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一文带你弄懂 CDN 的技术原理!
网络 通信技术
网站服务器通过公网出口,再通过长途骨干网,最后通过用户的宽带广猫到达用户所在的局域网,最终才到达用户电脑的浏览器。

大家好,我是树哥!

对于 CDN 这个东西,相信大家都有耳闻,感觉既陌生但又熟悉。最近深入了解了一下 CDN,这才发现原来它如此重要!今天就跟大家分享下关于 CDN 的那些事儿。

浏览器的网络请求

要理解 CDN 这件事情,我们就得先理解浏览器发出一个请求的过程是怎样的,其整体过程如下图所示。

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浏览器网络请求过程

  • 用户在浏览器中输入要访问的网址域名。
  • 浏览器向本地 DNS 服务器请求对域名的解析。
  • 如果本地 DNS 服务器有域名的解析结果,那么直接响应用户请求,返回该域名对应的 IP 地址。
  • 如果本地 DNS 服务器没有域名的解析结果,那么则会递归地向 DNS 系统请求解析,随后将该结果返回给用户。
  • 浏览器得到域名解析结果后,其实也就是域名对应的 IP 地址。
  • 随后浏览器向服务器请求内容。
  • 服务器将用户请求内容返回给浏览器。

通过这么复杂的步骤,用户就可以看到页面内容了。但实际上,在第 6、7 这两步的时候,其中间也经过了非常复杂的过程。为了更清晰地表述,我们可以将这个过程分为 3 个主要节点,如下图所示。

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服务器数据传输过程

网站服务器通过公网出口,再通过长途骨干网,最后通过用户的宽带广猫到达用户所在的局域网,最终才到达用户电脑的浏览器。

其中长途骨干网的传输是最为耗时的,它需要经过网站服务器所在的机房、骨干网、用户所在城域网、用户所在接入网等,其物理传输距离非常遥远。 

在这种情况下,如果传输的数据非常多,访问的用户特别大,那么就会出现很长的延时,影响用户体验。同时,每请求一次数据都需要经过漫长的数据传输,对于长途骨干网来说,都是一次负担。

刚刚说的这个场景,很形象的一个例子是春节抢票的场景。当我们春节抢票时,我们都会登陆 12306 网站,网站上肯定有不少图片资源。这时候可能同时会有 1 个亿的人,同时去请求一张一模一样的图片。

这时候如果我们都按照上面的过程去请求一次图片数据,那么将会产生 1 亿次的网络数据传输,这对于我们整个国家的互联网基础设施是个灾难啊!

但事实情况是:12306 貌似也没有挂掉呀!

那么他们是如何解决这个问题呢?答案就是:CDN!

什么是 CDN ?

其实 CDN 就是内容分发网络的意思,其英文全称为 Content Delivery Network。简单地说,CDN 可以提前把数据存在离用户最近的数据节点,从而避免长途跋涉经过长途骨干网,最终达到减少骨干网负担、提高访问速度的目的。 

按照我们上面的场景,如果没有 CDN 的话,每次请求都需要从网站服务器经过公网出口、长途骨干网、用户接入局域网,最终到达浏览器。但是当有了 CDN 之后,可能就变成了下面这样:

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CDN 缓存服务器

浏览器请求图片数据时,会先去 CDN 缓存服务器获取。如果获取到数据,那么就直接返回。否则才会经过长途骨干网,最终到达网站服务器获取图片数据。那么只要我们提前在 CDN 缓存服务器上传图片,那么我们就可以极大地减少网络流量,同时减少网络延迟。

从上图我们可能会觉得:这不就是在长途骨干网和用户局域网中间,加了一个服务器嘛。但事实上可并不是这样,CDN 其实还缩短了请求数据的距离。

我们知道用户所处的位置可能是全国各地,为了尽可能地减少网络传输的延时,一般都会在离用户较近的地方设置 CDN 缓存服务器,例如:在华南、华北、华东、西南设置一个主 CDN 服务器,这样各个地区的用户就可以直接请求对应的 CDN 服务器,而不需要来回跑大半个中国,极大地提高了效率!

因此,当我们说内容分发网络的时候,脑海里应该有如下这样一张图片:遍布全国各地的 CDN 缓存服务器,组成了我们的内容分发网络。每次用户请求都会到离他最近的 CDN 服务器请求数据,从而极大地提高访问速度。

CDN 工作原理

到了这里,相信大家都知道 CDN 是什么了。但实际上 CDN 是如何与 DNS 结合起来的,这里面还是有点复杂的。加入了 CDN 之后,浏览器的网络请求就变成如下图所示的情况。

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CDN 基本工作过程

  • 浏览器发起图片 URL 请求,经过本地 DNS 解析,会将域名解析权交给域名 CNAME 指向的 CDN 专用 DNS 服务器。
  • CDN 的 DNS 服务器将 CDN 的全局负载均衡设备 IP 地址返回给浏览器。
  • 浏览器向 CDN 全局负载均衡设备发起 URL 请求。
  • CDN 全局负载均衡设备根据用户 IP 地址,以及用户请求的 URL,选择一台用户所属区域的区域负载均衡设备,向其发起请求。
  • 区域负载均衡设备会为用户选择最合适的 CDN 缓存服务器(考虑的依据包括:服务器负载情况,距离用户的距离等),并返回给全局负载均衡设备。
  • 全局负载均衡设备将选中的 CDN 缓存服务器 IP 地址返回给用户。
  • 用户向 CDN 缓存服务器发起请求,缓存服务器响应用户请求,最终将用户所需要偶的内容返回给浏览器。

使用 CDN 服务的网站,只需要将域名解析权交给 CDN 服务商,接着将需要分发的内容上传到 CDN,就可以实现内容加速了!

总结

这么看下来,其实 CDN 内容分发网络,本质上就是一大堆遍布在全球各个角落的缓存服务器。通过与 DNS 的配合,找到最靠近用户的一台 CDN 缓存服务器,然后把数据快速地分发给用户。

通过 CDN 技术,我们不仅减少了对于整体骨干网的流量负担,还提高了用户的体验,真是一举两得啊!

责任编辑:武晓燕 来源: 树哥聊编程
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