视频直播原理-CDN

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，提高用户访问网站的响应速度。CDN有别于镜像，因为它比镜像更智能，或者可以做这样一个比喻：CDN=更智能的镜像+缓存+流量导流。因而，CDN可以明显提高Internet网络中信息流动的效率。从技术上全面解决由于网络带宽小、用户访问量大、网点分布不均等问题，提高用户访问网站的响应速度。

为更好地理解CDN，让我们看一下CDN的工作流程。当用户访问已经加入CDN服务的网站时，首先通过DNS重定向技术确定最接近用户的最佳CDN节点，同时将用户的请求指向该节点。当用户的请求到达指定节点时，CDN的服务器（节点上的高速缓存）负责将用户请求的内容提供给用户。具体流程为: 用户在自己的浏览器中输入要访问的网站的域名，浏览器向本地DNS请求对该域名的解析，本地DNS将请求发到网站的主DNS，主DNS根据一系列的策略确定当时最适当的CDN节点，并将解析的结果（IP地址）发给用户，用户向给定的CDN节点请求相应网站的内容。
由于用户访问源站业务有性能瓶颈，通过cdn技术把源站的内容缓存到多个节点。用户向源站域名发起请求时，请求会被调度至最接近用户的服务节点，直接由服务节点直接快速响应，有效降低用户访问延迟，提升可用性。

CDN的优势很明显：
（1）CDN节点解决了跨运营商和跨地域访问的问题，访问延时大大降低；
（2）大部分请求在CDN边缘节点完成，CDN起到了分流作用，减轻了源站的负载。

CDN的实现需要依赖多种网络技术的支持，其中负载均衡技术、动态内容分发与复制技术、缓存技术是比较主要的几个，下面让我们简单看一下这几种技术。

负载均衡技术不仅仅应用于CDN中，在网络的很多领域都得到了广泛的应用，如服务器的负载均衡、网络流量的负载均衡。顾名思义，网络中的负载均衡就是将网络的流量尽可能均匀分配到几个能完成相同任务的服务器或网络节点上，由此来避免部分网络节点过载。这样既可以提高网络流量，又提高了网络的整体性能。在CDN中，负载均衡又分为服务器负载均衡和服务器整体负载均衡(也有的称为服务器全局负载均衡)。服务器负载均衡是指能够在性能不同的服务器之间进行任务分配，既能保证性能差的服务器不成为系统的瓶颈，又能保证性能高的服务器的资源得到充分利用。而服务器整体负载均衡允许Web网络托管商、门户站点和企业根据地理位置分配内容和服务。通过使用多站点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。在CDN的方案中服务器整体负载均衡将发挥重要作用，其性能高低将直接影响整个CDN的性能。

大家都知道，网站访问响应速度取决于许多因素，如网络的带宽是否有瓶颈、传输途中的路由是否有阻塞和延迟、网站服务器的处理能力及访问距离等。多数情况下，网站响应速度和访问者与网站服务器之间的距离有密切的关系。如果访问者和网站之间的距离过远的话，它们之间的通信一样需要经过重重的路由转发和处理，网络延误不可避免。一个有效的方法就是利用内容分发与复制技术，将占网站主体的大部分静态网页、图像和流媒体数据分发复制到各地的加速节点上。所以动态内容分发与复制技术也是CDN所需的一个主要技术。

缓存技术已经不是一种新鲜技术。Web缓存服务通过几种方式来改善用户的响应时间，如代理缓存服务、透明代理缓存服务、使用重定向服务的透明代理缓存服务等。通过Web缓存服务，用户访问网页时可以将广域网的流量降至最低。对于公司内联网用户来说，这意味着将内容在本地缓存，而无须通过专用的广域网来检索网页。对于Internet用户来说，这意味着将内容存储在他们的ISP的缓存器中，而无须通过Internet来检索网页。这样无疑会提高用户的访问速度。CDN的核心作用正是提高网络的访问速度，所以，缓存技术将是CDN所采用的又一个主要技术。

假设您的业务源站域名为 www.test.com ，当域名接入 CDN 开始使用加速服务后，您的用户发起 HTTP 请求，实际的处理流程如图所示：
- 用户向 www.test.com 下的某图片资源，如 1.jpg 发起请求，先要向 Local DNS 发起域名解析请求；
- 当 Local DNS 解析 www.test.com 时，会发现已经配置了 CNAME www.test.com.cdn.dnsv1.com，解析请求会发送至 Tencent DNS（GSLB），GSLB 为腾讯云自主研发的调度体系，会为请求分配最佳节点 IP；
- Local DNS 获取 Tencent DNS 返回的解析 IP；
- 用户测获取解析 IP；
- 用户向获取的 IP 发起对资源 1.jpg 的访问请求；
- 若该 IP 对应的节点缓存有 1.jpg，则会将数据直接返回给用户（10），此时请求结束。若该节点未缓存 1.jpg，则节点会向业务源站发起对 1.jpg 的请求（6、7、8），获取资源后，结合用户自定义配置的缓存策略，将资源存储（9），并返回给用户（10），此时请求结束。
- 有了这两级缓存（浏览器、CDN），自然涉及到缓存更新问题。

在地址栏中输入网址后按回车或点击转到按钮
浏览器以最少的请求来获取网页的数据，浏览器会对所有没有过期的内容直接使用本地缓存，从而减少了对浏览器的请求。所以，Expires，max-age标记只对这种方式有效。
按F5或浏览器刷新按钮
浏览器会在请求中附加必要的缓存协商，但不允许浏览器直接使用本地缓存，它能够让 Last-Modified、ETag发挥效果，但是对Expires无效。
按Ctrl+F5或按Ctrl并点击刷新按钮
这种方式就是强制刷新，总会发起一个全新的请求，不使用任何缓存。

浏览器本地缓存失效后，浏览器会向CDN边缘节点发起请求。类似浏览器缓存，CDN边缘节点也存在着一套缓存机制。
CDN的分流作用不仅减少了用户的访问延时，也减少的源站的负载。但其缺点也很明显：当网站更新时，如果CDN节点上数据没有及时更新，即便用户再浏览器使用Ctrl +F5的方式使浏览器端的缓存失效，也会因为CDN边缘节点没有同步最新数据而导致用户访问异常。

CDN边缘节点缓存策略因服务商不同而不同，但一般都会遵循http标准协议，通过http响应头中的Cache-control: max-age的字段来设置CDN边缘节点数据缓存时间。
当客户端向CDN节点请求数据时，CDN节点会判断缓存数据是否过期，若缓存数据并没有过期，则直接将缓存数据返回给客户端；否则，CDN节点就会向源站发出回源请求，从源站拉取最新数据，更新本地缓存，并将最新数据返回给客户端。
CDN服务商一般会提供基于文件后缀、目录多个维度来指定CDN缓存时间，为用户提供更精细化的缓存管理。
CDN缓存时间会对“回源率”产生直接的影响。若CDN缓存时间较短，CDN边缘节点上的数据会经常失效，导致频繁回源，增加了源站的负载，同时也增大的访问延时；若CDN缓存时间太长，会带来数据更新时间慢的问题。开发者需要增对特定的业务，来做特定的数据缓存时间管理。

CDN边缘节点对开发者是透明的，相比于浏览器Ctrl+F5的强制刷新来使浏览器本地缓存失效，开发者可以通过CDN服务商提供的“刷新缓存”接口来达到清理CDN边缘节点缓存的目的。这样开发者在更新数据后，可以使用“刷新缓存”功能来强制CDN节点上的数据缓存过期，保证客户端在访问时，拉取到最新的数据。