什么是 CDN？

CDN（Content Delivery Network，内容分发网络）是一种分布式网络架构，用于将内容快速、可靠地传输到用户端。

  • 目标：提高内容的访问速度、降低服务器负载、优化带宽使用、提升用户体验。
  • 关键组成：由大量分布在全球的边缘服务器节点组成，这些节点与用户的物理距离更近。

CDN 加速原理是什么？

CDN 加速的本质是通过 缓存 和 就近访问 的方式，将内容尽可能地从靠近用户的节点提供，从而减少延迟和提升性能。

1. 请求分发

当用户发起资源请求时：

  1. 用户的请求首先到达 CDN 的 DNS 服务器。
  2. CDN 通过智能调度系统，解析用户请求并将其指向最近或最优的边缘节点。

2. 缓存响应

  1. 边缘节点命中缓存：
    • 如果边缘节点已经缓存了用户请求的资源，直接返回缓存内容，避免向源站请求。
    • 优势：减少源站负载，缩短响应时间。
  2. 边缘节点未命中缓存：
    • 节点会向其他较近的 CDN 节点或源站请求资源。
    • 同时，将该资源缓存到本地，供后续请求使用。

3. 就近访问

CDN 的边缘节点靠近用户，网络传输的物理距离短，避免跨区域网络的高延迟问题，提升访问速度。

为什么 CDN 可以做缓存？

CDN 的核心能力是缓存，它能存储网站内容并在用户请求时提供快速响应。这主要依赖以下机制：

  1. 缓存存储机制：

    • CDN 的边缘服务器会将源站的静态资源（如 HTML 文件、CSS、JS 文件、图片、视频等）缓存到本地存储。
    • 当用户发起请求时，CDN 会判断资源是否已经缓存：
      • 如果缓存存在且有效，则直接返回缓存内容。
      • 如果缓存不存在或已过期，则向源站请求最新内容并更新缓存。

  2. 缓存策略：

    • 时间到期：根据 Cache-Control 或 Expires 响应头，设置缓存的有效期。
    • 内容验证：通过 ETag 或 Last-Modified 验证缓存内容是否最新。
    • 主动刷新：根据需求，管理员可以手动或自动刷新 CDN 缓存。

  3. 分布式节点架构：

    • CDN 在多个地理位置部署边缘服务器，缓存资源分散到这些节点上，形成一张全球分布的“缓存网络”。

CDN 加速的关键技术

  1. 智能路由选择：

    • 根据用户地理位置、网络状态、服务器负载，动态选择最快的路径和节点。
    • 避免拥塞、绕路等问题。

  2. 分布式缓存：

    • 通过地理分布的边缘节点缓存静态资源，提供就近响应，提升加载速度。

  3. 动态内容加速：

    • 动态内容无法直接缓存，CDN 使用传输优化技术（如协议优化、压缩传输）加速动态内容传递。

  4. 负载均衡：

    • 通过分布式架构，动态分配流量到多个节点，防止单一节点过载。

CDN 的优点

  1. 加速访问：减少用户与服务器间的延迟，提供更快速的页面加载。
  2. 减少源站压力：缓存大部分流量，降低源站的请求数量。
  3. 降低带宽成本：通过缓存减少源站的出口带宽使用。
  4. 提高可用性：在单点服务器宕机时，其他 CDN 节点可以继续服务。
  5. 防护 DDoS 攻击：通过分布式架构吸收攻击流量，保护源站。

实例：CDN 的缓存和加速

  • 场景：用户在上海访问某视频网站。
  1. 用户发起请求，DNS 解析到最近的上海 CDN 节点。
  2. 如果该节点缓存了视频，直接返回缓存内容。
  3. 如果缓存未命中，节点向源站或其他节点请求视频，返回给用户后再存入缓存。
  4. 后续用户请求直接使用缓存，响应时间明显降低。

通过 CDN 的缓存和加速机制，即使源站位于美国，用户也能快速加载内容，享受流畅的使用体验。