CDN是通过什么样的原理实现的?它包含了哪些关键技术?

2020-02-18 21:40:28 来源:亿速云

CDN的全称是“Content Delivery Network”,即“内容分发网络”。CDN是构建在现有网络基础之上的智能虚拟网络,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,降低网络延迟和拥塞,提高用户访问的响应速度和命中率。

说白了,CDN网络就是在用户和服务器之间增加Cache(缓存)层,而如何将用户的请求引导到Cache(缓存)层上,从而获得源服务器的数据,则主要是通过接管DNS实现,这就是CDN(内容分发网络)最基本的原理。

CDN基本原理大致上的步骤如下:

1、智能DNS负载均衡系统解析域名,把对用户响应速度最快的IP节点返回给用户;

2、用户向该IP节点(CDN服务器)发出请求;

3、由于是第一次访问,CDN服务器会向原web站点请求,并缓存内容;

4、CDN服务器把请求结果发给用户。

当用户访问加入CDN服务的网站时,域名解析请求将最终交给全局负载均衡DNS(域名系统)进行处理。全局负载均衡DNS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,使用户能够得到快速的响应和服务。同时,它还与分布在世界各地的所有CDN节点保持通信,搜集各节点的通信状态,并确保不将用户的请求,分配到不可用的CDN节点上,实际上是通过DNS(域名系统)做全局负载均衡。

对于普通的Internet(互联网)用户来讲,每个CDN节点就相当于一个放置在它周围的WEB。通过全局负载均衡DNS(域名系统)的控制,用户的请求被透明地指向距离他最近的节点,节点中的CDN(内容分发网络)服务器会像网站的原始服务器一样,响应用户的请求。由于CDN(内容分发网络)服务器距离用户更近,因而响应的时间必然会更快。

一、 CDN节点

每个CDN节点由两部分组成:负载均衡设备和高速缓存服务器。

负载均衡设备,负责每个节点中各个Cache(缓存)的负载均衡,保证节点的工作效率;同时,负载均衡设备还负责收集节点与周围环境的信息,保持与全局负载DNS(域名系统)的通信,从而实现整个系统的负载均衡。

CDN的管理系统,是整个系统能够正常运转的保证。它不仅能对系统中的各个子系统和设备进行实时监控,对各种故障产生相应的预警,还可以实时监测到系统中总体的流量和各节点的流量,并将这些信息保存在系统的数据库中,使网管人员能够方便地进行进一步的分析。通过完善的网管系统,用户可以对系统配置进行修改。

二、CDN网络

理论上,最简单的CDN网络,有一个负责全局负载均衡的DNS(域名系统)和各节点一台Cache(缓存)服务器,即可运行。DNS(域名系统)支持根据用户源IP地址,解析不同的IP,实现就近访问。为了保证CDN网络的高可用性等,CDN管理系统需要监视各节点的流量以及健康状况等。当一个节点的单台Cache(缓存)服务器的承载数量不够时,就需要多台Cache(缓存)服务器,而多台Cache(缓存)服务器同时工作,就需要用到负载均衡器,从而使Cache(缓存)服务器集群协同工作。

三、CDN的关键技术

1、缓存算法[Squid];
2、分发能力;
3、负载均衡[Nginx];
4、基于DNS[BIND];
5、支持协议;

缓存算法决定命中率、源服务器压力、POP(边缘)节点存储能力;分发能力取决于IDC(互联网数据中心)能力和IDC(互联网数据中心)策略性分布;负载均衡(智能调度)决定最佳路由、响应时间、可用性以及服务质量等;基于DNS的负载均衡以CNAME(别名)实现[to cluster](到集群),然后智取最优的节点服务。

缓存点有客户端浏览器缓存和本地DNS服务器缓存;缓存内容有DNS地址缓存、客户请求内容缓存、动态内容缓存等。

支持协议,如:静动态加速(图片加速、https带证书加速)、下载加速、流媒体加速、企业应用加速、手机应用加速。

CDN(内容分发网络)提供一种机制,当用户请求内容时,该内容能够由以最快速度交付的Cache(缓存)来向用户提供,这个挑选“最优”的过程就叫做负载均衡。

四、CDN系统的组成

从功能上来看,典型的CDN系统,由“分发服务系统,负载均衡系统和运营管理系统”组成。

1、分发服务系统:

最基本的工作单元就是Cache(缓存)设备,边缘Cache(缓存)负责直接响应最终用户的访问请求,把缓存在本地的内容快速地提供给用户。同时Cache(缓存)还负责与源站点进行内容同步,把更新的内容以及本地没有的内容,从源站点获取并保存在本地。Cache(缓存)设备的数量、规模和总体服务能力,是衡量一个CDN系统的服务能力的最基本指标

2、负载均衡系统:

主要功能是负责对所有发起服务请求的用户进行访问调度,确定提供给用户的最终实际访问地址。两级调度体系分为“全局负载均衡(GSLB)”和“本地负载均衡(SLB)”。GSLB(全局负载均衡)主要根据用户就近性原则,通过对每个服务节点进行“最优”判断,确定向用户提供服务的Cache(缓存)的物理位置。SLB(本地负载均衡)主要负责节点内部的设备负载均衡

3、运营管理系统:

运营管理系统分为“运营管理”和“网络管理”子系统,负责处理业务层面与外界系统交互所必须的收集、整理和交付工作,包含“客户管理、产品管理、计费管理、统计分析”等功能。

负责为用户提供内容服务的Cache(缓存)设备,应部署在物理上的网络边缘位置,即“CDN边缘层”。CDN系统中负责全局性管理和控制的设备,组成中心层(二级缓存),中心层同时保存着最多的内容副本,当边缘层设备未命中时,会向中心层请求,如果在中心层仍未命中,则需要中心层向源站点回源(如果是流媒体,代价很大)。

CDN骨干点和CDN POP点在功能上不同,中心和区域节点一般称为“骨干点”,主要作为内容分发和边缘未命中时的服务点;边缘节点又被称为“POP(point of presence)节点”,CDN POP点主要作为直接向用户提供服务的节点。

4、应用协议加速:

❶企业应用加速主要是动态加速和SSL加速。

❷广域网应用加速:

SSL应用加速:由于需要大量的加密、解密运算,SSL应用对服务器端的资源消耗是非常巨大的。CDN提供SSL应用加速后,由CDN的专用SSL加速硬件来完成加密、解密运算工作。

网页压缩:HTTP1.1提出对网页压缩的支持。在服务器端可以先对网页数据进行压缩,然后将压缩后的文件提供给访问用户,最后在用户浏览器端解压显示(但要衡量加解压时间)。

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