CDN 加速原理

一、什么是 CDN

CDN 的全称是(Content Delivery Network)，即内容分发网络。其目的是通过在现有的Internet中增加一层新的CACHE(缓存)层，将网站的内容发布到最接近用户的网络”边缘“的节点，使用户可以就近取得所需的内容，提高用户访问网站的响应速度。从技术上全面解决由于网络带宽小、用户访问量大、网点分布不均等原因，提高用户访问网站的响应速度。

简单的说，CDN 的工作原理就是将您源站的资源缓存到位于全球各地的 CDN 节点上，用户请求资源时，就近返回节点上缓存的资源，而不需要每个用户的请求都回您的源站获取，避免网络拥塞、缓解源站压力，保证用户访问资源的速度和体验。

CDN 对网络的优化作用主要体现在如下几个方面

• 解决服务器端的“第一公里”问题
• 缓解甚至消除了不同运营商之间互联的瓶颈造成的影响
• 减轻了各省的出口带宽压力
• 缓解了骨干网的压力
• 优化了网上热点内容的分布

二、CDN工作原理

传统访问过程

由上图可见，用户访问未使用CDN缓存网站的过程为：

• 用户输入访问的域名，操作系统向 LocalDns 查询域名的 ip 地址
• LocalDns向 ROOT DNS 查询域名的授权服务器（这里假设LocalDns缓存过期）
• ROOT DNS将域名授权 dns记录回应给 LocalDns
• LocalDns 得到域名的授权 dns 记录后,继续向域名授权 dns 查询域名的 ip 地址
• 域名授权 dns 查询域名记录后，回应给 LocalDns
• LocalDns 将得到的域名ip地址，回应给 用户端
• 用户得到域名 ip 地址后，访问站点服务器
• 站点服务器应答请求，将内容返回给客户端

CDN 访问过程

通过上图，我们可以了解到，使用了CDN缓存后的网站的访问过程变为：

• 用户输入访问的域名,操作系统向 LocalDns 查询域名的ip地址.
• LocalDns向 ROOT DNS 查询域名的授权服务器（这里假设LocalDns缓存过期）
• ROOT DNS将域名授权dns记录回应给 LocalDns
• LocalDns得到域名的授权dns记录后,继续向域名授权dns查询域名的ip地址
• 域名授权dns 查询域名记录后（一般是CNAME），回应给 LocalDns
• LocalDns 得到域名记录后，向智能调度DNS查询域名的ip地址
• 智能调度DNS 根据一定的算法和策略（比如静态拓扑，容量等），将最适合的CDN节点ip地址回应给 LocalDns
• LocalDns 将得到的域名ip地址，回应给 用户端
• 用户得到域名ip地址后，访问站点服务器
• CDN 节点服务器应答请求，将内容返回给客户端。（缓存服务器一方面在本地进行保存，以备以后使用，二方面把获取的数据返回给客户端，完成数据服务过程）

通过以上的分析我们可以得到，为了实现对普通用户透明（使用缓存后用户客户端无需进行任何设置）访问，需要使用 DNS（域名解析）来引导用户来访问 Cache 服务器，以实现透明的加速服务。由于用户访问网站的第一步就是域名解析，所以通过修改dns来引导用户访问是最简单有效的方式。

CDN网络的组成要素

对于普通的 Internet 用户，每个 CDN 节点就相当于一个放置在它周围的网站服务器。

通过对 DNS 的接管，用户的请求被透明地指向离他最近的节点，节点中 CDN 服务器会像网站的原始服务器一样，响应用户的请求。 由于它离用户更近，因而响应时间必然更快。

从上面图中虚线圈起来的那块，就是 CDN 层，这层是位于用户端和站点服务器之间。
智能调度 DNS（比如 f5 的 3DNS）

• 智能调度DNS是CDN服务中的关键系统.当用户访问加入CDN服务的网站时，域名解析请求将最终由 “智能调度DNS”负责处理。
• 它通过一组预先定义好的策略，将当时最接近用户的节点地址提供给用户，使用户可以得到快速的服务。
• 同时它需要与分布在各地的CDN节点保持通信，跟踪各节点的健康状态、容量等信息，确保将用户的请求分配到就近可用的节点上.

缓存功能服务

• 负载均衡设备(如lvs,F5的BIG/IP)
• 内容Cache服务器(如squid）
• 共享存储

三、名词解释

CNAME记录（CNAME record）

CNAME即别名( Canonical Name )；可以用来把一个域名解析到另一个域名，当 DNS 系统在查询 CNAME 左面的名称的时候，都会转向 CNAME 右面的名称再进行查询，一直追踪到最后的 PTR 或 A 名称，成功查询后才会做出回应，否则失败。

例如，你有一台服务器上存放了很多资料，你使用docs.example.com去访问这些资源，但又希望通过documents.example.com也能访问到这些资源，那么你就可以在您的DNS解析服务商添加一条CNAME记录，将documents.example.com指向docs.example.com，添加该条CNAME记录后，所有访问documents.example.com的请求都会被转到docs.example.com，获得相同的内容。

CNAME域名

接入CDN时，在CDN提供商控制台添加完加速域名后，您会得到一个CDN给您分配的CNAME域名， 您需要在您的DNS解析服务商添加CNAME记录，将自己的加速域名指向这个CNAME域名，这样该域名所有的请求才会都将转向CDN的节点，达到加速效果。

DNS

DNS 即 Domain Name System，是域名解析服务的意思。它在互联网的作用是：把域名转换成为网络可以识别的 IP 地址。人们习惯记忆域名，但机器间互相只认IP地址，域名与IP地址之间是一一对应的，它们之间的转换工作称为域名解析，域名解析需要由专门的域名解析服务器来完成，整个过程是自动进行的。比如：上网时输入的www.baidu.com 会自动转换成为 220.181.112.143。

常见的DNS解析服务商有：阿里云解析，万网解析，DNSPod，新网解析，Route53（AWS），Dyn，Cloudflare等。

回源 host

回源host：回源 host 决定回源请求访问到源站上的具体某个站点。

例子1：源站是域名源站为www.a.com，回源host为www.b.com,那么实际回源是请求到`www.a.com解析到的IP,对应的主机上的站点www.b.com

例子2：源站是IP源站为1.1.1.1, 回源host为www.b.com,那么实际回源的是1.1.1.1对应的主机上的站点www.b.com

协议回源

指回源时使用的协议和客户端访问资源时的协议保持一致，即如果客户端使用 HTTPS 方式请求资源，当CDN节点上未缓存该资源时，节点会使用相同的 HTTPS 方式回源获取资源；同理如果客户端使用 HTTP 协议的请求，CDN节点回源时也使用HTTP协议。