在不同地域的用戶訪問網站的響應速度存在差異,爲了提高用戶訪問的響應速度、優化現有Internet中信息的流動,需要在用戶和服務器間加入中間層CDN. 使用戶能以最快的速度，從最接近用戶的地方獲得所需的信息，徹底解決網絡擁塞，提高響應速度，是目前大型網站使用的流行的應用方案.
1. CDN 概述
1) CDN的全稱是Content Delivery Network，即內容分發網絡。其目的是通過在現有的Internet中增加一層新的CACHE(緩存)層，將網站的內容發佈到最接近用戶的網絡"邊緣"的節點，使用戶可以就近取得所需的內容，提高用戶訪問網站的響應速度。從技術上全面解決由於網絡帶寬小、用戶訪問量大、網點分佈不均等原因，提高用戶訪問網站的響應速度。
2) Cache層的技術，消除數據峯值訪問造成的結點設備阻塞。Cache服務器具有緩存功能，所以大部分網頁對象（Web page object）,如html, htm, php等頁面文件，gif,tif,png,bmp等圖片文件，以及其他格式的文件，在有效期（TTL）內，對於重複的訪問，不必從原始網站重新傳送文件 實體, 只需通過簡單的認證（Freshness Validation）- 傳送幾十字節的Header，即可將本地的副本直接傳送給訪問者。由於緩存服務器通常部署在靠近用戶端，所以能獲得近似局域網的響應速度，並有效減少廣域 帶寬的消耗。不僅能提高響應速度，節約帶寬，對於加速Web服務器，有效減輕源服務器的負載是非常有效的。
3) 根據加速對象不同，分爲 客戶端加速 和 服務器加速
客戶端加速 : Cache部署在網絡出口處，把常訪問的內容緩存在本地，提高響應速度和節約帶寬；
服務器加速 : Cache部署在服務器前端，作爲Web服務器的代理緩存機，提高Web服務器的性能，加速訪問速度 .如果多臺Cache加速服務器且分佈在不同地域，需要通過有效地機制管理Cache網絡，引導用戶就近訪問(比如通過DNS引導用戶)，全局負載均衡流量，這是CDN內容傳輸網絡的基本思想.
4) CDN對網絡的優化作用主要體現在如下幾個方面 - 解決服務器端的“第一公里”問題 - 緩解甚至消除了不同運營商之間互聯的瓶頸造成的影響 - 減輕了各省的出口帶寬壓力 - 緩解了骨幹網的壓力 - 優化了網上熱點內容的分佈
2. CDN 的工作原理
2.1. 傳統訪問過程(未加速緩存服務)
我們先看傳統的未加緩存服務的訪問過程，以便了解CDN緩存訪問方式與未加緩存訪問方式的差別：
由上圖可見，用戶訪問未使用CDN緩存網站的過程爲:
用戶輸入訪問的域名,操作系統向 LocalDns 查詢域名的ip地址.
LocalDns向 ROOT DNS 查詢域名的授權服務器(這裏假設LocalDns緩存過期)
ROOT DNS將域名授權dns記錄迴應給 LocalDns
LocalDns得到域名的授權dns記錄後,繼續向域名授權dns查詢域名的ip地址
域名授權dns 查詢域名記錄後，迴應給 LocalDns
LocalDns 將得到的域名ip地址，迴應給 用戶端
用戶得到域名ip地址後，訪問站點服務器
站點服務器應答請求，將內容返回給客戶端.
2.2. CDN訪問過程(使用緩存服務)
CDN網絡是在用戶和服務器之間增加Cache層，主要是通過接管DNS實現,將用戶的請求引導到Cache上獲得源服務器的數據
下面讓我們看看訪問使用CDN緩存後的網站的過程：
通過上圖，我們可以瞭解到，使用了CDN緩存後的網站的訪問過程變爲：
用戶輸入訪問的域名,操作系統向 LocalDns 查詢域名的ip地址.
LocalDns向 ROOT DNS 查詢域名的授權服務器(這裏假設LocalDns緩存過期)
ROOT DNS將域名授權dns記錄迴應給 LocalDns
LocalDns得到域名的授權dns記錄後,繼續向域名授權dns查詢域名的ip地址
域名授權dns 查詢域名記錄後(一般是CNAME)，迴應給 LocalDns
LocalDns 得到域名記錄後,向智能調度DNS查詢域名的ip地址
智能調度DNS 根據一定的算法和策略(比如靜態拓撲，容量等),將最適合的CDN節點ip地址迴應給 LocalDns
LocalDns 將得到的域名ip地址，迴應給 用戶端
用戶得到域名ip地址後，訪問站點服務器
CDN節點服務器應答請求，將內容返回給客戶端.(緩存服務器一方面在本地進行保存，以備以後使用，二方面把獲取的數據返回給客戶端，完成數據服務過程)
通過以上的分析我們可以得到，爲了實現對普通用戶透明(使用緩存後用戶客戶端無需進行任何設置)訪問，需要使用DNS(域名解析)來引導用戶來訪問Cache服務器，以實現透明的加速服務. 由於用戶訪問網站的第一步就是 域名解析 ,所以通過修改dns來引導用戶訪問是最簡單有效的方式.
2.3. CDN網絡的組成要素
對於普通的Internet用戶，每個CDN節點就相當於一個放置在它周圍的網站服務器.
通過對dns的接管，用戶的請求被透明地指向離他最近的節點，節點中CDN服務器會像網站的原始服務器一樣，響應用戶的請求.
由於它離用戶更近，因而響應時間必然更快.
從上面圖中 虛線圈起來的那塊，就是CDN層,這層是位於 用戶端 和 站點服務器之間.
智能調度DNS(比如f5的3DNS)
智能調度DNS是CDN服務中的關鍵系統.當用戶訪問加入CDN服務的網站時，域名解析請求將最終由 智能調度DNS 負責處理.
它通過一組預先定義好的策略，將當時最接近用戶的節點地址提供給用戶，使用戶可以得到快速的服務.
同時它需要與分佈在各地的CDN節點保持通信，跟蹤各節點的健康狀態,容量等，確保將用戶的請求分配到就近可用的節點上.緩存功能服務
負載均衡設備(如lvs,F5的BIG/IP)
內容Cache服務器(如squid）
共享存儲(根據緩存數據量多少決定是否需要)
3. CDN 智能調度Dns 實例分析
分析img.alibaba.com域名
在系統中，執行dig命令,輸出如下:
#dig img.alibaba.com ; 部分省略 ;; QUESTION SECTION: ;img.alibaba.com. IN A ;; ANSWER SECTION: img.alibaba.com. 600 IN CNAME img.alibaba.com.edgesuite.net. img.alibaba.com.edgesuite.net. 7191 IN CNAME img.alibaba.com.georedirector.akadns.net. img.alibaba.com.georedirector.akadns.net. 3592 IN CNAME a1366.g.akamai.net. a1366.g.akamai.net. 12 IN A 204.203.18.145 a1366.g.akamai.net. 12 IN A 204.203.18.160
從上面查詢結果可以看出 img.alibaba.com. CNAME img.alibaba.com.edgesuite.net. 後面的CNAME是由 Akamai(CDN服務商) 去跳轉到 智能調度器上的.
在系統中，繼續執行dig命令,輸出如下:
#dig www.discovery.com ; 部分省略 ;; QUESTION SECTION: ;www.discovery.com. IN A ;; ANSWER SECTION: www.discovery.com. 1077 IN CNAME www.discovery.com.edgesuite.net. www.discovery.com.edgesuite.net. 21477 IN CNAME a212.g.akamai.net. a212.g.akamai.net. 20 IN A 204.203.18.154 a212.g.akamai.net. 20 IN A 204.203.18.147
從上面查詢結果可以看出 www.discovery.com. IN CNAME www.discovery.com.edgesuite.net. 後面的CNAME是由 Akamai(CDN服務商) 去跳轉到 智能調度器上的.
總結:一般來說，網站需要使用到CDN服務時，一般都是將需要加速訪問的域名 CNAME到 CDN服務商的域名上.緩存服務和調度功能都是由服務商來完成.
4. CDN的 智能調度Dns 簡化實現
4.1. 調度策略說明
在用戶請求解析域名的時候，智能DNS判斷用戶的LocalDns的IP，然後跟DNS服務器內部的IP表範圍匹配一下，看看用戶是電信還是網通用戶，然後給用戶返回對應的IP地址
這裏使用的是靜態拓撲的方法,只是判斷LocalDns的IP.要想使用更復雜的調度算法可以考慮商業產品,如F5的3DNS.
4.2. 假設CDN節點規劃
在這裏我們將使用 BIND 的View功能來實現運營商的區分,假設我們在每個運營商的機房都放有一個CDN節點,列表如下:
4.3. bind view 配置
以下是named.conf配置文件的部分截取，只是涉及到 View 的部分,其他細節可參考互聯網.
acl "cnc_iprange"{ //定義ip範圍(網通)
192.168.1.0/24;
192.168.2.0/24;
//此處只是示例,其他省略
};
acl "tel_iprange"{ //定義ip範圍(電信)
192.168.3.0/24;
192.168.4.0/24;
//其他省略
};
acl "edu_iprange"{ //定義ip範圍(教育網)
192.168.5.0/24;
192.168.6.0/24;
//其他省略
};
acl "default_iprange"{ //定義ip範圍(默認)
192.168.7.0/24;
192.168.8.0/24;
//其他省略
};
view "CNC" {
Match-clients{cnc_iprange};
zone "." IN {
type hint;
file "named.root";
};
zone "localhost" IN {
type master;
file "localhost.zone";
allow-update { none; };
};
zone "cdntest.com" IN {
type master;
file "cnc_cdntest.zone";
};
};
view "TEL" {
Match-clients{tel_iprange};
zone "." IN {
type hint;
file "named.root";
};
zone "localhost" IN {
type master;
file "localhost.zone";
allow-update { none; };
};
zone "cdntest.com" IN {
type master;
file "tel_cdntest.zone";
};
};
view "EDU" {
Match-clients{edu_iprange};
zone "." IN {
type hint;
file "named.root";
};
zone "localhost" IN {
type master;
file "localhost.zone";
allow-update { none; };
};
zone "cdntest.com" IN {
type master;
file "edu_cdntest.zone";
};
};
view "DEFAULT" {
Match-clients{default_iprange};
zone "." IN {
type hint;
file "named.root";
};
zone "localhost" IN {
type master;
file "localhost.zone";
allow-update { none; };
};
zone "cdntest.com" IN {
type master;
file "default_cdntest.zone";
};
};zone文件的配置說明
這4個zone配置文件(cnc_cdntest.zone,tel_cdntest.zone,edu_cdntest.zone,default_cdntest.zone)中，只有www.cndtest.com的A記錄不一樣，其他的都是一樣.
以上只列出了 www.cdntest.com 的A記錄地址,其他關於zone的語法 請參考互聯網.
域名解析流程簡要說明
用戶向 LocalDns 查詢域名 www.cdntest.com
LocalDns 向 授權DNS 查詢www.cdntest.com
授權DNS 判斷用戶使用的 LocalDns的ip地址,匹配上述設置的ip範圍,如果範圍在網通，就將網通對應的ip地址(192.168.0.1),迴應給LocalDns(其他依此類推)
LocalDns 將得到的域名ip地址，迴應給 用戶端 (域名解析完成)
說明:再此過程中，我們簡化了主DNS 到 智能DNS 之間的CNAME過程(爲了簡要說明問題).
這裏使用的是靜態拓撲(根據ip範圍)的方法,也稱爲地域化方法,只是判斷LocalDns的IP.
此簡化方案中的存在的問題
如果用戶設置錯誤的dns，可能會導致用戶訪問比原來慢(比如網通用戶設置了電信的DNS）
不能判斷CDN節點服務器的健康狀態和容量狀態，可能會把用戶定向到不可用的CDN節點
由於靜態拓撲方法,可能存在用戶訪問的CDN節點不是最優化和最快的
.....可能還有其他想不到的....
5. 總結(Summary）
在建立CDN網路時，最關鍵的就是 智能調度DNS，這個是CND網絡總協調,通過高效的調度算法，可以使用戶得到最佳的訪問體驗.
其次就是CND節點管理,比如涉及到 內容的同步機制，配置文件的更新等等，都需要有一套機制來保證.
當然在大型網站中，也要考建設CDN體系的成本和回報率.