CDN百科第七期 | 關(guān)于CDN的原理、術(shù)語(yǔ)和應(yīng)用場(chǎng)景那些事

時(shí)間：2023-02-20 14:38:01 | 來(lái)源：建站知識(shí)

時(shí)間：2023-02-20 14:38:01 來(lái)源：建站知識(shí)

CDN百科第七期 | 關(guān)于CDN的原理、術(shù)語(yǔ)和應(yīng)用場(chǎng)景那些事：

簡(jiǎn)介：關(guān)于CDN，想必你一定看過(guò)很多官方的解釋。今天，CDN百科第七期，將用一篇3844字的文章，來(lái)帶你了解CDN的誕生、術(shù)語(yǔ)、原理、特征以及應(yīng)用場(chǎng)景，看完這篇文章，相信你將會(huì)對(duì)CDN這項(xiàng)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施有更加透徹的了解。

關(guān)于CDN，想必你一定看過(guò)很多官方的解釋。今天，CDN百科第七期，將用一篇3844字的文章，來(lái)帶你了解CDN的誕生、術(shù)語(yǔ)、原理、特征以及應(yīng)用場(chǎng)景，看完這篇文章，相信你將會(huì)對(duì)CDN這項(xiàng)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施有更加透徹的了解。

CDN的全稱是Content Delivery Network，即內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)。它是構(gòu)建在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)之上的智能虛擬網(wǎng)絡(luò)，依靠部署在各地的邊緣服務(wù)器，通過(guò)中心平臺(tái)的負(fù)載均衡、內(nèi)容分發(fā)、調(diào)度等功能模塊，使用戶就近獲取所需內(nèi)容，降低網(wǎng)絡(luò)擁塞，提高用戶訪問(wèn)響應(yīng)速度和命中率。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，CDN就是為了網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容訪問(wèn)速度“更快“而生的。那么如今的網(wǎng)絡(luò)本身四通八達(dá)，為什么還需要CDN呢？

一、為什么需要CDN？

舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子，假設(shè)我們忽略網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膿p耗、設(shè)備延時(shí)，網(wǎng)絡(luò)傳輸速度接近光速，是30萬(wàn)公里每秒，從東京到美國(guó)硅谷的距離大概為1萬(wàn)公里，也就是說(shuō)，如果你的服務(wù)器在東京，你上傳了一張很小的圖片，美國(guó)用戶訪問(wèn)至少需要60毫秒。而且，這只是理論數(shù)據(jù)，現(xiàn)實(shí)世界中，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境是十分復(fù)雜的，跨地域、跨運(yùn)營(yíng)商、網(wǎng)絡(luò)擁塞、抖動(dòng)等問(wèn)題，都會(huì)積少成多，使得延時(shí)成倍增加，還有可能訪問(wèn)失敗，最終影響訪問(wèn)體驗(yàn)。

CDN的出現(xiàn)，正是為了解決這個(gè)問(wèn)題。我們將這張圖片分發(fā)并緩存在美國(guó)的CDN節(jié)點(diǎn)之上，美國(guó)用戶就無(wú)需從東京獲取數(shù)據(jù)，直接從就近的美國(guó)本地CDN節(jié)點(diǎn)獲取到圖片，這大大節(jié)省了傳輸時(shí)間，提升訪問(wèn)效率。CDN的節(jié)點(diǎn)通常會(huì)遍布全球，源站的文件會(huì)被被緩存到世界各地，這樣全球用戶都可以實(shí)現(xiàn)快速訪問(wèn)。

它有點(diǎn)像分布于各地的倉(cāng)儲(chǔ)物流點(diǎn)，很多品牌會(huì)預(yù)先在倉(cāng)儲(chǔ)物流點(diǎn)儲(chǔ)備一些爆款商品（靜態(tài)文件使用CDN進(jìn)行緩存），當(dāng)用戶從電商平臺(tái)下單購(gòu)買(mǎi)貨物的時(shí)候（用戶發(fā)起請(qǐng)求），平臺(tái)根據(jù)用戶的收獲地址就近匹配到最近的倉(cāng)儲(chǔ)物流點(diǎn)并直接進(jìn)行派貨（就近分發(fā)），讓用戶以最快的速度拿到快遞包裹（分發(fā)的內(nèi)容）。我們可以用實(shí)際的生活經(jīng)驗(yàn)來(lái)做個(gè)對(duì)比，如果從江浙滬包郵區(qū)寄給杭州的用戶，一般第二天就能到，如果是從北京、深圳發(fā)貨，一般需要2-3天！

這就是CDN的緣起。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，它就是一個(gè)分布式的緩存服務(wù)器，主要作用就是盡可能減少資源在轉(zhuǎn)發(fā)、傳輸、鏈路抖動(dòng)等情況下的時(shí)延，保障信息的連貫與極速。當(dāng)下，我們生活在互聯(lián)網(wǎng)世界，視頻和直播在數(shù)據(jù)上有巨大的吞吐量，CDN扮演著護(hù)航者和加速者的角色，更快速、穩(wěn)定地將信息觸達(dá)每一個(gè)用戶。

二、CDN的工作原理

下面，我們來(lái)進(jìn)一步了解下CDN的工作原理。首先，關(guān)于CDN的那些名詞，需要掃個(gè)盲
Origin Server源站：做 CDN 之前的客戶真正的服務(wù)器。
User：訪問(wèn)者，也就是要訪問(wèn)網(wǎng)站的網(wǎng)民。
Last Mile：最后一公里，也就是網(wǎng)民到他所訪問(wèn)到的 CDN 服務(wù)器之間的路徑。
域名：域名是Internet網(wǎng)絡(luò)上的一個(gè)服務(wù)器或一個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的名字，全世界，沒(méi)有重復(fù)的域名。
CNAME記錄：它是一個(gè)別名記錄( Canonical Name )；當(dāng) DNS 系統(tǒng)在查詢 CNAME 左面的名稱的時(shí)候，都會(huì)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(huì)做出回應(yīng)，否則失敗。
CNAME域名：CDN的域名加速需要用到CNAME記錄，在阿里云控制臺(tái)配置完成CDN加速后，您會(huì)得到一個(gè)加速后的域名，稱之為CNAME域名（該域名一定是.http://kunlun.com）， 用戶需要將自己的域名作CNAME指向這個(gè).http://kunlun.com的域名后，域名解析的工作就正式轉(zhuǎn)向阿里云，該域名所有的請(qǐng)求都將轉(zhuǎn)向阿里云CDN的節(jié)點(diǎn)。
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(shí)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(duì)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(mén)的域名解析服務(wù)器來(lái)完成，整個(gè)過(guò)程是自動(dòng)進(jìn)行的。比如：上網(wǎng)時(shí)輸入的http://www.baidu.com會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)換成為220.181.112.143
邊緣節(jié)點(diǎn)：也稱CDN節(jié)點(diǎn)、Cache節(jié)點(diǎn)等；是相對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)而提出的一個(gè)概念，指距離最終用戶接入具有較少的中間環(huán)節(jié)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，對(duì)最終接入用戶有較好的響應(yīng)能力和連接速度。其作用是將訪問(wèn)量較大的網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容和對(duì)象保存在服務(wù)器前端的專用cache設(shè)備上，以此來(lái)提高網(wǎng)站訪問(wèn)的速度和質(zhì)量。
Cache：cache高速緩沖存儲(chǔ)器一種特殊的存儲(chǔ)器子系統(tǒng)，其中復(fù)制了頻繁使用的數(shù)據(jù)以利于快速訪問(wèn)。存儲(chǔ)器的高速緩沖存儲(chǔ)器存儲(chǔ)了頻繁訪問(wèn)的RAM位置的內(nèi)容及這些數(shù)據(jù)項(xiàng)的存儲(chǔ)地址。當(dāng)處理器引用存儲(chǔ)器中的某地址時(shí)，高速緩沖存儲(chǔ)器便檢查是否存有該地址。如果存有該地址，則將數(shù)據(jù)返回處理器;如果沒(méi)有保存該地址，則進(jìn)行常規(guī)的存儲(chǔ)器訪問(wèn)。因?yàn)楦咚倬彌_存儲(chǔ)器總是比主RAM存儲(chǔ)器速度快，所以當(dāng)RAM的訪問(wèn)速度低于微處理器的速度時(shí)，常使用高速緩沖存儲(chǔ)器。

接下來(lái)是CDN的工作原理，最簡(jiǎn)單的CDN網(wǎng)絡(luò)由一個(gè)DNS服務(wù)器和幾臺(tái)緩存服務(wù)器組成，如下圖所示：

①當(dāng)用戶點(diǎn)擊網(wǎng)站頁(yè)面上的內(nèi)容URL，經(jīng)過(guò)本地DNS系統(tǒng)解析，DNS系統(tǒng)會(huì)最終將域名的解析權(quán)交給CNAME指向的CDN專用DNS服務(wù)器。
②CDN的DNS服務(wù)器將CDN的全局負(fù)載均衡設(shè)備IP地址返回用戶。
③用戶向CDN的全局負(fù)載均衡設(shè)備發(fā)起內(nèi)容URL訪問(wèn)請(qǐng)求。
④CDN全局負(fù)載均衡設(shè)備根據(jù)用戶IP地址，以及用戶請(qǐng)求的內(nèi)容URL，選擇一臺(tái)用戶所屬區(qū)域的區(qū)域負(fù)載均衡設(shè)備，告訴用戶向這臺(tái)設(shè)備發(fā)起請(qǐng)求。
⑤區(qū)域負(fù)載均衡設(shè)備會(huì)為用戶選擇一臺(tái)合適的緩存服務(wù)器提供服務(wù)，選擇的依據(jù)包括：根據(jù)用戶IP地址，判斷哪一臺(tái)服務(wù)器距用戶最近；根據(jù)用戶所請(qǐng)求的URL中攜帶的內(nèi)容名稱，判斷哪一臺(tái)服務(wù)器上有用戶所需內(nèi)容；查詢各個(gè)服務(wù)器當(dāng)前的負(fù)載情況，判斷哪一臺(tái)服務(wù)器尚有服務(wù)能力?；谝陨线@些條件的綜合分析之后，區(qū)域負(fù)載均衡設(shè)備會(huì)向全局負(fù)載均衡設(shè)備返回一臺(tái)緩存服務(wù)器的IP地址。
⑥全局負(fù)載均衡設(shè)備把服務(wù)器的IP地址返回給用戶。
⑦用戶向緩存服務(wù)器發(fā)起請(qǐng)求，緩存服務(wù)器響應(yīng)用戶請(qǐng)求，將用戶所需內(nèi)容傳送到用戶終端。如果這臺(tái)緩存服務(wù)器上并沒(méi)有用戶想要的內(nèi)容，而區(qū)域均衡設(shè)備依然將它分配給了用戶，那么這臺(tái)服務(wù)器就要向它的上一級(jí)緩存服務(wù)器請(qǐng)求內(nèi)容，直至追溯到網(wǎng)站的源服務(wù)器將內(nèi)容拉到本地。

三、CDN的關(guān)鍵技術(shù)組件

看似復(fù)雜龐大的CDN系統(tǒng)，其中有幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)組件：調(diào)度、緩存和安全。
1、 調(diào)度是 CDN 中的重中之重，流量接入、流量牽引、選擇合適的 CDN 節(jié)點(diǎn)服務(wù)器等工作，都是在調(diào)度環(huán)節(jié)完成的。具體調(diào)度的解釋，可以參考阿里云高級(jí)技術(shù)專家白金撰寫(xiě)的《CDN 之我見(jiàn)》系列一：原理篇（由來(lái)、調(diào)度）

2、 緩存也叫 Cache，是 CDN 領(lǐng)域最重要的一個(gè)組成部分，對(duì)于靜態(tài)內(nèi)容分發(fā)，大至視頻點(diǎn)播、文件下載，小至 html 頁(yè)面、jpg/gif/png 圖片、css/js 等，都可以緩存到本地，最終用戶（網(wǎng)民）訪問(wèn)時(shí)，不必回到原始服務(wù)器拿取數(shù)據(jù)，從而節(jié)省了時(shí)間、降低了源站服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)帶寬支出和負(fù)載。對(duì)于 CDN 來(lái)說(shuō)，每臺(tái) Cache 機(jī)器每天的請(qǐng)求量是十分驚人的，磁盤(pán)上所存儲(chǔ)的內(nèi)容量也多得可怕，十幾塊 TB 級(jí)的硬盤(pán)被塞滿數(shù)據(jù)也是很正常的事情，因此當(dāng)一個(gè)請(qǐng)求到來(lái)時(shí)，能迅速檢索出磁盤(pán)上的文件并讀取、吐給最終用戶成了一件很重要的事情。具體的緩存，可以參考阿里云高級(jí)技術(shù)專家白金撰寫(xiě)的《CDN 之我見(jiàn)》系列二：原理篇（緩存、安全）

3、 針對(duì)各類網(wǎng)絡(luò)攻擊，比如帶寬飽和攻擊、反射攻擊等蠻力型攻擊，還有XSS跨站、SQL注入、漏洞利用等技巧型攻擊，CDN可以從隱藏源站、分布式架構(gòu)、安全防護(hù)三個(gè)層面進(jìn)行安全防護(hù)。首先，當(dāng)網(wǎng)站接入CDN后，源站信息會(huì)被隔離，攻擊者就無(wú)法直接對(duì)源站進(jìn)行直接攻擊，其次，CDN天然分布式架構(gòu)可以當(dāng)某些節(jié)點(diǎn)被攻擊的時(shí)候，很快察覺(jué)異常并智能調(diào)度至正常節(jié)點(diǎn)，確保業(yè)務(wù)穩(wěn)定，再次，對(duì)于技巧性攻擊，在CDN邊緣節(jié)點(diǎn)前置安全防護(hù)能力，與中心聯(lián)動(dòng)形成更完整、更貼近邊緣的防護(hù)策略，有利于安全隱患的攔截。

四、CDN可以應(yīng)用在哪些場(chǎng)景？

1、網(wǎng)站與應(yīng)用加速

網(wǎng)站或者應(yīng)用中大量靜態(tài)資源的加速分發(fā)，如各類型圖片、html、css、js文件等，可以通過(guò)CDN緩存到邊緣節(jié)點(diǎn)上，當(dāng)用戶訪問(wèn)即可就近獲取。網(wǎng)站內(nèi)容也存在相當(dāng)一部分動(dòng)態(tài)內(nèi)容，比如電子商務(wù)、游戲和企業(yè)應(yīng)用類網(wǎng)站，會(huì)存在很多如.aspx、.asp、.jsp、.php等為后綴的動(dòng)態(tài)請(qǐng)求加速。通常緩存對(duì)靜態(tài)內(nèi)容支持得較好，而當(dāng)面臨動(dòng)態(tài)內(nèi)容請(qǐng)求的時(shí)候，一般會(huì)回源，源站再將內(nèi)容傳節(jié)點(diǎn)，進(jìn)而傳給用戶，傳輸鏈路步驟增多，這勢(shì)必會(huì)影響傳輸質(zhì)量與效率。所以針對(duì)動(dòng)態(tài)內(nèi)容，CDN也提出了新的加速方法，就是利用智能選路、傳輸協(xié)議優(yōu)化等算法尋找最快的傳輸路徑，自動(dòng)躲避擁堵和不穩(wěn)定線路，以此來(lái)提升回源效率，實(shí)現(xiàn)動(dòng)、靜混合網(wǎng)站的加速效果保障。

2、視頻、大文件下載分發(fā)加速

CDN可以針對(duì)各類文件、在線點(diǎn)播視頻提供下載、分發(fā)加速，比如mp4、flv視頻文件或者單個(gè)文件大小在20M以上的安裝包等文件，CDN可以搭配對(duì)象存儲(chǔ)OSS使用，提升回源速度，節(jié)約近2/3回源帶寬成本。

3、直播加速

在體育或者游戲賽事直播中，通常成千上萬(wàn)的用戶瞬間涌入，直播平臺(tái)要承擔(dān)高并發(fā)訪問(wèn)，一旦帶寬不足，用戶的觀看就會(huì)產(chǎn)生卡頓、延時(shí)、評(píng)論刷不出來(lái)、連麥不成功，甚至最后直播直接癱瘓，用戶無(wú)法觀看。CDN結(jié)合彈性伸縮服務(wù)，及時(shí)調(diào)整服務(wù)器帶寬，應(yīng)對(duì)突發(fā)訪問(wèn)流量?？梢詾橹辈シ职l(fā)提供流暢的播放下行鏈路，借助負(fù)載均衡系統(tǒng)將將主播端采集的音視頻數(shù)據(jù)推送到接近用戶的數(shù)千個(gè)邊緣節(jié)點(diǎn)，當(dāng)觀眾端發(fā)起請(qǐng)求，就可以就近取得資源，減少網(wǎng)絡(luò)抖動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)，增加直播鏈路穩(wěn)定性和流暢性。

4、移動(dòng)應(yīng)用加速

CDN可以為移動(dòng)APP更新文件（apk文件）分發(fā)，移動(dòng)APP內(nèi)圖片、頁(yè)面、短視頻、UGC等內(nèi)容的優(yōu)化提供加速分發(fā)效果。提供httpDNS服務(wù)，避免DNS劫持并獲得實(shí)時(shí)精確的DNS解析結(jié)果，有效縮短用戶訪問(wèn)時(shí)間，提升用戶體驗(yàn)。

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