最近在了解邊緣計(jì)算，發(fā)現(xiàn)我們經(jīng)常聽(tīng)說(shuō)的CDN也是邊緣計(jì)算里的一部分。那么說(shuō)到CDN，好像只知道它中文叫做內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)。那么具體CDN的原理是什么？能夠?yàn)橛脩?hù)在瀏覽網(wǎng)站時(shí)帶來(lái)什么好處呢？解決這兩個(gè)問(wèn)題是本文的目的。

CDN概念

CDN全稱(chēng)叫做“Content Delivery Network”，中文叫內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)。

實(shí)際上CDN這個(gè)概念是在1996年由美國(guó)麻省理工學(xué)院的一個(gè)研究小組為改善互聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)質(zhì)量而提出的。那么它到底是怎么改善互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)質(zhì)量的呢？

原理分析

我們知道，當(dāng)我們使用域名訪問(wèn)某一個(gè)網(wǎng)站時(shí)，實(shí)際上就是將請(qǐng)求包（以Http請(qǐng)求為例）通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸給某臺(tái)服務(wù)器，比如訪問(wèn)“www.baidu.com”時(shí)：

首先解析出該域名所對(duì)應(yīng)的IP地址（DNS域名解析）

然后將Http請(qǐng)求包通過(guò)網(wǎng)絡(luò)路由到IP地址所對(duì)應(yīng)的服務(wù)器

我們通常說(shuō)“服務(wù)器的IP地址”，這其實(shí)不太準(zhǔn)確，IP地址是和網(wǎng)卡綁定的，一個(gè)服務(wù)器可以有多個(gè)網(wǎng)卡，也就是可能有多個(gè)IP地址。

我們先來(lái)看第一步：域名解析

域名解析

解析域名分為兩種：

將一個(gè)域名解析為一個(gè)IP地址

將一個(gè)域名解析為另外一個(gè)域名

其實(shí)解析思路不難，我們?cè)谟蛎?wù)商購(gòu)買(mǎi)了一個(gè)域名之后，需要去映射一個(gè)IP地址，可以用Map來(lái)表示這個(gè)關(guān)系：{域名：IP}。

同時(shí)我們也可以給某個(gè)域名取一個(gè)別名，比如“www.baidu.com”取一個(gè)別名“test.baidu.com”，這種關(guān)系也可以用Map來(lái)表示：{域名：別名}。這里的別名專(zhuān)業(yè)一點(diǎn)叫做CNAME，相信大家對(duì)這個(gè)詞有點(diǎn)眼熟，它就是這個(gè)意思。

而域名解析，實(shí)際上就是解析出指定域名所對(duì)應(yīng)的IP地址，或者該域名的一個(gè)CNAME。

而域名解析是由DNS系統(tǒng)來(lái)負(fù)責(zé)的，DNS服務(wù)接受外部請(qǐng)求，從請(qǐng)求里提取域名，

如果這個(gè)域名對(duì)應(yīng)的是IP地址，則返回這個(gè)IP地址，

如果這個(gè)域名對(duì)應(yīng)的是CNAME，則繼續(xù)查找CNAME域名的IP地址，然后將該地址返回給請(qǐng)求發(fā)送者。

請(qǐng)求發(fā)送者拿到IP地址之后，完成真正的請(qǐng)求調(diào)用。

實(shí)際上DNS系統(tǒng)是非常龐大的，這里不去多將，大家把它當(dāng)作一個(gè)黑盒子，這個(gè)盒子的作用就是上文所描述的，這里用一個(gè)簡(jiǎn)單的圖來(lái)表示一下。

沒(méi)有CNAME的情況：

有CNAME的情況：

特別注意：在有CNAME的情況下，我們可以發(fā)現(xiàn)，CNAME實(shí)際上在域名解析的過(guò)程中承擔(dān)了中間人（或者說(shuō)代理）的角色，這是CDN實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。

CDN原理

首先CDN是為了改善互聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)質(zhì)量的。通俗一點(diǎn)說(shuō)其實(shí)就是提高訪問(wèn)速度。

假設(shè)百度網(wǎng)站現(xiàn)在只有一臺(tái)服務(wù)器，現(xiàn)在有一個(gè)人在上海訪問(wèn)百度，如果該服務(wù)器也在上海，那么通常來(lái)說(shuō)訪問(wèn)比較快，如果該服務(wù)器在拉薩，那么相對(duì)而言訪問(wèn)就比較慢了。那么這個(gè)問(wèn)題的根本原因是網(wǎng)絡(luò)傳輸是依賴(lài)于網(wǎng)線的，網(wǎng)線越長(zhǎng)，那么時(shí)間肯定就越久。

那么怎么解決這個(gè)問(wèn)題呢？其實(shí)思路很簡(jiǎn)單，百度在全國(guó)各地都部署一模一樣的服務(wù)器就行了，專(zhuān)業(yè)一點(diǎn)叫冗余。

思路很簡(jiǎn)單，但實(shí)現(xiàn)還是比較麻煩的，服務(wù)器上的資源分為兩種：靜態(tài)資源與動(dòng)態(tài)資源。

靜態(tài)資源：這種資源通常是很少變動(dòng)的，比如圖片，視頻，css，javascript等等

動(dòng)態(tài)資源：這種資源不同用戶(hù)不同時(shí)刻訪問(wèn)通常是不一樣的，比如ftl，jsp等等。

那么如果百度要在全國(guó)各地都部署服務(wù)器，如果說(shuō)每個(gè)服務(wù)器上都有相同的動(dòng)態(tài)資源，那么可能還需要配置相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)，因?yàn)閯?dòng)態(tài)資源所記錄的信息通常會(huì)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，那么這就涉及到了數(shù)據(jù)同步等等問(wèn)題，這會(huì)導(dǎo)致成本很高，這種做法專(zhuān)業(yè)一點(diǎn)其實(shí)就是集群，而目前來(lái)說(shuō)集群架構(gòu)最多是三地五中心，不是說(shuō)全國(guó)多地集群不可能，主要是成本太高。

大家想了解三地五中心的，可以看https://mp.weixin.qq.com/s/uGyGldbwmShDDPDau5pAPw這篇文章，也是本人寫(xiě)的。

那么有沒(méi)有成本比較低的方式呢，有，就是在每個(gè)服務(wù)器上只部署靜態(tài)資源，靜態(tài)資源通常不涉及到數(shù)據(jù)庫(kù)，所以成本也比較低，而且也能提高用戶(hù)的訪問(wèn)速度。

到這里，介紹了CDN想要達(dá)到的目的，那么怎么達(dá)到這個(gè)目的呢？

現(xiàn)在如果要比較CDN系統(tǒng)，我們可以考慮兩點(diǎn)：

CDN系統(tǒng)中存儲(chǔ)靜態(tài)資源服務(wù)器的性能以及網(wǎng)速怎么樣。

CDN系統(tǒng)中全國(guó)甚至全球范圍內(nèi)服務(wù)器節(jié)點(diǎn)的數(shù)量以及部署情況。

第一點(diǎn)很好理解，第二點(diǎn)大家應(yīng)該也能理解了，如果靜態(tài)資源的服務(wù)器節(jié)點(diǎn)很多，能夠讓每個(gè)用戶(hù)在訪問(wèn)這些靜態(tài)資源時(shí)都不用“跑很遠(yuǎn)的路程”才能獲取到，那么自然這是CDN系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。

有公司看到了這種需求，所以現(xiàn)在其實(shí)有很多CDN供應(yīng)商，比如阿里，騰訊等等都有自己的CDN服務(wù)。只要你自己的系統(tǒng)接入了這些大廠所提供的CDN服務(wù)，你把自己的靜態(tài)資源傳給CDN服務(wù)，那么這些靜態(tài)資源將自動(dòng)的分布到全世界各地去。

好，那么現(xiàn)在的問(wèn)題是，用戶(hù)在訪問(wèn)靜態(tài)資源時(shí)也是通過(guò)域名來(lái)訪問(wèn)的，域名會(huì)被解析成某一個(gè)IP地址，關(guān)鍵的問(wèn)題就是，DNS系統(tǒng)怎么在做域名解析時(shí)，解析出來(lái)一個(gè)離用戶(hù)最近的一個(gè)IP地址呢。

普通的DNS系統(tǒng)是做不到的，需要一個(gè)特殊的DNS服務(wù)器，這個(gè)特殊DNS需要知道

用戶(hù)當(dāng)前所在位置

還需要知道用戶(hù)現(xiàn)在訪問(wèn)的這個(gè)域名對(duì)應(yīng)哪些IP地址，以及這個(gè)IP地址分別在哪？

對(duì)于第一個(gè)問(wèn)題好解決，直接從用戶(hù)請(qǐng)求里提取出用戶(hù)的ip地址，比如這個(gè)ip地址被解析為北京電信、上海移動(dòng)等等。

第二個(gè)問(wèn)題由誰(shuí)來(lái)解決，我們現(xiàn)在考慮的是CDN，CDN提供商肯定知道他們公司在哪些地方部署了機(jī)器以及它們的IP地址，所以這個(gè)問(wèn)題只能有CDN提供商來(lái)解決，CDN提供商會(huì)提供這個(gè)特殊的DNS服務(wù)器，我們叫做 CDN專(zhuān)用DNS服務(wù)器。

這樣的話，只要用戶(hù)在使用某個(gè)域名訪問(wèn)靜態(tài)資源時(shí)，如果用戶(hù)直接配置自己電腦的DNS地址為CDN專(zhuān)用DNS服務(wù)器。那么自然解決了問(wèn)題，但是我們需要考慮的時(shí)，我們不能要求世界上所有的用戶(hù)都去修改自己電腦的DNS地址。所以這個(gè)時(shí)候就要利用DNS中的CNAME了。

用戶(hù)使用某個(gè)域名來(lái)訪問(wèn)靜態(tài)資源時(shí)（這個(gè)域名在阿里CDN服務(wù)中叫做“加速域名”），比如這個(gè)域名為“image.baidu.com”，它對(duì)應(yīng)一個(gè)CNAME，叫做“cdn.ali.com”，那么普通DNS服務(wù)器（區(qū)別CDN專(zhuān)用DNS服務(wù)器）在解析“image.baidu.com”時(shí)，會(huì)先解析成“cdn.ali.com”，普通DNS服務(wù)器發(fā)現(xiàn)該域名對(duì)應(yīng)的也是一個(gè)DNS服務(wù)器，那么會(huì)將域名解析工作轉(zhuǎn)交給該DNS服務(wù)器，該DNS服務(wù)器就是CDN專(zhuān)用DNS服務(wù)器。CDN專(zhuān)用DNS服務(wù)器對(duì)“cdn.ali.com”進(jìn)行解析，然后依據(jù)服務(wù)器上記錄的所有CDN服務(wù)器地址信息，選出一個(gè)離用戶(hù)最近的一個(gè)CDN服務(wù)器地址，并返回給用戶(hù)，用戶(hù)即可訪問(wèn)離自己最近的一臺(tái)CDN服務(wù)器了。

補(bǔ)充：

在對(duì)域名解析時(shí)有多種類(lèi)型的記錄，最常用的比如：

A記錄：一個(gè)域名對(duì)應(yīng)一個(gè)IP地址

CNAME：一個(gè)域名對(duì)應(yīng)另外一個(gè)域名

NS：將子域名指定其他DNS服務(wù)器解析

總結(jié)

通過(guò)上面的文章我們可以發(fā)現(xiàn)，CDN的實(shí)現(xiàn)原理依賴(lài)于DNS，因?yàn)楸救瞬皇菍?zhuān)門(mén)搞網(wǎng)絡(luò)的，所以文中如果有不準(zhǔn)確的地方，還請(qǐng)各位大佬指出。