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    cdn是什么,cdn加速原理

    來源:投稿  作者:小易整編  發布時間:2022-11-08 07:36
    摘要:1、什么是CDN?CDN(Content Delivery Network)也叫內容分發網絡,此技術旨在降低帶寬消耗,減少延遲,在網絡負載時體現路由的可擴展性。直觀上體現在應用程序或網頁的提速,改善應用服務器壓力的同時提高用戶體驗。2、為什...

    1、什么是CDN?

    CDN(Content Delivery Network)也叫內容分發網絡,此技術旨在降低帶寬消耗,減少延遲,在網絡負載時體現路由的可擴展性。

    直觀上體現在應用程序或網頁的提速,改善應用服務器壓力的同時提高用戶體驗。

    2、為什么要用CDN?

    傳統單一站點,以及流媒體的訪問并發量受帶寬限制和服務器性能等因素限制,無限擴容雖能及時緩解瓶頸壓力,但是治標不治本,還會有資源浪費的嫌疑。因此在網絡“基建”已搭建好的情境下,如何對數據流進行規整,實現既能節省帶寬又能減少對服務器性能依賴成為了一種新思路。

    CDN技術由此應運而生。對源站頁面內容進行緩存,打破跨地域、跨運營商用戶訪問的壁壘,同時緩解了企業帶寬和服務器承載壓力,加快應用的響應速度,為用戶帶來卓越的交互體驗。

    3、CDN加速原理

    CDN通過建立多個節點,將源站內容更新并下發、緩存到全部節點。當用戶請求資源時,CDN根據就近原則,將距離用戶最近的節點作為緩存服務器下發資源。

    cdn是什么,cdn加速原理

    圖|CDN架構示例

    CDN主要從兩點體現加速價值,一是提高網絡的連接性,二是從網絡根本的性能上。下面會根據這兩方面分別介紹CDN的功能。

    炫酷技術——提高網絡連接性

    影響網絡連接性的因素有很多,可以把數據傳輸過程想象成排水系統,不同類型的數據則可以理解為排水系統中不同的物質,所以在排水時有兩類問題就需要工廠來明確。

    • 從源頭來考慮:

      排放機制是否需要時時刻刻都進行,還是在中繼處攢到一定容量再統一排放。

    • 從中間環節來考慮:

      排水系統的大體積物質若是過大是否會堵塞通道,因此也要考慮物質壓縮問題。

    這些問題都可以被形象地類比為數據傳輸中遇到的問題。工廠第一個排放機制的問題等同于http請求的處理,無論是網絡帶寬,還是瀏覽器可容納的TCP并發量,都是有閥值限制的,因此需要一些手段合理降低客戶端請求數。第二個問題等同于數據傳輸中大文件的處理方式,是要統一進行壓縮還是增加“排隊”的長度。

    值得欣慰的是,當前CDN的技術可以很好地解決數據傳輸中的問題。下面5點是從CDN在提高網絡連接性的方面應用的技術和算法。

    1.     對HTTP頭部實現緩存策略

    如果相同版本的HTTP頁面一直在被加載,無論對于源站服務器還是客戶端都等于做了很多“無用功”。因此CDN會自主學習,將該HTTP頁面當成是“靜態頁面”,并緩存到CDN的緩存服務器上。等用戶再請求相同資源的時候,CDN代替源站服務器,直接返回已進行緩存的資源,節省了進行相同運算的處理時間。帶給用戶的直觀感受就是程序或網頁響應快。

    此外,CDN可以直接重寫HTTP的緩存標頭,對是否緩存、緩存時間、強制緩存,將源站資源緩存在CDN節點上,完全根據用戶需求進行定制化部署。

    2.     減少HTTP請求

    從網絡層面講,每請求一個網頁資源就需要發起一個HTTP請求,當請求數過多時就會造成首字節時間(TTFB)的延長。因此頁面元素越多,也就越消耗時間來加載資源。造成的結果就是,用戶打開內容豐富的頁面,反而引起了5s焦慮,因此放棄繼續訪問[]。丟失用戶這對于應用來說,無異于是巨大的損失。

    CDN可通過整合資源從而減少資源的HTTP請求,從而加快用戶加載頁面所消耗的時間。

    cdn是什么,cdn加速原理

    圖|CDN進行HTTP資源整合示例

    3.     HTML內容壓縮

    通常HTML會對整個內容進行壓縮,壓縮后的文件越大,瀏覽器在進行解壓縮并傳遞給用戶的時間就會越長,而影響解壓縮時間的因素與采取的壓縮工具有關。在對GZIP、BZIP、LZMA等壓縮方式進行對比之后發現,GZIP對內容的壓縮量相對較大[2],且GZIP的壓縮和解壓縮時間都相對較小[3],因此GZIP為當前最為普遍的壓縮方式。

    CDN可以對HTML進行GZIP壓縮,最大程度優化因為網頁內容的壓縮和解壓縮影響下的TTFB。

    4.     圖片加載

    常規的圖片壓縮方式分為三種:

    第一種是有損壓縮,將圖片的質量降低,從而減少圖片大??;

    第二種是將圖片變成像素模式,并同時將圖片優化,使其看起來更好看而不是全部由像素點構成的圖片,從而減少瀏覽器加載圖片的時間;

    第三種是將柵格式的圖片全部變成矢量圖,從根本上減少圖片大小,同時維持高質量的視覺效果。

    CDN則利用第三種方式,在無損圖片質量的同時最大程度減少圖片大小。因此圖片越大,越能體現CDN對于圖片處理的優越性。

    5.     SSL連接

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    圖|CDN雙向加密示例

    ① 安全性

    數據傳輸當然不可忽視數據加密問題,在使用CDN過程中涉及兩階段SSL加密過程。優秀的CDN服務商,在用戶和CDN交互過程使用的是CDN提供的經由CA認證的高等級A+證書。因此通常情況下用戶與CDN節點的緩存數據進行交互過程是安全可控的。而CDN訪問源站的過程是需要自行按需部署SSL證書,所以保證了數據在CDN和源站進行交互的過程也是加密的。

    除此之外,CDN還可提供HTTP嚴格傳輸安全協議( HSTS )技術。即CDN可統一對接入的源站域名進行管理,使該域只能通過SSL/TLS進行訪問。但是因為有些應用在https進行訪問后會重定向到http,若應用HSTS,則有可能會影響部分功能,因此HSTS技術還是根據用戶需求按需部署。

    ② 高效

    當client請求數據的時候,本質上是通過與CDN邊緣節點服務器進行交互,而CDN邊緣節點服務器再定期或根據用戶需求向源站進行數據同步或預取。在用戶與CDN進行數據交互過程中,CDN提供keep alive機制。當用戶請求資源時,CDN支持短時間的開放連接,使用戶無需重復與CDN節點建立連接,從而減少了SSL反復建立連接過程中浪費的時間。


    穩固地基——改善網絡性能

    CDN是否優秀,一方面體現在對于改善網絡連接所使用的多種技術。但是無論提供的技術有多智能、多便捷,CDN的立足之本都是節點的物理位置選擇和整體網絡的架構部署。就好比搭建房子,根基穩了才能在上層建筑上凸顯個性。因此CDN的根基主要是從網絡的數據傳輸方式、路由策略和運營商的選擇來衡量的。

    1.     拯救運維工程師睡眠的技術——任意播(Anycast)

    網絡環境中,數據從客戶端到服務器的通信方式有多種選擇,常見為單播、組播、廣播。

    • 單播(Unicast)是指一對一的通信方式,只有客戶端發起了請求服務器才會發送數據流。這種方式最為廣泛,常見的TCP就是屬于單播模式。更直觀來講,用戶發送郵件、瀏覽網頁就是單播最好的體現,即點對點傳輸。

    • 組播(Multicast)是指一對多的通信方式,但是只發給特定“組”的用戶,當下視頻會議、流媒體等資源多數采用組播方式。形象的比喻是用戶在油管上關注了一個播主,那么這個播主更新的內容會自動推送到訂閱該播主的用戶上。不在這個訂閱組的用戶將收不到更新的推送。那么“組”的這個概念就很好理解了。

    • 廣播(Broadcast)也是一對多的通信方式,只不過相較于組播,廣播是發給廣播域里面所有用戶。因為用戶只能是被動接受,若是再加上網絡結構設計不合理,因此才會有“廣播風暴”這種網絡故障存在。

    然而任意播(Anycast)的產生則是概念性的突破。任意播是由IPV6衍生出的一個技術,即通過“就近原則”,向最近節點發送數據的方式。那么問題來了,網絡又不像實際路況,到某一個節點路由器時,面對新解鎖的地圖它怎么知道誰最近呢?尤其涉及到全球范圍,每一個國家的路由是不會讓別人摸清的,那依靠任意播的CDN、DNS是怎么工作的呢?

    答案就是利用BGP。不同地域之間靠邊緣ISP將路由告知給鄰居節點,從而實現了將保密區域內部結構私有化,同時不同地域之間又能互通。

    CDN便是依托于該特點,在全球節點互通互聯的基礎上,向全球用戶提供加速服務。

    cdn是什么,cdn加速原理

    圖|CDN路由選擇示例

    2.     運營商強強聯合

    CDN選取的運營商線路所影響的加速效果遠比CDN提供的技術性能優化明顯得多。一般來講,一級運營商的專線質量以及節點位置、數量會遠遠高于二、三級運營商。因此為保證運營商效益,一級運營商會在不同地域構成一個類似于聯盟性質的“一級運營商俱樂部”,在穩固了自己的市場占有率同時,又保證彼此通過聯盟而向用戶提供最優的鏈路質量。與此同時,優質CDN則會協議使用“一級運營商俱樂部”提供的鏈路,將加速效果最大化。


    總結

    通過CDN的靈活部署,在節省了互聯網出口帶寬的同時,為業務帶來了更多的可能性。不用再顧慮大文件、高清音頻是否會出現嚴重卡頓現象,不再考量其他地域用戶是否有時延問題等。應用CDN不但為業務免除了數據傳輸的影響因素,而且帶來了卓越的用戶體驗,讓業務可以更加專注于應用的開發以及客戶群體的定位。



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