CDN工作原理以及使用CDN的好处

忘是亡心i 2023-09-24 15:31 65阅读 0赞

> 所有的大厂以及其他很多互联网公司都使用了CDN，那CDN到底是什么呢？为什么要使用？一起来看看吧！

#### 文章目录 ####

*  1. 什么是CDN？
 *  2. CDN 是怎么工作的？
 *  3. 使用 CDN 有什么好处？
 *   *  3.1 缩短网站加载时间
     *  3.2 减少带宽成本
     *  3.3 可靠性
     *  3.4 针对攻击有恢复能力
 *  4. CDN常规配置规范

## 1. 什么是CDN？ ##

内容分发网络（CDN）是指一组分布在不同地理位置的服务器，协同工作以提供互联网内容的快速交付。

CDN 允许快速传输加载互联网内容所需的资源，包括 HTML 页面、javascript 文件、样式表、图像和视频（视频可能有其他专门维护的服务器）。 CDN 服务已得到不断普及。如今，几乎所有 web 流量都通过 CDN 提供服务。比如Vue打包后的文件都放到了CDN。

正确配置的 CDN 还可帮助保护网站免受某些常见的恶意攻击，例如分布式拒绝服务（DDOS）攻击。

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## 2. CDN 是怎么工作的？ ##

CDN 的核心是一个服务器网络，目的是尽可能快速、便宜、可靠和安全地交付内容。为了提高速度和连接性，CDN 会将服务器放置在不同网络之间的交换点。

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CDN 通常会将服务器放置在不同网络之间的交换点。这些互联网交换点（IXP）是不同互联网提供商连接的主要位置，以便彼此提供对来自其不同网络的流量的访问。除了 IXP 外，CDN 还将服务器放置在位于全球高流量区域和战略位置的数据中心，以便能够尽快移动流量。

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## 3. 使用 CDN 有什么好处？ ##

### 3.1 缩短网站加载时间 ###

这里我用外网看到的例子补充说明下，看看使用 CDN 和不使用 CDN 在加载时间上有何不同？

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假设纽约的某个人需要访问新加坡服务器上托管的网站。这两个位置相隔甚远，物理距离为大约 9,520 英里。

如果承载网站内容的服务器（源站服务器）位于新加坡，则对各个网页资产的每个请求都必须从纽约前往新加坡，然后再返回。如同搭乘具有许多连接点的国际航班一样，每个请求在从 A 点传到 B 点的远距路程中都要经过一系列路由器。

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请求从纽约到新加坡必须沿途经过每个路由器位置，因此总距离和每个路由器处理请求所花费的时间都会增加传输时间（延迟）。一旦源服务器处理了请求并响应了发出请求的客户端，它就会将信息发送回去，通过类似的路由器序列后返回到纽约。此总往返行程的度量称为 RTT（往返时间）。暂时忽略可用带宽和潜在的网络拥塞，我们来看一个延迟因素的例子。

为便于阐述，我们假设：

*  请求从纽约到新加坡需要 250 毫秒。
 *  建立一个 TCP/IP 连接将添加 3 次 250 毫秒延迟。
 *  网页需要 5 个不同的文件，包括图片、JavaScript 文件和网页本身。

我们粗略看一下该网页的加载时间，括号里面我再解释下

*  750 毫秒：在纽约的客户端和新加坡的源站服务器之间建立 TCP/IP 连接。（**建立了3次连接**）
 *  250 毫秒：对网页的 HTTP 请求从纽约传送到新加坡。（**客户端请求**）
 *  250 毫秒：纽约的请求者收到来自新加坡的源站服务器的响应，响应中包含 200 状态码和包括所有需要的其他资产的网页。（**源服务器响应**）
 *  250 毫秒：纽约的客户端请求这 5 项资产（文件）中的每一项。（**客户端请求加载文件**）
 *  1500 毫秒：这五项资产从新加坡的源站服务器异步交付给客户端。（**源服务器将所需文件返回**）

在这个简单示例中，网页加载的总传输时间约为 3000 毫秒。

每次发出请求并发送响应时，都要遍历纽约客户与新加坡源站之间的整个路径。随着网站规模扩大并需要更多资产，A 点和 B 点之间的延迟会不断增加。

我们再看一下向纽约的 Web 客户端提供托管在新加坡的内容的示例，但这一次新加坡站点使用一个在亚特兰大设有服务器的 CDN，其含有静态网站的缓存副本。

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*  请求从纽约到亚特兰大需要 50 毫秒。（相比新加坡的距离变短了，**请求时间变短**）
 *  建立一个 TCP/IP 连接将添加 3 次 50 毫秒延迟（相比新加坡的距离变短了，**建立连接的时间变短**）
 *  网页需要 5 个不同的资产，包括图片、JavaScript 文件和网页本身。

我们粗略看一下该网页使用 CDN 时的加载时间：

*  150 毫秒：在纽约的客户端和亚特兰大的边缘服务器之间建立 TCP/IP 连接。
 *  50 毫秒：对网页的 HTTP GET 请求从纽约传送到边缘服务器。
 *  50 毫秒：客户端收到来自边缘服务器的响应，响应中包含网页以及还需要的其他资产的列表。
 *  50 毫秒：客户端请求这 5 项资产中的每一项。
 *  800 毫秒：这五项资产从边缘服务器异步交付给客户端。

网页加载的总传输时间约为 1100 毫秒。

在本例中，客户端与内容之间距离缩短使静态内容的延迟时间缩短了 1900 毫秒；也就是说，加载时间缩短了将近 2 秒钟。

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**通过缩短所有必要流量都需要遍历的总距离，网站的每一用户都能节省大量加载时间。用户会随着等待时间增加而开始迅速离开站点（跳出），因此这种改进既代表了更好的用户体验，也代表着更长的页面停留时间。**

> 注意：这不包括下载以及处理请求和响应所需的时间，仅计算在两个位置之间传输信息所需的传输时间。其他重要延迟因素还包括数据缩减、硬盘速度和网络拥塞。

### 3.2 减少带宽成本 ###

CDN 减少网站运营商支出的主要方式是减少往返源服务器的行程。由于 CDN 会缓存网站上的大部分内容并从缓存中提供这些内容，因此源服务器不必一遍又一遍地传递相同的内容。相反，CDN 代表源服务器执行此操作。

>   当用户访问网站时，他们的浏览器将通过互联网加载内容。如果网站不使用 CDN，则所有内容都必须来自源服务器，这意味着每次网站加载时，HTTP 请求都会到达源服务器，而内容则从同一台服务器发出。这种情况发生的次数越多，传输的数据就越多，从而导致网站运营商的成本更高。

这么说可能不明白，举个例子

当客户端从源站服务器请求文件时，请求通常需要传送到服务器，然后再传回来。CDN 将静态内容文件从源站服务器拉取到分布式 CDN 网络中，从而减少延迟，这个过程称为**缓存**，某些 CDN 允许有选择地缓存动态内容。数据经过缓存之后，CDN 将从最近的 CDN 数据中心向客户端提供内容。

当完成 TCP 握手后，客户端就会向 CDN 的网络发出 HTTP 请求。如果内容没缓存，则 CDN 将首先通过在源站服务器和 CDN 边缘服务器之间进行额外一次请求，从源站下载内容。

典型的 CDN 高速缓存过程包含以下 4 个步骤：

*  当用户请求网页时，用户的请求被路由到 CDN 中最近的边缘服务器。
 *  边缘服务器接着向源站服务器请求用户请求的内容。
 *  源站响应边缘服务器的请求。
 *  边缘服务器响应客户端。

如下图：

![ec2a7e6fa3874a3d91285d063674f891.png][]

CDN 与客户端的近距离价值是**在向源站服务器发出初始请求之后体现**出来的。一旦数据从源站服务器缓存到 CDN 网络中，来自客户端的每个后续请求都只需到达最近的边缘服务器即可。如果最近的边缘服务器比源站服务器近，就能减少延迟并且更快提供内容。

如下图：

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我们知道，客户端和服务器之间数据交换越少越好。其实，优化在开发人员打包的时候已经进行处理了。webpack打包会将代码压缩、变量名精简、删掉空格和多余的注释等等。

// 这是注释，在打包的时候可以配置选择性的删除
    function hello(string name) {
        
    	console.log("hello, " + name + " welcome!");
    }

压缩之后可能会变成下面的样子

h:function(n){
        console.log("hello, "+n+" welcome!");}

这样不仅减少了CDN与源服务器传输的数据量，还减少 CDN 的缓存服务器和客户端之间的总体数据传输量，这进一步缩短了前端页面加载时间。当传输的数据总量下降时，延迟和所需带宽都会减少。

上面说到了代码压缩，其实还有文件压缩，若要减少通过互联网传输数据时所需的延迟和带宽消耗，文件压缩是一个重要组成部分。GZip 是常用的压缩方法，许多 CDN 提供商默认情况下都启用 GZip，GZip 压缩后的文件的大小比初始文件小大约 50％ 到 70％。

> CDN是否增加成本？  
> 大多数CDN为其服务收费，但每月数据传输节省的费用通常会超过使用CDN的成本。

### 3.3 可靠性 ###

有时互联网上的内容会出错。服务器出现故障，网络变得拥挤甚至连接中断。CDN 让 Web 应用程序即使在面对这些问题时也能够为用户提供不间断的服务。

CDN 平衡网络流量的负载，确保没有一台服务器不堪重负。如果单个服务器停止工作，CDN 可以启动“故障转移”过程，让备份服务器接管。

>   故障转移可用于防止在服务器不可用时丢失流量。当服务器发生故障时，流量需要重新路由到仍在正常运行的服务器。通过自动将任务卸载到备用系统或其他具有可用容量的机器上，智能故障转移可以防止面向用户的服务出现中断。

一些 CDN可以路由绕过网络拥塞，就像地图高德百度导航可以找到绕过繁忙的路段。由于 CDN 由分布在许多不同数据中心的多台服务器组成，因此它们还可以提供大量冗余。如果服务器、数据中心或整个数据中心区域出现故障，CDN 仍然可以从网络中的其他服务器传送内容。

### 3.4 针对攻击有恢复能力 ###

CDN 特别适合用于保护网站免受拒绝服务 (DoS) 和分布式拒绝服务 (DDoS) 攻击。在这些攻击中，攻击者将大量垃圾网络流量引导至网站，试图使网站不堪重负并崩溃。凭借其众多服务器，CDN 能够比单个源服务器更好地吸收大量流量，甚至是来自 DDoS 攻击的非自然流量峰值。通过这样做，它们即使在受到攻击时也能保持网站在线。

一些 CDN 使用 Anycast 路由方法，将互联网流量传输到特定的可用数据中心。这是为了确保缩短响应时间，并防止任何一个数据中心在发生 DDoS 攻击等异常需求时变得不堪重负。

借助 Anycast 技术，多台机器可以共享同一个 IP 地址。当请求发送到 Anycast IP 地址时，路由器会将其定向到最近网络上的机器。如果整个数据中心发生故障或因其他原因而无力应对大量通信，Anycast 网络可以对服务中断做出响应，这类似于负载均衡器在一个数据中心中跨多台服务器传输通信；数据从故障位置转移走，路由到仍然在线并可正常运作的另一个数据中心。

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如今，DDoS 攻击是对互联网资产可靠性的最大威胁之一。使用 Anycast 技术的 CDN 在缓解 DDoS 攻击方面具有更大的灵活性。在大多数现代 DDoS 攻击中，典型的单播连接计算机无力承受，有了 Anycast 网络，僵尸网络攻击流量的一部分可以分散到多个数据中心，从而减少攻击的影响。

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## 4. CDN常规配置规范 ##

不同CDN有所不同，这里提示下常规配置规范

1.  原则上，只允许静态资源配置CDN，有效期一年。

静态资源文件类型包括但不限于：  
gif、png、jpeg、jpg、shtml、html、htm、js、css、tar、gz、zip、rar、ipa、apk、jar、pdf、doc、docx、xls、xlsx、ppt、pptx、txt、swf、mp3、mp4

1.  原则上，Web系统的首页静态资源文件不应该配置CDN，包括SPA单页面应用。
2.  原则上，动态资源不准配置CDN（特殊需求特殊对待，也可以调整缓存策略使其缓存动态资源）。常见的动态资源类型包括但不限于：

php、aspx、asp、jsp、do、dwr、cgi、fcgi、action、ashx、axd、appache

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