CDN是通过什么样的原理实现的？它包含了哪些关键技术？

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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