044. 使用 CDN 实现应用的缓存和加速

1. CDN 简介

• CDN 的全称是 Content Delivery Network，即内容分发网络。
• CDN 是构建在网络之上的内容分发网络。
• CDN 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。
• CDN 依靠部署在各地的边缘服务器，包括中心平台的负载均衡、内容分发、调度等功能模块。

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2. CDN 主要特点

• 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。
• 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。
• 远程加速：远程访问用户根据 CDN 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。
• 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。
• 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。

3. CDN 服务模式

内容分发服务器（CDN）是一个经策略性部署的整体系统。包含 3 个要件。

• 分发服务系统：最基本的工作单元就是 Cache 设备，Cache（边缘 Cache）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 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。
• 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 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 的物理位置。SLB 主要负责节点内部的设备负载均衡。
• 运营管理系统：分为运营管理和网络管理子系统，负责处理业务层面的与外界系统交互所必须的收集、整理、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。

4. CDN 工作流程

常规 WEB 请求处理流程

1. 用户在自己的浏览器中输入要访问的网站域名。
2. 浏览器向本地 DNS（域名解析服务器）服务器请求对该域名的解析。
3. 本地 DNS 服务器中如果缓存有这个域名的解析结果，则直接响应用户的解析请求。
4. 本地 DNS 服务器中如果没有关于这个域名的解析结果的缓存，则以递归方式向整个 DNS 系统请求解析，获得应答后将结果反馈给浏览器。
5. 浏览器得到域名解析结果，就是该域名相应的服务设备的 IP 地址。
6. 浏览器向服务器请求内容。
7. 服务器将用户请求内容传送给浏览器。

引入 CDN 后 Web 请求处理流程

1. 当用户点击网站页面的内容 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 地址返回给用户。
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，及用户请求的内容 URL，选择一台用户所属区域负载均衡设备，让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。
6. 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。
7. 如果这台缓存服务器上并没有用户想要的内容，那么这台服务器就要向它的上一级缓存服务器请求内容，直至追溯到网站的原服务器将内容拉到本地。

5. CDN 关键技术

缓存算法

• 缓存代理软件：Squid
• 缓存算法决定命中率、源服务器压力、FTP 节点存储能力。

分发能力

• 分发能力取决于 IDC 能力和 IDC 策略性分布。

负载均衡

• 负载均衡软件：Nginx
• 负载均衡（智能调度）决定最佳路由、响应时间、可用性、服务质量。

基于 DNS

• DNS 服务器软件：BIND
  • 基于 DNS 的负载均衡以 CNAME 实现域名中转，智取最优节点服务。
  • 缓存点有客户端浏览器缓存、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。

支持协议

• 支持协议如静动态加速（图片加速、http 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。