CDN(内容分发网络)是现代互联网架构中不可或缺的一部分,它通过分布式节点技术在全球范围内部署服务器,将网站、应用、视频、音频等静态或动态资源内容即时地分发到用户所在的最近节点,这一技术不仅提高了用户访问这些内容的速度和稳定性,降低了网络拥塞和延迟,还能减轻源站的压力,提高网络或应用的可用性和安全性。
CDN的基本原理是将源站的内容分发到离用户最近的节点上进行缓存,并通过智能路由、负载均衡等技术来保证用户能够快速、稳定地访问到所需资源,CDN将源站与用户之间的网络传输距离缩短,通过多节点并行传输,从而显著降低了网络传输的延迟和带宽消耗。
考虑以下场景:某部电视剧非常火爆,在某视频APP实现了1千万用户同时在线观看,如果大家观看的是1080p清晰度的视频(理论上需要4Mbps带宽),累计需要的流量带宽是10,000,000×4Mbps=40,000,000Mbps=40Tbps,对于优酷、爱奇艺这样的互联网视频内容提供商来说,这无疑是非常巨大的流量压力,我们普通计算机的网卡,是1Gbps的带宽,如果优酷有一台超级服务器,这台超级服务器就需要4万块网卡,而且必须百分之百跑满速度,才能够实现这1千万用户的流畅观看,对于一些实力不够的服务商,或者突发流量陡增的情况,就会造成拥塞,从而导致卡顿和延时,有这么一个说法:当用户打开一个页面,等待超过4秒,他就会关闭这个页面,也就是说,这个用户就会流失。
CDN作为一项非常有效的缩短时延的技术,能够有效解决上述问题。
CDN的原理就是采用更多的缓存服务器(CDN边缘节点),布放在用户访问相对集中的地区或网络中,当用户访问网站时,利用全局负载技术,将用户的访问指向距离最近的缓存服务器上,由缓存服务器响应用户请求(有点像电商的本地仓)。
CDN与镜像服务器的区别:
镜像服务器是源内容服务器的完整复制。
CDN是部分内容的缓存,智能程度更好,CND = 更智能的镜像 + 缓存 + 流量导流。
CDN的系统组成通常包含以下组件:
组件 | 描述 |
源服务器 (Origin Server) | 源服务器是存储网站内容的主要服务器,它存放着原始的网页、图像、视频和其他静态或动态文件,当内容发生更改时,源服务器会产生新的版本,并将其传递给 CDN。 |
边缘服务器 (Edge Server) | 边缘服务器是部署在全球各个地点的服务器节点,它们构成了 CDN 的基础架构,每个边缘服务器都存有一部分或全部的缓存内容,包括从源服务器获取到的静态文件副本,边缘服务器负责提供内容的分发和加速,向用户提供最接近的服务器节点。 |
负载均衡器 (Load Balancer) | 负载均衡器用于在多个边缘服务器之间均匀分配用户请求的流量,它根据不同算法(如轮询、最少连接等)将请求导向最优的边缘服务器,以实现负载均衡和高可用性。 |
缓存机制 | CDN 使用缓存机制来存储源服务器上的内容副本,当用户请求访问文件时,边缘服务器会尝试返回缓存中的副本,而不必每次都访问源服务器,这减少了对源服务器的负载,提高了响应速度和用户体验。 |
DNS (Domain Name System) | DNS 解析用户请求的域名并将其映射到最近的边缘服务器,CDN 使用智能 DNS 解析技术,根据用户位置和网络条件来选择最优的边缘服务器,这确保用户能够通过最快的路径获取内容。 |
内容管理系统(Content Management System) | 内容管理系统用于管理和发布网站的内容,它可以与 CDN 集成,使更新的内容能够传递到 CDN,并在边缘服务器上进行缓存。 |
CDN的访问过程依赖于DNS的重定向技术,即将用户定向至地理位置上距离其最近的边缘CDN节点服务器上,用户首先向根DNS服务器发送域名解析请求,根DNS服务器向授权DNS服务器发送域名解析请求,请求中包含了根服务器的IP地址,当域名解析服务器/根DNS服务器接受到一个CNAME类的DNS记录,域名解析服务器会重定向到CDN节点网络层中的智能CDN域名服务器上,CDN域名服务器将进行一系列的智能解析操作,根据本地DNS域名解析服务器的IP地址,分析各个网络线路的拥堵情况和负载情况,将最适合的CDN节点服务器IP地址返还给根DNS服务器,用户接受到CDN节点的IP地址后,直接向CDN节点服务器发送请求获取网站内容,具体步骤概括如下:
当用户点击APP上的内容,APP会根据URL地址去本地DNS(域名解析系统)寻求IP地址解析。
本地DNS系统会将域名的解析权交给CDN专用DNS服务器。
CDN专用DNS服务器,将CDN的全局负载均衡设备IP地址返回用户。
用户向CDN的负载均衡设备发起内容URL访问请求。
CDN负载均衡设备根据用户IP地址,以及用户请求的内容URL,选择一台用户所属区域的缓存服务器。
负载均衡设备告诉用户这台缓存服务器的IP地址,让用户向所选择的缓存服务器发起请求。
用户向缓存服务器发起请求,缓存服务器响应用户请求,将用户所需内容传送到用户终端。
如果这台缓存服务器上并没有用户想要的内容,那么这台缓存服务器就要网站的源服务器请求内容。
源服务器返回内容给缓存服务器,缓存服务器发给用户,并根据用户自定义的缓存策略,判断要不要把内容缓存到缓存服务器上。
CDN加速原理主要通过负载均衡、缓存机制、数据传输优化、动态加速技术和安全保障等方面来实现网络加速,提升用户的网络访问体验。
负载均衡:CDN通过将用户请求分发到不同的节点,避免单一节点过载,从而保证用户请求响应速度。
缓存机制:CDN将静态资源缓存在靠近用户的节点上,当用户请求这些资源时,可直接从缓存中获取,避免了从源站获取资源的耗时。
数据传输优化:CDN采用自动智能路由技术,选择最优的传输路径,避免网络拥塞,从而优化数据传输过程。
动态加速技术:CDN可以使用动态加速技术,对动态内容进行加速,例如应用程序、交互式内容和数据库查询等。
安全保障:CDN可以提供一些常用的安全防护机制,如DDoS攻击防护、源站防护等,保障网站的安全。
静态加速是指对网页中的静态资源(包括html文件、CSS文件、js文件、图片、flash动画等)进行CDN节点缓存,使得用户在访问网页中的静态资源时,调取CDN边缘节点缓存;在访问网页中的动态资源如asp、php、jsp等时从源站中调取,从而实现“动静分离”,达到加速的目的。“动静分离”的好处在于用户访问网站时,静态资源直接从离自己最近的CDN节点缓存中获取(具体架构见使用CDN后的访问),减少用户访问静态资源的时间,同时又降低源站服务器的带宽压力、静态资源访问压力。
动态加速是通过CDN众多节点找到一条最快的路由,去源站点取数据从而达到对动态网站加速,再配合数据压缩技术,可以将动态网站的访问速度提高10倍甚至100倍,动态网站的页面内容一般是由静态图片和动态文本混合组成,而静态图片将会被缓存到CDN节点的硬盘上,也能提高动态网站的访问速度。
CDN是一种强大的技术工具,它通过智能地缓存和分发内容,极大地提升了用户的访问速度和体验,无论是静态资源还是动态内容,CDN都能提供有效的加速方案,帮助网站和应用应对高并发访问和大流量挑战,随着互联网技术的不断发展,CDN将继续在提升网络性能和用户体验方面发挥重要作用。