可能感兴趣的计算机网络协议 -- CDN

作者：opLW
漫长寒假，结束了毕业论文的初稿。最近闲来无事学了点Flutter，感觉多个内容同时学可能会比较有趣，然后就重新捡起了网络协议看起了《趣谈网络协议》和《计算机网络》，进一步完善了对计算机网络整体结构的认知，然后顺便记录下自己感兴趣的熟悉又陌生的协议。
参考文章：CDN是什么？使用CDN有什么优势？

1. CDN简介

CDN(Content Delivery Network，即”内容分发网络“)是将源站内容分发至最接近用户的节点，使用户可就近取得所需内容，提高用户访问的响应速度和成功率，解决因分布、带宽、服务器性能带来的访问延迟问题。如下图所示用户不直接从源站获取资源，而是从距离用户最优的边缘节点获取资源，以此来提高效率。
概念介绍
- 源站使用CDN之前，用户真正想要访问的服务器。
- 边缘节点 边缘节点也称CDN节点、Cache节点等；是相对于网络的复杂结构而提出的一个概念，指距离最终用户接入具有较少的中间环节的网络节点，对最终接入用户有较好的响应能力和连接速度。其作用是根据不同的资源类型进行优化缓存，以此来提高网站访问的速度和质量。

2. CDN获取资源的过程

2.1 概要 使用CDN之前，我们通过源站的IP地址，从源站获取资源；使用CDN之后，我们从边缘节点获取资源。那么问题来了：
- 问题一：CDN系统对于用户来说是不可见的，用户仍然向源站发起请求，那如何将请求从源站转给边缘节点呢？
- 问题二：用户从边缘节点获取资源，那是不是所有资源都可以访问到呢？访问不到怎么办？
2. 2 获取边缘节点的地址 下面解析问题一的解决办法。
- ① 解析用户请求，向权威的网站DNS服务器发起域名解析请求。因为该网站配置了CDN，所以网站DNS服务器会转让解析任务，将域名的解析权交给CNAME指向的CDN专用DNS服务器。
  
  CNAME 配置完成CDN加速后，会得到一个加速后的域名，称为CNAME域名。用户需要将源站的域名解析任务转给CNAME代表的CDN DNS服务器，此后域名解析由提供CDN服务的厂商进行解析。
- ② CDN的DNS服务器将CDN的全局负载均衡系统IP地址返回用户。
- ③④⑤⑥ 用户向上一步得到的全局负载均衡系统发起域名解析请求，全局负载均衡系统向下级的区域均衡系统发起请求，最终区域均衡系统根据用户的实际情况返回相应的边缘节点IP。需要考虑用户的哪些实际情况呢：
  - 根据用户 IP 地址，判断哪一台服务器距用户最近；
  - 用户所处的运营商；
  - 根据用户所请求的 URL 中携带的内容名称，判断哪一台服务器上有用户所需的内容；
  - 查询各个服务器当前的负载情况，判断哪一台服务器尚有服务能力。
- 至此我们得到了边缘节点的IP地址。
2.3 从边缘节点获取资源 下面解析问题二的解决办法。
- ⑦ 用户访问这个边缘节点，下载资源。边缘节点响应用户请求，将用户所需内容传送到用户终端。
- ⑧⑨ 前面介绍边缘节点时提到，边缘节点“根据不同的资源类型进行优化缓存，以此来提高网站访问的速度和质量”，因此边缘节点只进行部分缓存并不保证拥有源站所有的资源 (就像操作系统中内存只保存部分需要用到的资源一样)。所以当访问不到资源时，边缘节点会向上级节点发起请求；上级节点有则返回，无则继续向上请求直至请求到源站。

3. CDN对不同类型资源的缓存策略

3.1 概要 用户请求的资源类型较多，如静态的页面、多媒体等。针对不同的类型，CDN往往采取不同的缓存规则，以此提高空间利用率和请求速度。下面看看不同类型的缓存策略：
3.2 静态资源 由于静态资源具有稳定不易变的性质，不太需要考虑实时性等问题，需要考虑的是访问速度，所以CDN将这些静态资源缓存到离用户更近的边缘节点，越接近客户，访问性能越好，时延越低。
3.3 流媒体类型
- 对于静态资源，内容的分发往往采取拉取的方式，也即当发现未命中的时候，再去上一级进行拉取。但流媒体数据量大，如果频繁回源，压力会比较大，所以往往采取主动推送的模式，将热点数据主动推送到边缘节点。
  
  回源如前面“从边缘节点获取资源”提到的，当用户访问某一个URL的时候，如果被解析到的那个CDN节点没有缓存响应的内容或者是缓存已经到期，就会回源站去获取，简称“回源”。
- 推送数据时往往会对数据做预处理如转码、分片等。转码可以适应不同的清晰度要求，分片则可以减小频繁的清晰度切换带来的资源浪费。
3.4 动态类型 对于动态类型，需要实时的进行计算更新，其缓存方式主要有如下两种模式：
- 边缘计算模式：既然数据是动态生成的，所以数据的计算逻辑和存储，也相应的放在边缘的节点，然后定时从源站那里同步存储的数据，再在边缘进行计算得到结果。
- 路径优化模式：数据不是在边缘计算生成的，而是在源站生成的，但是数据的下发则可以通过 CDN 的网络，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。