Content Delivery Network CDN 加速原理 & 实现原理

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摘要:

CDN是构建在网络之上的内容分发网络,依靠部署在各地的边缘服务器,通过中心平台的负载均衡、内容分发、调度等功能模块,使用户就近获取所需内容,降低网络拥塞,提高用户访问响应速度和命中率。

CDN的全称是Content Delivery Network,即内容分发网络。其基本思路是尽可能避开互联网上有可能影响数据传输速度和稳定性的瓶颈和环节,使内容传输的更快、更稳定。通过在网络各处放置节点服务器所构成的在现有的互联网基础之上的一层智能虚拟网络,CDN系统能够实时地根据网络流量和各节点的连接、负载状况以及到用户的距离和响应时间等综合信息将用户的请求重新导向离用户最近的服务节点上。其目的是使用户可就近取得所需内容,解决 Internet网络拥挤的状况,提高用户访问网站的响应速度。


CDN的基本原理是广泛采用各种缓存服务器,将这些缓存服务器分布到用户访问相对集中的地区或网络中,在用户访问网站时,利用全局负载技术将用户的访问指向距离最近的工作正常的缓存服务器上,由缓存服务器直接响应用户请求。


CDN需要考虑两个方面的内容存储问题,一个是内容源的集中存储,另一个是内容在Cache节点中的分布式存储。由于内容的规模比较大,内容的吞吐量较大,因此,通常采用海量存储架构。目前常用的存储技术主要有直连附加存储(DAS)、网络附加存储(NAS)和存储区域网(SAN)。


CDN的关键技术主要有内容存储和分发技术。


用户访问网站的过程为:

用户提交域名→浏览器对域名进行解释→得到目的主机的IP地址→根据IP地址访问发出请求→得到请求数据并回复

1、用户向浏览器提供要访问的域名;

2、浏览器调用域名解析函数库对域名进行解析,以得到此域名对应的IP地址;

3、浏览器使用所得到的IP地址,向域名的服务主机发出数据访问请求;

4、浏览器根据域名主机返回的数据显示网页的内容。


使用CDN缓存后的网站的过程:

1、用户向浏览器提供要访问的域名;

2、浏览器调用域名解析库对域名进行解析,由于CDN对域名解析过程进行了调整,所以解析函数库一般得到的是该域名对应的CNAME记录,为了得到实际IP地址,浏览器需要再次对获得的CNAME域名进行解析以得到实际的IP地址;在此过程中,使用的全局负载均衡DNS解析,如根据地理位置信息解析对应的IP地址,使得用户能就近访问。

3、此次解析得到CDN缓存服务器的IP地址,浏览器在得到实际的IP地址以后,向缓存服务器发出访问请求;

4、缓存服务器根据浏览器提供的要访问的域名,通过Cache内部专用DNS解析得到此域名的实际IP地址,再由缓存服务器向此实际IP地址提交访问请求;

5、缓存服务器从实际IP地址得得到内容以后,一方面在本地进行保存,以备以后使用,另一方面把获取的数据返回给客户端,完成数据服务过程;

6、客户端得到由缓存服务器返回的数据以后显示出来并完成整个浏览的数据请求过程。

CND流程图.png


CDN网络实现的具体操作过程:

1、作为ICP,只需要把域名解释权交给CDN运营商,其他方面不需要进行任何的修改;操作时,ICP修改自己域名的解析记录,一般用cname方式指向CDN网络Cache服务器的地址。

2、作为CDN运营商,首先需要为ICP的域名提供公开的解析,为了实现sortlist,一般是把ICP的域名解释结果指向一个CNAME记录;

3、当需要进行sortlist时,CDN运营商可以利用DNS对CNAME指向的域名解析过程进行特殊处理,使DNS服务器在接收到客户端请求时可以根据客户端的IP地址,返回相同域名的不同IP地址;

4、由于从cname获得的IP地址,并且带有hostname信息,请求到达Cache之后,Cache必须知道源服务器的IP地址,所以在CDN运营商内部维护一个内部DNS服务器,用于解释用户所访问的域名的真实IP地址;

5、在维护内部DNS服务器时,还需要维护一台授权服务器,控制哪些域名可以进行缓存,而哪些又不进行缓存,以免发生开放代理的情况。


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