CDN基本原理

CDN（Content Delivery Network）即内容分发网络，是一种网络加速技术。其目的是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。CDN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，降低网络拥塞，提高用户访问响应速度和命中率。

为什么要用CDN

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假设一个位于杭州的用户，要访问源站在北京的网络服务，那么每一次请求都需要经历从杭州到北京再到杭州的完整链路。如果用户访问的是图片、视频类的网站，那么在较高并发的情况下，大量的静态资源I/O会给服务器造成不小的压力，且客户端加载速度缓慢也容易造成用户流失。

如果能将服务器源站的静态资源，如图片、视频、css、js等文件缓存到位于上海（或者更近）的cdn服务器中，那么用户就不必从每次都从北京获取数据，而是访问距离更近的cdn节点，既可加快访问速度，又减少了源站服务器的压力。

如何实现原本要访问源站的请求转而访问到cdn节点上呢？

从DNS说起

我们知道，要访问网站 www.baidu.com 的内容，客户端系统需要先获取域名 www.baidu.com 对应的IP地址，然后再往该IP地址发送HTTP(S) 请求。根据域名获取IP地址的过程即DNS查询，整个过程大致如下：

  • 查询浏览器缓存或本地host文件。
  • 客户端向运营商DNS服务器（local dns）发起查询请求。
  • local dns查询本地缓存，存在则返回对应IP，否则继续查询根域名服务器。
  • 根域名服务器根据一级域名类型（如 .com）返回对应一级域名服务器地址。
  • 一级域名服务器查询本地缓存，返回对应IP或二级域名（如 baidu.com）解析的服务器地址。
  • 二级域名服务器查询本地缓存，返回对应IP或三级域名（如 www.baidu.com）解析的服务器地址。
  • 如此重复，直到完成域名解析，local dns 将最终获取到的IP返回客户端。

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CNAME

了解了DNS查询的过程，可以发现，如果我们将域名 www.baidu.com 的IP解析到cdn节点而非真正的源站，就实现了请求转发的过程。这一过程正是通过CNAME实现。

对于第三方的cdn服务商（如阿里云），并不能很好的控制运营商DNS服务器的返回结果，因此，一般会选择在一级域名服务器或二级域名服务器查询时，返回一条CNAME记录。CNAME是一个新的域名，如www.baidu.com的CNAME是 www.a.shifen.com，阿里云CDN上分配的CNAME格式一般为 源站域名.w.alikunlun.com。

客户端在拿到CNAME后，会发起一个新的dns查询请求。以www.test.com.w.alikunlun.com为例，其二级域名为 alikunlun.com，因此，local dns在发起二级域名查询时，请求就落到了阿里云自己的dns服务器上，其内部就可以执行自己的调度策略，从而返回最优的cdn节点IP给到客户端。

根据local dns的缓存策略，在之后的请求中，无论是源站域名还是CNAME的dns解析，都会被缓存下来，从而简化dns查询流程。

dig命令可用来显示整个dns查询过程，可以看到，www.baidu.com 的CNAME是www.a.shifen.com，其可用cdn ip有两个，分别为 180.101.49.11 和 180.101.49.12。

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分层架构

在cdn基础架构中，往往采用两层架构。如下图所示。

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L1（下层）：距离用户越近越好，通常用于缓存那些可缓存的静态数据，称之为 lastmile（最后一公里）。
L2（上层）：距离源站越近越好，称之为 firstmile（第一公里），当L1无法命中缓存，或内容不可缓存时，请求会通过回源到L2，若L2仍然没有命中缓存或内容不可缓存，则会继续回源到源站。同时L2还可以用来做流量、请求数的量级收敛，减少回源量（如果可缓存），降低源站压力。L1和L2之间的部分，是CDN的“内部网络”，称之为 middlemile（中间一公里）。

调度策略

cdn调度的主要任务之一是返回一个距离用户尽可能近的cdn节点。

LDNS调度是一种基于local dns的调度策略。从dns的查询过程来看，cdn服务商的dns服务器接收到的请求来自于local dns 而非真实用户，所以，LDNS调度选择的cdn节点距离远近也是相对于local dns而言的。这就存在一种情况，如果用户客户端上设置的dns服务器地址距离自己较远（如一个中国的用户将dns设置成了8.8.8.8），那么最终调度到的cdn节点将是位于美国的cdn服务器，这就失去了加速的效果。

HTTP 302调度是另一种调度策略，它是为了解决LDNS调度以上问题而提出的一种策略。因为无论local dns返回了哪个cdn节点，客户端都会往该节点发送请求，这个时候，cdn节点就能获取到客户端真正的ip地址。cdn内部只需要做一个判断，如果有更合适的cdn节点，就将请求302到新的cdn节点地址中去。这就实现了重新调度。

除了 DNS 调度、HTTP 302 调度，还有一种使用 HTTP 进行的 DNS 调度策略。随着技术的逐渐发展，也出现了新的技术和设备，例如劫持。劫持后，网民所访问的目标有可能不再是真实服务器，即使是真实服务器，内容也有可能是虚假的、被替换过的，这对业务安全来说是十分危险的，这种劫持现象多出现在移动互联网（手机上网）。为了规避这种问题，出现了一种 HTTP DNS 的调度方式，原理是通过 HTTP 报文传输 DNS 请求和应答信息。但这种方式没有任何 RFC 的支持，所以没有任何现成的操作系统直接支持，必须有自己的 HTTP DNS 客户端，来与 HTTP DNS 服务端进行通信，需要双端支持。这种做法在 APP 中使用较多。