CDN概念基本介绍

CDN概念基本介绍

一 . CDN简介

什么是CDN？

CDN的全称是Content Delivery Network，即内容分发网络。

其基本思路是尽可能避开互联网上有可能影响数据传输速度和稳定性的瓶颈和环节，使内容传输的更快、更稳定。通过在网络各处放置节点服务器所构成的在现有的互联网基础之上的一层智能虚拟网络，CDN系统能够实时地根据网络流量和各节点的连接、负载状况以及到用户的距离和响应时间等综合信息将用户的请求重新导向离用户最近的服务节点上。

其目的是使用户可就近取得所需内容，解决Internet网络拥挤的状况，提高用户访问网站的响应速度。

为什么需要CDN？

通常用户满意的网页打开时间是在2秒以下。互联网有一项著名的8秒原则。用户在访问Web网页时
，如果时间超过8秒就会感到不耐烦，如果下载需要太长时间，他们就会放弃访问。

CDN的优势

（1）CDN节点解决了跨运营商和跨地域访问的问题，访问延时大大降低；
（2）大部分请求在CDN边缘节点完成，CDN起到了分流作用，减轻了源站的负载。

二 . CDN的工作原理

传统的浏览器访问网站应步骤：

1. 在浏览器输入网址

2. 浏览器请求dns服务器，查询到对应的IP
3. 浏览器向服务器发起TCP连接
4. 浏览器通过建立的TCP连接发送HTTP协议报文
5. 服务器向浏览器发送页面内容
6. 浏览器将页面展现出来

CDN用户访问流程：

1.用户向浏览器输入www.web.com这个域名，浏览器第一次发现本地没有dns缓存，则向网站的DNS服务器请求；
2.网站的DNS域名解析器设置了CNAME，指向了www.web.51cdn.com,请求指向了CDN网络中的智能DNS负载均衡系统；
3.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；
4.用户向该IP节点（CDN服务器）发出请求；
5.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；
6.请求结果发给用户。

主要特点：
1、本地Cache加速
提高了企业站点（尤其含有大量图片和静态页面站点）的访问速度，并大大提高以上性质站点的稳定性
2、镜像服务
消除了不同运营商之间互联的瓶颈造成的影响，实现了跨运营商的网络加速，保证不同网络中的用户都能得到良好的访问质量。
3、远程加速
远程访问用户根据DNS负载均衡技术 智能自动选择Cache服务器，选择最快的Cache服务器，加快远程访问的速度
4、带宽优化
自动生成服务器的远程Mirror（镜像）cache服务器，远程用户访问时从cache服务器上读取数据，减少远程访问的带宽、分担网络流量、减轻原站点WEB服务器负载等功能。
5、集群抗攻击
广泛分布的CDN节点加上节点之间的智能冗余机制，可以有效地预防黑客入侵以及降低各种D.D.o.S攻击对网站的影响，同时保证较好的服务质量 。

CDN对网络的优化：

1.解决服务器端的“第一公里”问题

2.缓解甚至消除了不同运营商之间互联的瓶颈造成的影响

3.减轻了各省的出口带宽压力

4.缓解了骨干网的压力

5.优化了网上热点内容的分布

第一公里
是指万维网流量向用户传送的第一个出口，是网站服务器接入互联网的链路所能提供的带宽。
这个带宽决定了一个 网站能为用户提供的访问速度和并发访问量。如果业务繁忙，用户的访问数越多，拥塞越严重，网站会在最需要向用户提供服务时失去用户。

中间一公里
代表互联网中节点与节点之间的传输网络

最后一公里
万维网流量向用户传送的最后一段接入链路

三 . CDN的应用场景

网站站点/应用加速

站点或者应用中大量静态资源的加速分发，建议将站点内容进行动静分离，动态文件可以结合云服务器ECS，静态资源如各类型图片、html、css、js文件等，建议结合 对象存储OSS 存储海量静态资源，可以有效加速内容加载速度，轻松搞定网站图片、短视频等内容分发

视音频点播/大文件下载分发加速

支持各类文件的下载、分发，支持在线点播加速业务，如mp4、flv视频文件或者平均单个文件大小在20M以上，主要的业务场景是视音频点播、大文件下载（如安装包下载）等，建议搭配对象存储OSS使用，可提升回源速度，节约近2/3回源带宽成本。

视频直播加速（内测中）

视频流媒体直播服务，支持媒资存储、切片转码、访问鉴权、内容分发加速一体化解决方案。结合弹性伸缩服务，及时调整服务器带宽，应对突发访问流量；结合媒体转码服务，享受高速稳定的并行转码，且任务规模无缝扩展。目前CDN直播加速已服务内部用户测试并优化，即将上线

移动应用加速

移动APP更新文件（apk文件）分发，移动APP内图片、页面、短视频、UGC等内容的优化加速分发。提供httpDNS服务，避免DNS劫持并获得实时精确的DNS解析结果，有效缩短用户访问时间，提升用户体验。

四 . CDN缓存

缓存是什么？

缓存是一个到处都存在的用空间换时间的例子。通过使用多余的空间，我们能够获取更快的速度。
首先，看看没有网站没有接入CDN时，用户浏览器与服务器是如何交互的：

用户在浏览网站的时候，浏览器能够在本地保存网站中的图片或者其他文件的副本，这样用户再次访问该网站的时候，浏览器就不用再下载全部的文件，减少了下载量意味着提高了页面加载的速度。

中间加上一层CDN，那么用户浏览器与服务器的交互如下：

客户端浏览器先检查是否有本地缓存是否过期，
如果过期，则向CDN边缘节点发起请求，CDN边缘节点会检测用户请求数据的缓存是否过期，如果没有过期，则直接响应用户请求，此时一个完成http请求结束；
如果数据已经过期，那么CDN还需要向源站发出回源请求（back to the source request）,来拉取最新的数据。
浏览器缓存策略

Expires策略

Expires是web服务器 响应消息头字段，在响应http请求时告诉浏览器在过期时间前，浏览器可以直接从浏览器缓存读取数据，而无需再次请求，它的值对应一个GMT（格林尼治时间），比如“Mon, 22 Jul 2012 11:15:08 GMT”来告诉浏览器资源缓存过期时间，如果还没过该时间点则不发请求。
不过Expires是HTTP 1.0的东西。
现在浏览器都是默认HTTP 1.1的了。所以基本可以忽略它。

Expires有一个缺点，就是它的过期时间是服务器的时间，比如我的客户端时间和服务器时间相差很大，那误差就很大。

比如服务器返回的是2016年7月16号过期，我的电脑时间被我修改了，快了一天为2016年7月17号，那客户端缓存就过期了。所以它被Cache-Control：max-age=秒 替代了。
Cache-control策略

Cache-Control与Expires的作用一致，都是指明当前资源的有效期，控制浏览器是否直接从浏览器缓存取数据还是重新发请求到服务器取数据。

只不过Cache-Control的选择更多，设置更细致，如果同时设置的话，其优先级高于Expires。

Cache-Control可拥有如下值：

Public
任何情况下都得缓存该资源。
Private
指示对于单个用户的整个或部分响应消息，不能被共享缓存处理。缓存只开放给某些特定的用户，比如服务器的用户，其他用户则不能缓存这些数据。
no-cache
指示请求或响应消息不能缓存，该选项并不是说可以设置”不缓存“，容易望文生义~。要求向服务器发起新鲜度检验
no-store
用于防止重要的信息被无意的发布。在请求消息中发送将使得请求和响应消息都不使用缓存，完全不存下來。主要用于一些机密文件
max-age
指示客户端该端时间内缓存都是最新的。以秒为单位。比如：Cache-Control：max-age=120 表示2分钟之后过期。
min-fresh
指示客户端希望获取一个在小于指定的时间内被更新过的资源，单位为秒：例如：Cache-Control：min-fresh =120 。向服务器获取2分钟内被更新过的资源
max-stale
指示客户端可以接收超出超时期间的响应消息。例如：Cache-Control：max-stale =120 ，向服务器获取超过缓存时间2分钟的资源。
must-revalidate:作用与no-cache相同，但更严格，强制意味更明显

Last-Modified：
　　标示这个响应资源的最后修改时间，web服务器在响应请求时，告诉浏览器资源的最后修改时间。

If-Modified-Since：
　　当资源过期时（也就是Cache-Control:max-age=0，），发现资源具有Last-Modified声明，则再次向web服务器请求时带上头If-Modified-Since，表示请求时间。web服务器收到请求后发现有头If-Modified-Since 则与被请求资源的最后修改时间进行比对。若Last-Modified的时间较新，说明最后修改时间较新，说明资源又被改动过，则响应整的资源重新从服务器读取，而不是读取缓存，返回200状态吗；若If-Modified-Since的时间比Last-Modified新或者相等，说明服务器的内容没有更新，直接读取缓存即可，返回304状态码，告知浏览器继续使用所保存的cache

Etag

通常情况下，通过修改时间来比较文件是可行的。但是在一些特殊情况，例如服务器的时钟发生了错误，服务器时钟进行修改，夏时制DST到来后服务器时间没有及时更新，这些都会引起通过修改时间比较文件版本的问题。

ETag可以用来解决这种问题。ETag是一个文件的唯一标志符。就像一个哈希或者指纹，每个文件都有一个单独的标志，只要这个文件发生了改变，这个标志就会发生变化。

浏览器缓存刷新

1. 在地址栏中输入网址后按回车或点击转到按钮
   浏览器以最少的请求来获取网页的数据，浏览器会对所有没有过期的内容直接使用本地缓存，从而减少了对浏览器的请求。所以，Expires，max-age标记只对这种方式有效。

2. 按F5或浏览器刷新按钮
   浏览器会在请求中附加必要的缓存协商，但不允许浏览器直接使用本地缓存，它能够让 Last-Modified、ETag发挥效果，但是对Expires无效。

3. 按Ctrl+F5或按Ctrl并点击刷新按钮
   这种方式就是强制刷新，总会发起一个全新的请求，不使用任何缓存。

CDN缓存

浏览器本地缓存失效后，浏览器会向CDN边缘节点发起请求。类似浏览器缓存，CDN边缘节点也存在着一套缓存机制。

CDN缓存的缺点

CDN的分流作用不仅减少了用户的访问延时，也减少的源站的负载。但其缺点也很明显：当网站更新时，如果CDN节点上数据没有及时更新，即便用户再浏览器使用Ctrl+F5的方式使浏览器端的缓存失效，也会因为CDN边缘节点没有同步最新数据而导致用户访问异常。

CDN的缓存机制

　　CDN边缘节点缓存策略因服务商不同而不同，但一般都会遵循http标准协议，通过http响应头中的Cache-control: max-age的字段来设置CDN边缘节点数据缓存时间。

当客户端向CDN节点请求数据时，CDN节点会判断缓存数据是否过期，若缓存数据并没有过期，则直接将缓存数据返回给客户端；否则，CDN节点就会向源站发出回源请求，从源站拉取最新数据，更新本地缓存，并将最新数据返回给客户端。所以，如果我们修改了内容，最好加个版本号，来容CDN重新获取资源，从而减少不必要的麻烦，比如 :

app.js?v=20171114 或者 style.css?v=20171114

CDN缓存刷新

CDN边缘节点对开发者是透明的，相比于浏览器Ctrl+F5的强制刷新来使浏览器本地缓存失效，开发者可以通过CDN服务商提供的“刷新缓存”接口来达到清理CDN边缘节点缓存的目的。这样开发者在更新数据后，可以使用“刷新缓存”功能来强制CDN节点上的数据缓存过期，保证客户端在访问时，拉取到最新的数据。