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CDN优化互联网数据流动



CDN是如何保证在Internet上，实现类似数字视频这样庞大的数据流能够实时、可保障服务质量地传输到每个终端用户的呢？我们将在下面一步一步展开讨论CDN的“个中秘籍”。

CDN的组成

一个典型CDN网络由以下五部分组成，如图所示。

 

内容缓存:

位于 POP接入点或多点 IDC 中, 可缓存静态的Web内容和流媒体内容。

内容交换机:

在 IDC中,可对内容缓存负载平衡及访问控制。

内容路由器:

在POP点或IDC中,负载为用户的请求选择最佳的访问站点。

内容分发系统:

内容缓存只可缓存静态内容而对于一些要求对其所有分布站点的内容作镜像的用户,我们需要一个内容镜像系统,这就是内容分发系统。

CDN管理系统:

由于CDN系统是提供给多个用户共享,所以需要一个中心管理系统作为 CDN的集中管理。



CDN的工作原理

当用户访问已经加入CDN服务的网站时，首先通过DNS重定向技术确定最接近用户的最佳CDN节点，同时将用户的请求指向该节点。当用户的请求到达指定节点时，CDN的服务器（节点上的高速缓存)负责将用户请求的内容提供给用户。

用户访问的基本流程如下：

1)用户在自己的浏览器中输入要访问的网站的域名=>>

2)浏览器向本地DNS请求对该域名的解析=>>

3)本地DNS将请求发到网站的主DNS，主DNS再将域名解析请求转发到重定向DNS=>>

4)重定向DNS根据一系列的策略确定当时最适当的CDN节点，并将解析的结果（IP地址）发给用户=>>

5)用户向给定的CDN节点请求相应网站的内容=>>

6)CDN节点中的服务器负责响应用户的请求，提供所需的内容。

CDN的多种技术

CDN的实现需要依赖多种网络技术的支持：

负载均衡技术、动态内容路由、高速缓存机制、动态内容分发与复制、安全服务等。

1.负载均衡技术



负载均衡技术，在网络环境下简而言之就是把网络负载尽量均匀地分配到几个能完成相同任务的服务器或网络节点上去执行和处理，由此来避免部分网络节点过载。而另一部分节点空闲的不利状况，改善网络性能，提高处理效率。

在CDN中，负载均衡又分为：服务器负载均衡和服务器全局负载均衡。

服务器负载均衡



网站内容、功能的日益增多，直接导致了支撑网站的服务器数量的不断增加。如何行之有效地根据各台服务器的处理能力动态地分配任务，已成为解决服务器访问速度问题的关键，这里所用到的技术，就是服务器负载均衡技术。利用这种技术，能够在性能不同的服务器之间进行任务分配，既保证性能差的服务器不成为系统的瓶颈，也能保证性能高的服务器资源得到充分利用，从而加快了Web服务器的访问速度。

服务器全局负载均衡



服务器全局负载平衡允许 Web 网络托管商、门户站点和企业根据地理位置分配内容和服务。分散内容和服务有许多好处，包括可以自动地将用户指引到位于其地理区域中的服务器，从而减少响应时间和对昂贵的国际数据连接的使用时间。引导用户离开拥挤的网络和服务器。通过使用多站点内容和服务来提高容错性和可用性，防止因本地网或区域网络中断、断电或自然灾害而导致的故障。

服务器全局负载平衡一般依照一些标准将用户的请求转到“最佳站点”，从而为其提供更好的服务。这些标准可以是：站点的健康状况、站点距离、检索指定内容所需的响应时间等。

2.动态内容路由



当用户访问加入CDN服务的网站时，域名解析请求将最终由重定向DNS负责处理。它通过一组预先定义好的策略（如内容类型、地理区域、网络负载状况等），将当时最接近用户的节点地址提供给用户，使用户可以得到快速的服务。同时，它还与分布在世界各地的所有CDNC（CDN Control）节点保持通信，搜集各节点的健康状态，确保不将用户的请求分配到任何一个已经不可用的节点上。它还具有在网络拥塞和失效情况下，自适应调整路由的能力。

3.高速缓存机制



Web 缓存服务通过几种方式来改善用户的响应时间。如代理缓存服务、透明代理缓存服务、使用重定向服务的透明代理缓存服务等。通过 Web 缓存服务，用户访问网页时可以将 WAN 的流量降至最低。对于公司内连网用户来说，这意味着将内容在本地缓存，而无须通过专用的 WAN 来检索网页。对于万维网用户来说，这意味着将内容存储在他们的 ISP 的缓存器中，而无须通过 Internet 来检索网页。在上述任何一种情况下，不但用户可以获得更快的响应，而且企业或 ISP 也会因为通信成本的降低而受益。

4.动态内容分发与复制



网站访问响应速度取决于许多因素，如网络的带宽是否有瓶颈、传输途中的路由是否有阻塞和延迟、网站服务器的处理能力、访问距离等。多数情况下，网站响应速度和访问者与网站服务器之间的距离有密切的关系。尽管中国电信计划将骨干网络提速8倍，并且增加带宽，但是如果访问者和网站之间的距离太远的话，它们之间的通信一样需要经过重重的路由转发和处理，网络延误不可避免。一个有效的方法就是利用内容分发与复制机制，将占网站主体的大部分静态网页、图像和流媒体数据分发复制到各地的加速节点上。

内容分发网络可以采用智能路由和流量管理技术，及时发现与访问者最近的加速节点，并将访问者的请求转发到该加速节点，由该加速节点提供内容服务。利用内容分发与复制机制，托管客户不需要改动原来的网站结构，只需修改少量的DNS配置，就可以加速网络的响应速度。

5.安全服务



安全性是网络或应用托管服务的基石，对于一个完整的CDN网络而言，安全性是必须的要求。只有具有了安全性保障，才能确保客户保密性和内容完整性，安全服务要求包括：快速、安全的连接请求处理；拒绝服务防护；高性能防火墙和状态周边安全；安全部件的冗余和状态故障清除；实时线速入侵检测（IPS）和报警；威胁响应网络基础设施动态配置。