浏览器输入域名后,DNS将域名解析为地址,然后请求该地址,返回一个网页。 这个过程就像你买个东西,先查找商店位置,然后找到想要的商品,拿回家。
在某宝买个东西,这东西一定要从总部仓库送来吗? 成熟的电商都会在各地建仓库,客户一下单,就近发货,次日达使得用户体验极佳。
所以网站访问可借鉴“就近配送”思想。
可以在各地的数据中心里部署几台机器,形成一个缓存集群,用户访问数据时,就近访问! 这些分布在各个地方的各个数据中心的节点,称为边缘节点。
由于边缘节点数目较多,但每个集群规模较小,不可能缓存下来所有东西,可能无法命中,这样就会在边缘节点之上。 有区域节点,规模就要更大,缓存的数据更多,命中概率更大。区域节点之上是中心节点,规模更大,缓存数据更多。 还不命中,就只好回源网站访问了。 CDN的分发系统的架构:
CDN系统的缓存,也是一层一层的,能不访问后端真正的源,就不打扰它。 电商网站物流系统的思路:北京局找不到,找华北局,华北局找不到,再找北方局。
那么客户端如何找到相应的边缘节点进行访问? 基于DNS的全局负载均衡,主要用来选择一个就近的同样运营商的服务器进行访问。CDN分发网络也是一个分布在多个区域、多个运营商的分布式系统,也可以用相同的思路选择最合适的边缘节点。
无CDN时:用户向浏览器输入www.web.com域名后,客户端访问本地DNS服务器时,若本地DNS服务器:
就不一样了。在web.com这个权威DNS服务器上,会设置一个CNAME别名,指向另外一个域名 www.web.cdn.com,返回给本地DNS服务器。
当本地DNS服务器拿到这个新域名,需继续解析,再访问的就不是web.com的权威DNS服务器了,而是web.cdn.com的权威DNS服务器。在这个服务器上,还是会设置一个CNAME,指向另外一个域名,也即CDN网络的全局负载均衡器。
接下来,本地DNS服务器去请求CDN的全局负载均衡器解析域名,全局负载均衡器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:
综合分析后,全局负载均衡器会返回一台缓存服务器的IP地址。
本地DNS服务器缓存这个IP地址,然后将IP返回给客户端,客户端去访问这个边缘节点,下载资源。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,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可以进行缓存的内容有很多种。
保质期长的日用品比较容易缓存,因为不容易过期,对应到就像电商仓库系统里,就是静态页面、图片等,因为这些东西也不怎么变,所以适合缓存。
进入数据中心时,希望通过最外层接入层的缓存,将大部分静态资源的访问拦在边缘。 CDN更进一步,将这些静态资源缓存到离用户更近的数据中心外。越接近客户,访问性能越好,时延越低。
CDN支持流媒体协议,例如RTMP协议。相当于一个代理,从上一级缓存读取内容,转发给用户。由于流媒体往往是连续的,因而可以进行预先缓存的策略,也可以预先推送到用户的客户端。
静态页面内容的分发一般采取拉取模式,即当发现未命中,再去上一级拉取。但流媒体数据量大,如果出现回源,压力会比较大,所以往往采取主动推模式,将热点数据主动推送到边缘节点。
流媒体,很多CDN还提供预处理服务,即文件在分发前,经过一定处理,比如:
最简单的方法就是HTTP头的refer字段, 当浏览器发送请求时,带上referer,告诉服务器是从哪个页面链接过来的,服务器基于此可以获得一些信息用于处理。如果refer信息并非来自本站,就阻止访问或跳到其它链接。
但refer方案易被破解,还需配合其它机制,比如时间戳防盗链: 使用CDN的管理员可以在配置界面上,和CDN厂商约定一个加密字符串。 客户端取出当前的时间戳,要访问的资源及其路径,连同加密字符串进行签名算法得到一个字符串,然后生成一个下载链接,带上这个签名字符串和截止时间戳去访问CDN。
在CDN服务端,根据取出过期时间,和当前 CDN 节点时间比较,确认请求是否过期。然后CDN服务端有了资源及路径,时间戳,以及约定的加密字符串,根据相同的签名算法计算签名,如果匹配则一致,访问合法,才会将资源返回给客户。
在电商仓库中,有关生鲜的缓存就非常麻烦,这对应动态数据,较难缓存。现在的动态CDN,主要有两种模式:
边缘计算模式。既然数据是动态生成,所以数据的逻辑计算和存储,也相应放在边缘的节点。 定时从源数据那里同步存储的数据,然后在边缘进行计算得到结果。
就像对生鲜的烹饪是动态的,没办法事先做好缓存,因而将生鲜超市放在你家旁边,既能够送货上门,也能够现场烹饪,也是边缘计算的一种体现。
路径优化模式。数据不是在边缘计算生成,而是在源站生成,但是数据的下发可以通过CDN网络,对路径进行优化。因为CDN节点较多,能够找到离源站很近的边缘节点,也能找到离用户很近的边缘节点。中间的链路完全由CDN来规划,选择一个更加可靠的路径,使用类似专线的方式进行访问。
TCP连接在公网上传输的时候经常会丢数据,导致TCP的窗口始终很小,发送速度上不去。 在CDN加速网络中可调整TCP参数:
就像冷链运输,整个物流优化了,全程冷冻高速运输。不管生鲜是从你旁边的超市送到你家的,还是从产地送的,保证到你家是新鲜的。