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面向前端的 CDN 原理介绍

2021-09-26 10:12:07

根本上的原因是,访问速度对互联网应用的用户体验、口碑、甚至说直接的营收都有巨大的影响,任何的企业都渴望自己站点有更快的访问速度。而HTTP传输时延对web的访问速度的影响很大,在绝大多数情况下是起决定性作用的,这是由TCP/IP协议的一些特点决定的。物理层上的原因是光速有限、信道有限,协议上的原因有丢包、慢启动、拥塞控制等。

要提高访问速度,最简单的做法当然就是多设置几个服务器,让终端用户离服务器“更近”。典型的例子是各类下载网站在不同地域不同运营商设置镜像站,或者是像Google那样设置多个数据中心。但是多设几个服务器的问题也不少,一是多地部署时的困难,二是一致性没法保障,三则是管理困难、成本很高。实际上,在排除多地容灾等特殊需求的情况下,对大多数公司这种做法是不太可取的。当然,这种方案真正做好了,甚至是比后续所说的使用CDN要好的。

CDN是一种公共服务,他本身有很多台位于不同地域、接入不同运营商的服务器,而所谓的使用CDN实质上就是让CDN作为网站的门面,用户访问到的是CDN服务器,而不是直接访问到网站。由于CDN内部对TCP的优化、对静态资源的缓存、预取,加上用户访问CDN时,会被智能地分配到最近的节点,降低大量延迟,让访问速度可以得到很大提升。


CDN的原理

CDN做了两件事,一是让用户访问最近的节点,二是从缓存或者源站获取资源

CDN有个源站的概念,源站就是提供内容的站点(网站的真实服务器), 从源站取内容的过程叫做回源。

每次访问的具体流程如图(以最普通的CDN为例)


具体举个例子:

用户在首次访问 https://assets-cdn.github.com/pinned-octocat.svg , 假设不委托local DNS服务器递归查询,会经历以下几个过程

1.浏览器检查本地有没有这个东东的有效缓存,有则使用缓存,没有有效缓存则进行对 assets-cdn.github.com 的DNS查询,获得一个 CNAME记录, , igithub.map.fastly.net 值得注意的是,多个加速域名可以解析到同一个CNAME,CDN回源和缓存的时候考虑到了hostname,

2.进行对 github.map.fastly.net 的DNS查询,获得一个A/AAAA记录,给出地址 103.245.222.133(视网站不同返回的不一样,可以有多个), 这一步对CDN来说时十分重要的,它给出了离用户最近的边缘节点;

3.浏览器选一个返回的地址,然后进行真正的http请求,开始向 103.245.222.133 握手,握手完了把http请求头也发给了该边缘服务器;

4.边缘服务器检查自己的cache里面有没有 https://assets-cdn.github.com/pinned-octocat.svg 这个资源,有则返回给用户,如果没有,向CDN中心服务器发起请求;

5.CDN中心服务器检查自己的cache里面有没有这个资源,有则返回给边缘服务器,没有则回源;

6.中心服务器发现客户配置了 github.map.fastly.net 的回源地址(这个只有cdn会知道,假设是 xxx.xxx.xxx.xxx ),就把http请求发到源站地址上,源站返回后返回给请求方;

可以看出CDN加速的原理很大部分是跟DNS挂钩在一起的,CDN供应商几乎一定需要一个智能DNS服务器。CDN可以拿到所有的明文数据,所以对数据安全性、保密性要求比较高的企业会选择自建CDN或者设置NS记录,指向自建的智能DNS服务器。

上述步骤每一步都可以缓存,注意是每一步! 所以CDN要清除缓存很难,因为有很多服务器上的缓存要清除。无论是用户对边缘服务器的请求,还是CDN服务器的回源都可以使用https。

注意,实际环境中图中每个服务器都可以是集群,甚至CDN分区域中心和总中心。