效果。
DNS
DNS即Domain Name System，是域名解析服務(wù)的意思。它在互聯(lián)網(wǎng)的作用是：把域名轉(zhuǎn)換成為網(wǎng)絡(luò)可以識別的ip地址。人們習(xí)慣記憶域名，但機(jī)器間互相只認(rèn)IP地址，域名與IP地址之間是一一對應(yīng)的，它們之間的轉(zhuǎn)換工作稱為域名解析，域名解析需要由專門的域名解析服務(wù)器來完成，整個過程是自動進(jìn)行的。比如：上網(wǎng)時輸入的www.baidu.com會自動轉(zhuǎn)換成為220.181.112.143。
常見的DNS解析服務(wù)商有：阿里云解析，萬網(wǎng)解析，DNSPod，新網(wǎng)解析，Route53(AWS)，Dyn，Cloudflare等。
回源host
回源host：回源host決定回源請求訪問到源站上的具體某個站點。
例子1：源站是域名源站為www.a.com,回源host為www.b.com,那么實際回源是請求到www.a.com解析到的IP,對應(yīng)的主機(jī)上的站點www.b.com
例子2：源站是IP源站為1.1.1.1, 回源host為www.b.com,那么實際回源的是1.1.1.1對應(yīng)的主機(jī)上的站點www.b.com
協(xié)議回源
指回源時使用的協(xié)議和客戶端訪問資源時的協(xié)議保持一致，即如果客戶端使用 HTTPS 方式請求資源，當(dāng)CDN節(jié)點上未緩存該資源時，節(jié)點會使用相同的 HTTPS 方式回源獲取資源;同理如果客戶端使用 HTTP 協(xié)議的請求，CDN節(jié)點回源時也使用HTTP協(xié)議。
作者：Kandy
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來源：簡書
