本想自己寫這個主題的文章唱逢，但網(wǎng)上已經(jīng)有人寫了一篇非常好的文章，覺得難以望其項背谷饿。就沒有必要再寫惶我，直接轉(zhuǎn)載如下：
在不同地域的用戶訪問網(wǎng)站的響應速度存在差異,為了提高用戶訪問的響應速度、優(yōu)化現(xiàn)有Internet中信息的流動,需要在用戶和服務器間加入中間層CDN. 使用戶能以最快的速度博投，從最接近用戶的地方獲得所需的信息绸贡，徹底解決網(wǎng)絡擁塞，提高響應速度毅哗，是目前大型網(wǎng)站使用的流行的應用方案.
1. CDN 概述
CDN的全稱是Content Delivery Network听怕，即內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡。其目的是通過在現(xiàn)有的Internet中增加一層新的CACHE(緩存)層虑绵，將網(wǎng)站的內(nèi)容發(fā)布到最接近用戶的網(wǎng)絡”邊緣“的節(jié)點尿瞭，使用戶可以就近取得所需的內(nèi)容，提高用戶訪問網(wǎng)站的響應速度翅睛。從技術上全面解決由于網(wǎng)絡帶寬小声搁、用戶訪問量大、網(wǎng)點分布不均等原因捕发，提高用戶訪問網(wǎng)站的響應速度疏旨。
Cache層的技術，消除數(shù)據(jù)峰值訪問造成的結(jié)點設備阻塞扎酷。Cache服務器具有緩存功能檐涝，所以大部分網(wǎng)頁對象（Web page object）,如html, htm, PHP等頁面文件，gif,tif,png,bmp等圖片文件，以及其他格式的文件谁榜，在有效期（TTL）內(nèi)幅聘，對于重復的訪問，不必從原始網(wǎng)站重新傳送文件實體, 只需通過簡單的認證（Freshness Validation）- 傳送幾十字節(jié)的Header窃植，即可將本地的副本直接傳送給訪問者帝蒿。由于緩存服務器通常部署在靠近用戶端，所以能獲得近似局域網(wǎng)的響應速度撕瞧，并有效減少廣域帶寬的消耗陵叽。不僅能提高響應速度，節(jié)約帶寬丛版，對于加速Web服務器巩掺，有效減輕源服務器的負載是非常有效的。
根據(jù)加速對象不同页畦，分為客戶端加速和服務器加速
- 客戶端加速 : Cache部署在網(wǎng)絡出口處胖替，把常訪問的內(nèi)容緩存在本地，提高響應速度和節(jié)約帶寬豫缨；
- 服務器加速 : Cache部署在服務器前端独令，作為Web服務器的代理緩存機，提高Web服務器的性能好芭，加速訪問速度燃箭。 如果多臺Cache加速服務器且分布在不同地域，需要通過有效地機制管理Cache網(wǎng)絡舍败，引導用戶就近訪問(比如通過DNS引導用戶)招狸，全局負載均衡流量，這是CDN內(nèi)容傳輸網(wǎng)絡的基本思想邻薯。
CDN對網(wǎng)絡的優(yōu)化作用主要體現(xiàn)在如下幾個方面
- 解決服務器端的“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
2. CDN 的工作原理
2.1. 傳統(tǒng)訪問過程(未加速緩存服務)
我們先看傳統(tǒng)的未加緩存服務的訪問過程裙戏，以便了解CDN緩存訪問方式與未加緩存訪問方式的差別：
由上圖可見，用戶訪問未使用CDN緩存網(wǎng)站的過程為:
- 用戶輸入訪問的域名,操作系統(tǒng)向 LocalDns 查詢域名的ip地址.
- LocalDns向 ROOT DNS 查詢域名的授權服務器(這里假設LocalDns緩存過期)
- ROOT DNS將域名授權dns記錄回應給 LocalDns
- LocalDns得到域名的授權dns記錄后,繼續(xù)向域名授權dns查詢域名的ip地址
- 域名授權dns 查詢域名記錄后厕诡，回應給 LocalDns
- LocalDns 將得到的域名ip地址累榜，回應給 用戶端
- 用戶得到域名ip地址后，訪問站點服務器
- 站點服務器應答請求灵嫌，將內(nèi)容返回給客戶端.
2.2 CDN訪問過程(使用緩存服務)
CDN網(wǎng)絡是在用戶和服務器之間增加Cache層壹罚，主要是通過接管DNS實現(xiàn),將用戶的請求引導到Cache上獲得源服務器的數(shù)據(jù)。下面讓我們看看訪問使用CDN緩存后的網(wǎng)站的過程：
通過上圖寿羞，我們可以了解到猖凛，使用了CDN緩存后的網(wǎng)站的訪問過程變?yōu)椋?/p>
- 用戶輸入訪問的域名,操作系統(tǒng)向 LocalDns 查詢域名的ip地址.
- LocalDns向 ROOT DNS 查詢域名的授權服務器(這里假設LocalDns緩存過期)
- ROOT DNS將域名授權dns記錄回應給 LocalDns
- LocalDns得到域名的授權dns記錄后,繼續(xù)向域名授權dns查詢域名的ip地址
- 域名授權dns 查詢域名記錄后(一般是CNAME)，回應給 LocalDns
- LocalDns 得到域名記錄后,向智能調(diào)度DNS查詢域名的ip地址
- 智能調(diào)度DNS 根據(jù)一定的算法和策略(比如靜態(tài)拓撲稠曼，容量等),將最適合的CDN節(jié)點ip地址回應給 LocalDns
- LocalDns 將得到的域名ip地址形病，回應給 用戶端
- 用戶得到域名ip地址后，訪問站點服務器
- CDN節(jié)點服務器應答請求霞幅，將內(nèi)容返回給客戶端.(緩存服務器一方面在本地進行保存漠吻，以備以后使用，二方面把獲取的數(shù)據(jù)返回給客戶端司恳，完成數(shù)據(jù)服務過程)
通過以上的分析我們可以得到途乃，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行任何設置)訪問，需要使用DNS(域名解析)來引導用戶來訪問Cache服務器扔傅，以實現(xiàn)透明的加速服務. 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來引導用戶訪問是最簡單有效的方式.
2.3. CDN網(wǎng)絡的組成要素
對于普通的Internet用戶耍共，每個CDN節(jié)點就相當于一個放置在它周圍的網(wǎng)站服務器. 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)點猎塞，節(jié)點中CDN服務器會像網(wǎng)站的原始服務器一樣试读，響應用戶的請求. 由于它離用戶更近，因而響應時間必然更快.
從上面圖中 虛線圈起來的那塊荠耽，就是CDN層,這層是位于 用戶端 和 站點服務器 之間.
- 智能調(diào)度DNS(比如f5的3DNS)
智能調(diào)度DNS是CDN服務中的關鍵系統(tǒng).當用戶訪問加入CDN服務的網(wǎng)站時钩骇，域名解析請求將最終由 “智能調(diào)度DNS”負責處理。它通過一組預先定義好的策略铝量，將當時最接近用戶的節(jié)點地址提供給用戶倘屹，使用戶可以得到快速的服務。同時它需要與分布在各地的CDN節(jié)點保持通信慢叨，跟蹤各節(jié)點的健康狀態(tài)纽匙、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
負載均衡設備(如lvs,F5的BIG/IP)
內(nèi)容Cache服務器(如squid）
共享存儲(根據(jù)緩存數(shù)據(jù)量多少決定是否需要)
3. CDN 智能調(diào)度Dns 實例分析
3.1 分析img.alibaba.com域名
在系統(tǒng)中拍谐，執(zhí)行dig命令,輸出如下:
#dig img.alibaba.com
; 部分省略
;; QUESTION SECTION:
;img.alibaba.com. IN A
;; ANSWER SECTION:
img.alibaba.com. 600 IN CNAME img.alibaba.com.edgesuite.net.
img.alibaba.com.edgesuite.net. 7191 IN CNAME img.alibaba.com.georedirector.akadns.net.
img.alibaba.com.georedirector.akadns.net. 3592 IN CNAME a1366.g.akamai.net.
a1366.g.akamai.net. 12 IN A 204.203.18.145
a1366.g.akamai.net. 12 IN A 204.203.18.160
; 部分省略
從上面查詢結(jié)果可以看出 img.alibaba.com. CNAME img.alibaba.com.edgesuite.NET. 后面的CNAME是由 Akamai(CDN服務商) 去跳轉(zhuǎn)到 智能調(diào)度器上的.
3.2 分析www.discovery.com域名
在系統(tǒng)中烛缔，繼續(xù)執(zhí)行dig命令,輸出如下:
#dig www.discovery.com
; 部分省略
;; QUESTION SECTION:
;www.discovery.com. IN A
;; ANSWER SECTION:
www.discovery.com. 1077 IN CNAME www.discovery.com.edgesuite.net.
www.discovery.com.edgesuite.net. 21477 IN CNAME a212.g.akamai.net.
a212.g.akamai.net. 20 IN A 204.203.18.154
a212.g.akamai.net. 20 IN A 204.203.18.147
; 部分省略
從上面查詢結(jié)果可以看出 www.discovery.com. IN CNAME www.discovery.com.edgesuite.Net. 后面的CNAME是由 Akamai(CDN服務商) 去跳轉(zhuǎn)到 智能調(diào)度器上的.
總結(jié):一般來說，網(wǎng)站需要使用到CDN服務時赠尾，一般都是將需要加速訪問的域名 CNAME到 CDN服務商的域名上力穗。緩存服務和調(diào)度功能都是由服務商來完成。
4. CDN的 智能調(diào)度Dns 簡化實現(xiàn)
4.1. 調(diào)度策略說明
在用戶請求解析域名的時候气嫁，智能DNS判斷用戶的LocalDns的IP当窗，然后跟DNS服務器內(nèi)部的IP表范圍匹配一下，看看用戶是電信還是網(wǎng)通用戶寸宵，然后給用戶返回對應的IP地址崖面。這里使用的是靜態(tài)拓撲的方法,只是判斷LocalDns的IP.要想使用更復雜的調(diào)度算法可以考慮商業(yè)產(chǎn)品,如F5的3DNS。
4.2. 假設CDN節(jié)點規(guī)劃
在這里我們將使用 BIND 的View功能來實現(xiàn)運營商的區(qū)分,假設我們在每個運營商的機房都放有一個CDN節(jié)點,列表如下:
| 域名 | 運營商（view） | 服務地址 |
|---|---|---|
| www.cdntest.com | 網(wǎng)通(CNC) | 192.168.0.1 |
| www.cdntest.com | 電信(TELECOM) | 192.168.0.2 |
| www.cdntest.com | 教育網(wǎng)(EDU) | 192.168.0.3 |
| www.cdntest.com | 默認(ANY) | 192.168.0.4 |
4.3. bind view 配置
以下是named.conf配置文件的部分截取梯影，只是涉及到 View 的部分,其他細節(jié)可參考互聯(lián)網(wǎng).
acl "cnc_iprange"{ //定義ip范圍(網(wǎng)通)
192.168.1.0/24;
192.168.2.0/24;
//此處只是示例,其他省略
};
acl "tel_iprange"{ //定義ip范圍(電信)
192.168.3.0/24;
192.168.4.0/24;
//其他省略
};
acl "edu_iprange"{ //定義ip范圍(教育網(wǎng))
192.168.5.0/24;
192.168.6.0/24;
//其他省略
};
acl "default_iprange"{ //定義ip范圍(默認)
192.168.7.0/24;
192.168.8.0/24;
//其他省略
};
view "CNC" {
Match-clients{cnc_iprange};
zone "." IN {
type hint;
file "named.root";
};
zone "localhost" IN {
type master;
file "localhost.zone";
allow-update { none; };
};
zone "cdntest.com" IN {
type master;
file "cnc_cdntest.zone";
};
};
view "TEL" {
Match-clients{tel_iprange};
zone "." IN {
type hint;
file "named.root";
};
zone "localhost" IN {
type master;
file "localhost.zone";
allow-update { none; };
};
zone "cdntest.com" IN {
type master;
file "tel_cdntest.zone";
};
};
view "EDU" {
Match-clients{edu_iprange};
zone "." IN {
type hint;
file "named.root";
};
zone "localhost" IN {
type master;
file "localhost.zone";
allow-update { none; };
};
zone "cdntest.com" IN {
type master;
file "edu_cdntest.zone";
};
};
view "DEFAULT" {
Match-clients{default_iprange};
zone "." IN {
type hint;
file "named.root";
};
zone "localhost" IN {
type master;
file "localhost.zone";
allow-update { none; };
};
zone "cdntest.com" IN {
type master;
file "default_cdntest.zone";
};
};
zone文件的配置說明
這4個zone配置文件(cnc_cdntest.zone,tel_cdntest.zone,edu_cdntest.zone,default_cdntest.zone)中巫员，只有www.cndtest.com的A記錄不一樣，其他的都是一樣.
| 域名 | zone配置文件 | A記錄地址 |
|---|---|---|
| www.cdntest.com | cnc_cdntest.zone | 192.168.0.1 |
| www.cdntest.com | tel_cdntest.zone | 192.168.0.2 |
| www.cdntest.com | edu_cdntest.zone | 192.168.0.3 |
| www.cdntest.com | default_cdntest.zone | 192.168.0.4 |
以上只列出了 www.cdntest.com 的A記錄地址,其他關于zone的語法 請參考互聯(lián)網(wǎng).
域名解析流程簡要說明
- 用戶向 LocalDns 查詢域名 www.cdntest.com
- LocalDns 向 授權DNS 查詢www.cdntest.com
- 授權DNS 判斷用戶使用的 LocalDns的ip地址,匹配上述設置的ip范圍,如果范圍在網(wǎng)通甲棍，就將網(wǎng)通對應的ip地址(192.168.0.1),回應給LocalDns(其他依此類推)
- LocalDns 將得到的域名ip地址简识，回應給 用戶端 (域名解析完成)
說明：再此過程中，我們簡化了主DNS 到 智能DNS 之間的CNAME過程(為了簡要說明問題).
這里使用的是靜態(tài)拓撲(根據(jù)ip范圍)的方法,也稱為地域化方法,只是判斷LocalDns的IP.
此簡化方案中的存在的問題
- 如果用戶設置錯誤的dns，可能會導致用戶訪問比原來慢(比如網(wǎng)通用戶設置了電信的DNS）
- 不能判斷CDN節(jié)點服務器的健康狀態(tài)和容量狀態(tài)七扰，可能會把用戶定向到不可用的CDN節(jié)點
- 由于靜態(tài)拓撲方法,可能存在用戶訪問的CDN節(jié)點不是最優(yōu)化和最快的
- …..可能還有其他想不到的….
5. 總結(jié)(Summary）
- 在建立CDN網(wǎng)路時奢赂，最關鍵的就是 智能調(diào)度DNS，這個是CND網(wǎng)絡總協(xié)調(diào),通過高效的調(diào)度算法颈走，可以使用戶得到最佳的訪問體驗.
- 其次就是 CND節(jié)點的管理,比如涉及到 內(nèi)容的同步機制膳灶，配置文件的更新等等，都需要有一套機制來保證.
- 當然在大型網(wǎng)站中立由，也要考建設CDN體系的成本和回報率.
自：陽光日志
