CDN 【内容分发网络】之深入理解

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CDN 【内容分发网络】之深入理解

CDN

全称:Content Delivery Network或Content Ddistribute Network，即内容分发网络

 

基本思路：

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。

 

目的：

解决因分布、带宽、服务器性能带来的访问延迟问题，适用于站点加速、点播、直播等场景。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和成功率。

控制时延无疑是现代信息科技的重要指标，CDN的意图就是尽可能的减少资源在转发、传输、链路抖动等情况下顺利保障信息的连贯性。

CDN就是扮演者护航者和加速者的角色，更快准狠的触发信息和触达每一个用户，带来更为极致的使用体验。

这里引入一个关键词：控制时延

无疑是现代信息科技的重要指标，CDN的意图就是尽可能的减少资源在转发、传输、链路抖动等情况下顺利保障信息的连贯性

根据论文《WAITING TIMES IN QUALITY OF EXPERIENCE FOR WEB BASED SERVICES》中提出的：
其指出基于人脑在等待不同时长的信息时，产生的不同意识行为，进而对信息获取产生的差别感官体验。

感知的持续时间 VS 客观持续时间

根据研究发现：

当人们获得Voice这类声音讯息时，好感度随时间流逝下降的最为迅速，仅需16分钟“评估意见等级”下降了70%，可见音像资源受缓冲时间的影响可见一斑

✫0.1 s： 用户几乎感觉不到系统是否不连贯性。
✫1.0 s： 用户明显注意到时延的发生，但是在该时间内思维依然是连贯的。
✫10 s： 超过该时间的时延会使用户失去等待意愿。
控制时延无疑是现代信息科技的重要指标，CDN的意图就是尽可能的减少资源在转发、传输、链路抖动等情况下顺利保障信息的连贯性。
再通俗点说就是在网速一定的前提下，CDN就像网络中快递员小哥

而且CDN这个快递员很是聪明
TA不是在用蛮力瞎跑、乱撞

TA还承建了很多家快递点，就近快递(缓存)

TA善于优化快递路径(调度)
还会对包裹进行更合理的重新打包(协议优化)

 

基础架构：

最简单的CDN网络由一个DNS服务器和几台缓存服务器组成：

1. 当用户点击网站页面上的内容URL，经过本地DNS系统解析，DNS系统会最终将域名的解析权交给CNAME指向的CDN专用DNS服务器。
2. CDN的DNS服务器将CDN的全局负载均衡设备IP地址返回用户。
3. 用户向CDN的全局负载均衡设备发起内容URL访问请求。
4. CDN全局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区域负载均衡设备，告诉用户向这台设备发起请求。
5. 区域负载均衡设备会为用户选择一台合适的缓存服务器提供服务，选择的依据包括：根据用户IP地址，判断哪一台服务器距用户最近；根据用户所请求的URL中携带的内容名称，判断哪一台服务器上有用户所需内容；查询各个服务器当前的负载情况，判断哪一台服务器尚有服务能力。基于以上这些条件的综合分析之后，区域负载均衡设备会向全局负载均衡设备返回一台缓存服务器的IP地址。
6. 全局负载均衡设备把服务器的IP地址返回给用户。
7. 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，而区域均衡设备依然将它分配给了用户，那么这台服务器就要向它的上一级缓存服务器请求内容，直至追溯到网站的源服务器将内容拉到本地。

 

服务模式：

简单地说，CDN是一个经策略性部署的整体系统，包括分布式存储、负载均衡、网络请求的重定向和内容管理4个要件，而内容管理和全局的网络流量管理(Traffic Management)是CDN的核心所在。

通过用户就近性和服务器负载的判断，CDN确保内容以一种极为高效的方式为用户的请求提供服务。

举例说明：

国内访问量较高的网站、直播、视频平台，均使用CDN网络加速技术，虽然网站的访问巨大，但无论在什么地方访问都会感觉速度很快。而一般的网站如果服务器在网通，电信用户访问很慢，如果服务器在电信，网通用户访问又很慢。

通过在现有的Internet中增加一层新的网络架构，将网站的内容发布到最接近用户的cache服务器内，通过DNS负载均衡的技术，判断用户来源就近访问cache服务器取得所需的内容，解决Internet网络拥塞状况，提高用户访问网站的响应速度，如同提供了多个分布在各地的加速器，以达到快速、可冗余的为多个网站加速的目的。

CDN服务最初用于确保快速可靠地分发静态内容，这些内容可以缓存，最适合在网速庞大的网络中存储和分发，该网络在几十多个国家的十几个网络中的覆盖CDN网络服务器。由于动态内容必须通过互联网来传输，因此要提供快速的网络体验。如今的CDN可谓是大文件、小文件、点播、直播、动静皆宜！

 

主要特点：

1、本地Cache加速，提高了企业站点（尤其含有大量图片和静态页面站点）的访问速度，并大大提高以上性质站点的稳定性

2、镜像服务消除了不同运营商之间互联的瓶颈造成的影响，实现了跨运营商的网络加速，保证不同网络中的用户都能得到良好的访问质量。

3、远程加速 远程访问用户根据DNS负载均衡技术 智能自动选择Cache服务器，选择最快的Cache服务器，加快远程访问的速度

4、带宽优化 自动生成服务器的远程Mirror（镜像）cache服务器，远程用户访问时从cache服务器上读取数据，减少远程访问的带宽、分担网络流量、减轻原站点WEB服务器负载等功能。

5、集群抗攻击 广泛分布的CDN节点加上节点之间的智能冗余机制，可以有效地预防黑客入侵以及降低各种D.D.o.S攻击对网站的影响，同时保证较好的服务质量 。

 

关键技术：

内容发布：它借助于建立索引、缓存、流分裂、组播（Multicast）等技术

内容路由：它是整体性的网络负载均衡技术，通过内容路由器中的重定向（DNS）机制，在多个远程POP上均衡用户的请求，以使用户请求得到最近内容源的响应；

内容交换：它根据内容的可用性、服务器的可用性以及用户的背景，在POP的缓存服务器上，利用应用层交换、流分裂、重定向（ICP、WCCP）等技术，智能地平衡负载流量；

性能管理：它通过内部和外部监控系统，获取网络部件的状况信息，测量内容发布的端到端性能（如包丢失、延时、平均带宽、启动时间、帧速率等），保证网络处于最佳的运行状态。

Q & A

1.CDN加速是对网站所在服务器加速，还是对其域名加速？
CDN是只对网站的某一个具体的域名加速。如果同一个网站有多个域名，则访客访问加入CDN的域名获得加速效果，访问未加入CDN的域名，或者直接访问IP地址，则无法获得CDN效果。

2.CDN和镜像站点比较有何优势？
CDN对网站的访客完全透明，不需要访客手动选择要访问的镜像站点，保证了网站对访客的友好性。CDN对每个节点都有可用性检查，不合格的节点会第一时间剔出，从而保证了极高的可用率，而镜像站点无法实现这一点。CDN部署简单，对原站基本不做任何改动即可生效。

3.CDN和双线机房相比有何优势？
常见的双线机房只能解决网通和电信互相访问慢的问题，其它ISP（譬如教育网，移动网，铁通）互通的问题还是没得到解决。而CDN是访问者就近取数据，而CDN的节点遍布各ISP，从而保证了网站到任意ISP的访问速度。另外CDN因为其流量分流到各节点的原理，天然获得抵抗网络攻击的能力。

4.CDN使用后，原来的网站是否需要做修改，做什么修改？
一般而言，网站无需任何修改即可使用CDN获得加速效果。只是对需要判断访客IP程序，才需要做少量修改。

5.为什么我的网站更新后，通过CDN后看到网页还是旧网页，如何解决？　
由于CDN采用各节点缓存的机制，网站的静态网页和图片修改后，如果CDN缓存没有做相应更新，则看到的还是旧的网页。为了解决这个问题，CDN管理面板中提供了URL推送服务，来通知CDN各节点刷新自己的缓存。在URL推送地址栏中，输入具体的网址或者图片地址，则各节点中的缓存内容即被统一删除，并且当即生效。如果需要推送的网址和图片太多，可以选择目录推送，输入 即可以对网站下news目录下所有网页和图片进行了刷新。

6.能不能让CDN不缓存某些即时性要求很高的网页和图片？
只需要使用动态页面，asp，php，jsp等动态技术做成的页面不被CDN缓存，无需每次都要刷新。或者采用一个网站两个域名，一个启用CDN，另外一个域名不用CDN，对即时性要求高的页面和图片放在不用CDN的域名下。

7.网站新增了不少网页和图片，这些需要使用URL推送吗？　
后来增加的网页和图片，不需要使用URL推送，因为它们本来就不存在缓存中。

8.网站用CDN后，有些地区反映无法访问了，怎么办？
CDN启用后，访客不能访问网站有很多种可能，可能是CDN的问题，也可能是源站点出现故障或者源站点被关闭，还可能是访客自己所在的网络出现问题，甚至我们实际故障排除中，还出现过客户自己计算机中毒，导致无法访问网站。客户报告故障时，可随时联系我们24小时技术部进行处理。

9.哪些情况推荐使用CDN？
一般来说以资讯、内容等为主的网站，具有一定访问体量的网站
资讯网站、政府机构网站、行业平台网站、商城等以动态内容为主的网站
论坛、博客、交友、SNS、网络游戏、搜索/查询、金融等。提供http下载的网站
软件开发商、内容服务提供商、网络游戏运行商、源码下载等有大量流媒体点播应用的网站
拥有视频点播平台的电信运营商、内容服务提供商、体育频道、宽频频道、在线教育、视频博客等

10.哪些情况不适用于CDN?
此类极端状况不建议您使用CDN服务

以上引用：视界云的知乎回答
链接：

以下引用： 阿里云云栖社区的知乎回答

针对知乎上有关CDN热点问题：什么是CDN？为什么要用？适用哪些场景？常见名词有哪些？云栖社区特别邀请到阿里云视频服务运营美女：“樰篱”（发音：xue li），来为大家解读。

作者简介：阿里花名樰篱，阿里云视频服务产品运营

考虑到对CDN认知程度的各层小伙伴，开头有必要简单介绍下CDN原理（高年级同学可以直接跳过一）：

一、CDN的基本原理和基础架构

CDN是将源站内容分发至最接近用户的节点，使用户可就近取得所需内容，提高用户访问的响应速度和成功率。解决因分布、带宽、服务器性能带来的访问延迟问题，适用于站点加速、点播、直播等场景。

（本章节部分内容摘引自：1.2 CDN的基本工作过程 - 51CTO.COM）

最简单的CDN网络由一个DNS服务器和几台缓存服务器组成：

1. 当用户点击网站页面上的内容URL，经过本地DNS系统解析，DNS系统会最终将域名的解析权交给CNAME指向的CDN专用DNS服务器。
2. CDN的DNS服务器将CDN的全局负载均衡设备IP地址返回用户。
3. 用户向CDN的全局负载均衡设备发起内容URL访问请求。
4. CDN全局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区域负载均衡设备，告诉用户向这台设备发起请求。
5. 区域负载均衡设备会为用户选择一台合适的缓存服务器提供服务，选择的依据包括：根据用户IP地址，判断哪一台服务器距用户最近；根据用户所请求的URL中携带的内容名称，判断哪一台服务器上有用户所需内容；查询各个服务器当前的负载情况，判断哪一台服务器尚有服务能力。基于以上这些条件的综合分析之后，区域负载均衡设备会向全局负载均衡设备返回一台缓存服务器的IP地址。
6. 全局负载均衡设备把服务器的IP地址返回给用户。
7. 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，而区域均衡设备依然将它分配给了用户，那么这台服务器就要向它的上一级缓存服务器请求内容，直至追溯到网站的源服务器将内容拉到本地。

CDN关键组件

• LVS做四层均衡负载

DR模式
双LVS做Active-Active互备
负载均衡算法采用wrr

• Tengine做七层负载均衡

阿里基于Nginx开发的高性能HTTP服务器，已经开源，详细请了解：The Tengine Web Server
主动健康检查
SPDY v3支持

• Swift做HTTP缓存

高性能Cache
磁盘（SSD/SATA）

CDN基础架构

CDN部署架构

 

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二、为什么要使用CDN？或者说CDN能解决什么问题？

如果你在经营一家网站，那你应该知道几点因素是你制胜的关键：

• 内容有吸引力
• 访问速度快
• 支持频繁的用户互动
• 可以在各处浏览无障碍

另外，你的网站必须能在复杂的网络环境下运行，考虑到全球的用户访问体验。你的网站也会随着使用越来越多的对象（如图片、帧、CSS及APIs）和形形色色的动作（分享、跟踪）而系统逐渐庞大。所以，系统变慢带来用户的流失。

Google及其它网站的研究表明，一个网站每慢一秒钟，就会丢失许多访客，甚至这些访客永远不会再次光顾这些网站。可以想像，如果网站是你的盈利渠道或是品牌窗口，那么网站速度慢将是一个致命的打击。

这就是你使用CDN的第一个也是最重要的原因：**为了加速网站的访问**

除此之外，CDN还有一些作用：

1. 为了实现跨运营商、跨地域的全网覆盖

互联不互通、区域ISP地域局限、出口带宽受限制等种种因素都造成了网站的区域性无法访问。CDN加速可以覆盖全球的线路，通过和运营商合作，部署IDC资源，在全国骨干节点商，合理部署CDN边缘分发存储节点，充分利用带宽资源，平衡源站流量。阿里云在国内有500+节点，海外300+节点，覆盖主流国家和地区不是问题，可以确保CDN服务的稳定和快速。

2. 为了保障你的网站安全

CDN的负载均衡和分布式存储技术，可以加强网站的可靠性，相当无无形中给你的网站添加了一把保护伞，应对绝大部分的互联网攻击事件。防攻击系统也能避免网站遭到恶意攻击。

3. 为了异地备援

当某个服务器发生意外故障时，系统将会调用其他临近的健康服务器节点进行服务，进而提供接近100%的可靠性，这就让你的网站可以做到永不宕机。

4. 为了节约成本投入

使用CDN加速可以实现网站的全国铺设，你根据不用考虑购买服务器与后续的托管运维，服务器之间镜像同步，也不用为了管理维护技术人员而烦恼，节省了人力、精力和财力。

5. 为了让你更专注业务本身

CDN加速厂商一般都会提供一站式服务，业务不仅限于CDN，还有配套的云存储、大数据服务、视频云服务等，而且一般会提供7x24运维监控支持，保证网络随时畅通，你可以放心使用。并且将更多的精力投入到发展自身的核心业务之上。

 

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三、CDN适用哪些场景？

1、网站站点/应用加速

站点或者应用中大量静态资源的加速分发，建议将站点内容进行动静分离，动态文件可以结合云服务器ECS，静态资源如各类型图片、html、css、js文件等，建议结合 对象存储OSS 存储海量静态资源，可以有效加速内容加载速度，轻松搞定网站图片、短视频等内容分发

• 架构示意图

2、视音频点播/大文件下载分发加速

支持各类文件的下载、分发，支持在线点播加速业务，如mp4、flv视频文件或者平均单个文件大小在20M以上，主要的业务场景是视音频点播、大文件下载（如安装包下载）等，建议搭配对象存储OSS使用，可提升回源速度，节约近2/3回源带宽成本。

• 架构示意图

 

3、视频直播加速（内测中）

视频流媒体直播服务，支持媒资存储、切片转码、访问鉴权、内容分发加速一体化解决方案。结合弹性伸缩服务，及时调整服务器带宽，应对突发访问流量；结合媒体转码服务，享受高速稳定的并行转码，且任务规模无缝扩展。目前CDN直播加速已服务内部用户测试并优化，即将上线，敬请期待

• 架构示意图

4、移动应用加速

移动APP更新文件（apk文件）分发，移动APP内图片、页面、短视频、UGC等内容的优化加速分发。提供httpDNS服务，避免DNS劫持并获得实时精确的DNS解析结果，有效缩短用户访问时间，提升用户体验。

• 架构示意图

 

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四、关于CDN的一些常见名词：

1、Origin Server源站

做 CDN 之前的客户真正的服务器。

2、User

访问者，也就是要访问网站的网民。

3、Last Mile
最后一公里，也就是网民到他所访问到的 CDN 服务器之间的路径。

4、域名

域名是Internet网络上的一个服务器或一个网络系统的名字，全世界，没有重复的域名。

5、CNAME记录

它是一个别名记录( Canonical Name )；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。

6、CNAME域名

CDN的域名加速需要用到CNAME记录，在阿里云控制台配置完成CDN加速后，您会得到一个加速后的域名，称之为CNAME域名（该域名一定是*.*）， 用户需要将自己的域名作CNAME指向这个*.*，域名解析的工作就正式转向阿里云，该域名所有的请求都将转向阿里云CDN的节点。

7、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：上网时输入的百度一下，你就知道会自动转换成为220.181.112.143

8、边缘节点

也称CDN节点、Cache节点等；是相对于网络的复杂结构而提出的一个概念，指距离最终用户接入具有较少的中间环节的网络节点，对最终接入用户有较好的响应能力和连接速度。其作用是将访问量较大的网页内容和对象保存在服务器前端的专用cache设备上，以此来提高网站访问的速度和质量。

9、cache

cache高速缓冲存储器一种特殊的存储器子系统，其中复制了频繁使用的数据以利于快速访问。存储器的高速缓冲存储器存储了频繁访问的RAM位置的内容及这些数据项的存储地址。当处理器引用存储器中的某地址时，高速缓冲存储器便检查是否存有该地址。如果存有该地址，则将数据返回处理器;如果没有保存该地址，则进行常规的存储器访问。因为高速缓冲存储器总是比主RAM存储器速度快，所以当RAM的访问速度低于微处理器的速度时，常使用高速缓冲存储器。