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【网络CDN】内容分发网络CDN

高防CDN 2019-01-09
【网络CDN】内容分发网络CDN。

  1. 内容分发网络

  使用GSLB设备可以为用户选择最合适的服务器群,但受Web服务器的负荷和传输距离等因素的影响,响应速度依然经常不能满足用户的需求。这一问题的解决方案就是在传输网络上利用缓存技术使得Web服务数据流能够就近访问。内容分发网络(CDN)正是这种思想的一个实现,CDN使用GSLB设备将用户引导到最合适的缓存节点(距离近,负载低),使得用户在访问静态内容时获得更好的体验。

  (1) CDN简介

  内容分发网络(Content Delivery Network, CDN)其目的是通过在现有的Internet中增加一层新的网络架构,将网站的内容发布到最接近用户的网络"边缘",使用户可以就近取得所需的内容,解决Internet网络拥塞状况,提高用户访问网站的响应速度。从技术上全面解决由于网络带宽小、用户访问量大、网点分布不均等原因所造成的用户访问网站响应速度慢的问题。

  (2) CDN组成

  一个CDN网络主要由以下几部分组成:内容缓存设备、内容分发管理设备、本地负载均衡交换机、GSLB设备和CDN管理系统,其网络结构如下图所示:

  其中,内容缓存设备Cache用于缓存内容实体和对缓存内容进行组织和管理。当有用户访问该客户内容时,直接由各缓存服务器响应用户的请求。

  内容分发管理设备主要负责核心Web服务器内容到CDN网络内缓存设备的内容推送、删除、校验以及内容的管理、同步。

  GSLB设备则实现CDN全网各缓存节点之间的资源负载均衡,它与各节点的SLB设备保持通信,搜集各节点缓存设备的健康状态、性能、负载等,自动将用户指引到位于其地理区域中的服务器或者引导用户离开拥挤的网络和服务器。还可以通过使用多站点的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。

  CDN管理系统实现对全网设备的管理,对系统的配置。它不仅能对系统中的各个设备进行实时监控,对各种故障产生相应的告警,还能实时观测到系统中总的流量以及各节点的流量,并保存在系统的数据库中,作为统计分析的基础数据,并对日志文件进行管理、报告,作为计费的基础数据。

  (3) CDN工作流程

  用户访问某个站点的内容时,若该站点使用了CDN网络,则在用户会在域名解析时获得CDN网络GSLB设备的IP地址。GSLB设备根据其预设的选择策略(如,地理区域、用户时间等)为用户选择最合适的内容缓存节点,并且使用某种方式(如,基于DNS、基于HTTP重定向、基于IP欺骗的方式等)导引用户访问所选的内容缓存节点。

  用户继续向缓存节点发出请求,若缓存中包含请求的内容,则直接返回给用户,否则从核心Web服务器中获取该内容,缓存后返回给用户。这样当用户再次访问相同内容或其他用户访问相同内容时,可以直接从缓存中读取,提高了效率。

  2. CDN内容分发网络

  CDN的全称是Content Delivery Network,即内容分发网络。其目的是通过在现有的Internet中增加一层新的网络架构,将网站的内容发布到最接近用户的网络"边缘",使用户可以就近取得所需的内容,解决Internet网络拥塞状况,提高用户访问网站的响应速度。从技术上全面解决由于网络带宽小、用户访问量大、网点分布不均等原因,解决用户访问网站的响应速度慢的根本原因。

  IDC建立CDN网络,IDC运营商一般需要有分部各地的多个IDC中心,服务对象是托管在IDC中心的客户,利用现有的网络资源,投资较少,容易建设。

  CDN网络的建设主要有企业建设的CDN网络,为企业服务;IDC的CDN网络,主要服务于IDC和增值服务;网络运营上主建的CDN网络,主要提供内容推送服务;CDN网络服务商,专门建设的CDN用于做服务,用户通过与CDN机构进行合作,CDN负责信息传递工作,保证信息正常传输,维护传送网络,而网站只需要内容维护,不再需要考虑流量问题。

  CDN过程:

  1)、用户向浏览器提供要访问的域名;

  2)、浏览器调用域名解析库对域名进行解析,由于CDN对域名解析过程进行了调整,所以解析函数库一般得到的是该域名对应的CNAME记录,为了得到实际IP地址,浏览器需要再次对获得的CNAME域名进行解析以得到实际的IP地址;在此过程中,使用的全局负载均衡DNS解析,如根据地理位置信息解析对应的IP地址,使得用户能就近访问。

  3)、此次解析得到CDN缓存服务器的IP地址,浏览器在得到实际的IP地址以后,向缓存服务器发出访问请求;

  4)、缓存服务器根据浏览器提供的要访问的域名,通过Cache内部专用DNS解析得到此域名的实际IP地址,再由缓存服务器向此实际IP地址提交访问请求;

  5)、缓存服务器从实际IP地址得得到内容以后,一方面在本地进行保存,以备以后使用,二方面把获取的数据返回给客户端,完成数据服务过程;

  6)、客户端得到由缓存服务器返回的数据以后显示出来并完成整个浏览的数据请求过程。

  通过以上的分析我们可以得到,为了实现既要对普通用户透明(即加入缓存以后用户客户端无需进行任何设置,直接使用被加速网站原有的域名即可访问),又要在为指定的网站提供加速服务的同时降低对ICP的影响,只要修改整个访问过程中的域名解析部分,以实现透明的加速服务,下面是CDN网络实现的具体操作过程。

  1)、作为ICP,只需要把域名解释权交给CDN运营商,其他方面不需要进行任何的修改;操作时,ICP修改自己域名的解析记录,一般用cname方式指向CDN网络Cache服务器的地址。

  2)、作为CDN运营商,首先需要为ICP的域名提供公开的解析,为了实现sortlist,一般是把ICP的域名解释结果指向一个CNAME记录;

  3)、当需要进行sorlist时,CDN运营商可以利用DNS对CNAME指向的域名解析过程进行特殊处理,使DNS服务器在接收到客户端请求时可以根据客户端的IP地址,返回相同域名的不同IP地址;

  4)、由于从cname获得的IP地址,并且带有hostname信息,请求到达Cache之后,Cache必须知道源服务器的IP地址,所以在CDN运营商内部维护一个内部DNS服务器,用于解释用户所访问的域名的真实IP地址;

  5)、在维护内部DNS服务器时,还需要维护一台授权服务器,控制哪些域名可以进行缓存,而哪些又不进行缓存,以免发生开放代理的情况。

  实现CDN的主要技术手段是高速缓存、镜像服务器。

  3.CDN的网络架构

  CDN网络架构主要由两大部分,分为中心和边缘两部分,中心指CDN网管中心和DNS重定向解析中心,负责全局负载均衡,设备系统安装在管理中心机房,边缘主要指异地节点,CDN分发的载体,主要由Cache和负载均衡器等组成。

  当用户访问加入CDN服务的网站时,域名解析请求将最终交给全局负载均衡DNS进行处理。全局负载均衡DNS通过一组预先定义好的策略,将当时最接近用户的节点地址提供给用户,使用户能够得到快速的服务。同时,它还与分布在世界各地的所有CDNC节点保持通信,搜集各节点的通信状态,确保不将用户的请求分配到不可用的CDN节点上,实际上是通过DNS做全局负载均衡。

  对于普通的Internet用户来讲,每个CDN节点就相当于一个放置在它周围的WEB。通过全局负载均衡DNS的控制,用户的请求被透明地指向离他最近的节点,节点中CDN服务器会像网站的原始服务器一样,响应用户的请求。由于它离用户更近,因而响应时间必然更快。

  每个CDN节点由两部分组成:负载均衡设备和高速缓存服务器

  负载均衡设备负责每个节点中各个Cache的负载均衡,保证节点的工作效率;同时,负载均衡设备还负责收集节点与周围环境的信息,保持与全局负载DNS的通信,实现整个系统的负载均衡。

  高速缓存服务器(Cache)负责存储客户网站的大量信息,就像一个靠近用户的网站服务器一样响应本地用户的访问请求。

  CDN的管理系统是整个系统能够正常运转的保证。它不仅能对系统中的各个子系统和设备进行实时监控,对各种故障产生相应的告警,还可以实时监测到系统中总的流量和各节点的流量,并保存在系统的数据库中,使网管人员能够方便地进行进一步分析。通过完善的网管系统,用户可以对系统配置进行修改。

  理论上,最简单的CDN网络有一个负责全局负载均衡的DNS和各节点一台Cache,即可运行。DNS支持根据用户源IP地址解析不同的IP,实现就近访问。为了保证高可用性等,需要监视各节点的流量、健康状况等。一个节点的单台Cache承载数量不够时,才需要多台Cache,多台Cache同时工作,才需要负载均衡器,使Cache群协同工作。

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