CDN工作机制

CDN工作机制CDN也就是内容分布网络（ContentDeliveryNetwork），它是构筑在现有Internet上的一种先进的流量分配网络。其目的是通过在现有的Internet中增加一层新的网络架构，将网站的内容发布到最接近用户的网络“边缘”，使用户可以就近取得所需的内容，提高用户访问网站的响应速度。有别于镜像，它比镜像更智能，可以做这样一个比喻：CDN=镜像（Mirror）+缓存（Cache）+整体负载均衡（GSLB）。因而，CDN可以明显提高Internet中信息流动的效率。目前CDN都以缓存网站中的静态数据为主，如CSS、JS、图片和静态页面等数据。用户在从主站服务器请求到动态内容后再从CDN上下载这些静态数据，从而加速网页数据内容的下载速度，如淘宝有90%以上的数据都是由CDN来提供的。通常来说CDN要达到以下几个目标。◎可扩展（Scalability）。性能可扩展性：应对新增的大量数据、用户和事务的扩展能力；成本可扩展性：用低廉的运营成本提供动态的服务能力和高质量的内容分发。◎安全性（Security）。强调提供物理设备、网络、软件、数据和服务过程的安全性，（趋势）减少因为DDoS攻击或者其他恶意行为造成商业网站的业务中断。◎可靠性、响应和执行（Reliability、Responsiveness和Performance）。服务可用性，能够处理可能的故障和用户体验的下降，通过负载均衡及时提供网络的容错机制。通常的CDN架构如图1-16所示。如图1-16所示，一个用户访问某个静态文件（如CSS文件），这个静态文件的域名假如是cdn.taobao.com，那么首先要向LocalDNS服务器发起请求，一般经过迭代解析后回到这个域名的注册服务器去解析，一般每个公司都会有一个DNS解析服务器。这时这个DNS解析服务器通常会把它重新CNAME解析到另外一个域名，而这个域名最终会被指向CDN全局中的DNS负载均衡服务器，再由这个GTM来最终分配是哪个地方的访问用户，返回给离这个访问用户最近的CDN节点。拿到DNS解析结果，用户就直接去这个CDN节点访问这个静态文件了，如果这个节点中所请求的文件不存在，就会再回到源站去获取这个文件，然后再返回给用户。负载均衡（LoadBalance）就是对工作任务进行平衡、分摊到多个操作单元上执行，如图片服务器、应用服务器等，共同完成工作任务。它可以提高服务器响应速度及利用效率，避免软件或者硬件模块出现单点失效，解决网络拥塞问题，实现地理位置无关性，为用户提供较一致的访问质量。通常有三种负载均衡架构，分别是链路负载均衡、集群负载均衡和操作系统负载均衡。所谓链路负载均衡也就是前面提到的通过DNS解析成不同的IP，然后用户根据这个IP来访问不同的目标服务器，如图1-17所示。负载均衡是由DNS的解析来完成的，用户最终访问哪个WebServer是由DNSServer来控制的，在这里就是由GlobalDNSServer来动态解析域名服务。这种DNS解析的优点是用户会直接访问目标服务器，而不需要经过其他的代理服务器，通常访问速度会更快。但是也有缺点，由于DNS在用户本地和LocalDNSServer都有缓存，一旦某台WebServer挂掉，那么很难及时更新用户的域名解析结构。如果用户的域名没有及时更新，那么用户将无法访问这个域名，带来的后果非常严重。集群负载均衡是另外一种常见的负载均衡方式，它一般分为硬件负载均衡和软件负载均衡。硬件负载均衡一般使用一台专门硬件设备来转发请求，如图1-18所示。硬件负载均衡的关键就是这台价格非常昂贵的设备，如F5，通常为了安全需要一主一备。它的优点很显然就是性能非常好，缺点就是非常贵，一般公司是用不起的，还有就是当访问量陡然增大超出服务极限时，不能进行动态扩容。软件负载均衡是使用最普遍的一种负载方式，它的特点是使用成本非常低，直接使用廉价的PC就可以搭建。缺点就是一般一次访问请求要经过多次代理服务器，会增加网络延时。它的架构通常如图1-19所示。图1-19中上面两台是LVS，使用四层负载均衡，也就是在网络层利用IP地址进行地址转发。下面三台使用HAProxy进行七层负载，也就是可以根据访问用户的HTTP请求头来进行负载均衡，如可以根据不同的URL来将请求转发到特定机器或者根据用户的Cookie信息来指定访问的机器。最后一种是操作系统负载均衡，就是利用操作系统级别的软中断或者硬件中断来达到负载均衡，如可以设置多队列网卡等来实现。这几种负载均衡不仅在CDN的集群中能使用，而且在Web服务或者分布式数据集群中同样也能使用，但是在这些地方后两种使用得要多一点。