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内容分发网络CDN

钱魏Way · · 16 次浏览

CDN简介

CDN全称为Content Delivery Network（内容分发网络），它的基本目的是通过在现有的Internet中增加一层新的网络架构，将网站的内容分发到距离用户最近的服务器上，缓存内容以加速网页加载时间，提高用户访问网站的响应速度和可靠性。

CDN的工作原理

  • 节点分布：CDN提供商在全球或特定地区部署了一系列分布式的服务器（节点）。
  • 内容复制：原始内容，比如网站的图片、视频、脚本和CSS文件，被复制到这些节点上。
  • DNS解析优化：当用户尝试访问一个使用CDN服务的网站时，DNS解析会将用户引导到距离他们最近的服务器节点。
  • 缓存机制：节点通常会缓存内容，直到它过期或被更新，以减少源服务器的负载和响应时间。

CDN的主要功能

  • 加速网页内容的加载：减少地理位置导致的延迟。
  • 提高内容的可用性和可靠性：即使源服务器出现问题，用户仍可访问缓存的内容。
  • 安全性增强：某些CDN可以提供额外的安全功能，比如DDoS攻击的防护。
  • 负载均衡：通过分发流量到多个服务器，减轻单个服务器的负载。

CDN的使用场景

  • 大型网站和电商平台：用于处理高流量和提供快速响应。
  • 在线视频和音频流媒体服务：提供大量并发流的快速和连续播放。
  • 移动应用程序：为世界各地的用户提供快速加载和高性能。
  • 广告投放：为确保广告内容快速可靠地加载到各种网站上。
  • 游戏行业：为玩家提供快速下载游戏和游戏内容的能力。

CDN是现代互联网基础设施的关键组成部分，对于优化用户体验和提供高效的网络服务是非常重要的。由于内容已经预加载到了全球范围内的节点，CDN能够有效减少因长距离传输导致的延迟，从而加速内容的分发。

CDN加速原理

CDN（内容分发网络）加速原理主要依赖于将内容缓存到距离用户物理位置更近的网络节点，以及优化数据传输过程。下面是CDN的加速原理的几个关键点：

  • 缓存和分发
    • 分布式存储：CDN 的网络由许多分布在不同地理位置的缓存服务器组成，这些服务器缓存了来自源服务器的内容副本。
    • 缓存内容：包括静态文件（如HTML页面、图片、视频、样式表和JavaScript文件）和动态内容（通过特定策略缓存的经常变动的内容）。
    • 内容刷新：缓存的内容会根据预设的规则定期与源站同步更新，以确保用户获取到最新的内容。
  • 优化数据传输
    • 就近访问：当用户请求特定内容时，DNS解析会将用户的请求重定向到离用户最近或者响应最快的CDN节点。
    • 减少距离延迟：用户获取内容的数据包旅行的距离更短，减少了传输延迟。
    • TCP连接优化：CDN经常使用针对性的优化算法来减少TCP握手次数，快速建立连接。
    • 带宽优化：CDN能够通过多种策略（如数据压缩）优化数据的传输，减少所需带宽。
  • 负载均衡
    • 智能路由：CDN会根据网络拥堵情况、服务器负载情况等因素，智能选择最佳路径将用户请求路由到最佳节点。
    • 冗余性：多节点的设计提高了整个系统的冗余性，即便某些节点发生故障，其他节点仍可以提供服务。
    • 流量分散：通过分散流量到多个服务器，CDN减轻了单个服务器的负担，提高了整体的处理能力。
  • 安全性增强
    • DDoS防护：CDN可以帮助缓解分布式拒绝服务（DDoS）攻击，因为它能够分散攻击流量到各个节点。
    • 数据加密：通过SSL/TLS加密，保障数据在传输过程中的安全。

CDN通过网络的分布式特性、内容的缓存策略、数据传输的优化、以及智能路由技术等多种技术手段，显著降低用户的访问延迟，提高网站的加载速度和整体用户体验。同时，CDN还能提供抗攻击能力，保障内容的安全可靠传输。

分发手段

CDN（内容分发网络）通常有两种主要的内容分发方式：Push CDN 和 Pull CDN。这两种方法在内容的更新、管理以及在CDN节点上的缓存方式上有一些区别。

Push CDN

原理： 在Push CDN模式中，内容的所有者（比如网站管理员）将数据主动上传到CDN的节点。这就好比你把数据“推”到CDN上，而不是等待用户的请求。

步骤：

  • 管理员选择要分发的内容，并将其上传到CDN。
  • CDN将上传的内容存储在分布式网络的节点上。
  • 用户访问这些内容时，他们会从最近的CDN节点获取数据。

特点：

  • 用户请求内容时，内容已经预先存储在CDN节点上，可以立即提供服务。
  • 适合定期更新而不是实时更新的内容。
  • 能够较好地控制哪些内容被上传和分发。
  • 可能需要更多的存储空间，因为即使没有用户请求，内容也会被存储在CDN节点上。

Pull CDN

原理： Pull CDN是按需工作的。当第一个用户请求某个文件时，CDN会从源服务器“拉取”该文件，并将其缓存到CDN节点上，以供后续用户访问。

步骤：

  • 用户请求网站上的内容。
  • 如果CDN节点上没有缓存该内容，它会从源服务器拉取数据。
  • CDN节点缓存内容，并将其提供给用户。
  • 后续用户再请求相同的内容时，可以直接从CDN节点获得，而无需再次从源服务器拉取。

特点：

  • 在第一次请求时可能会有些许延迟，因为CDN需要从源服务器拉取内容。
  • 减轻了源服务器的负载，因为后续请求直接由CDN提供服务。
  • 自动管理内容的更新，因为总是从源服务器获取最新内容。
  • 节省空间，因为只有被请求的内容才会被存储在CDN节点上。

对比

  • 缓存控制：Push CDN给予内容提供者更多的控制权，因为他们可以主动决定何时更新和移除内容；而Pull CDN则是自动化的，通常依赖于源服务器的缓存头信息来决定缓存策略。
  • 实时性：Pull CDN能够更好地处理动态或实时更新的内容，而Push CDN更适合那些更新频率不高的内容。
  • 带宽使用：对于流量预测比较困难的站点，Pull CDN可能更有效，因为只有实际请求的内容才会被缓存；而对于流量较为稳定的站点，Push CDN可以通过预上传减少源服务器的带宽压力。

选择Push CDN还是Pull CDN取决于具体的业务需求和内容类型。大多数CDN提供商会提供这两种分发方式，以便用户根据自己的需求选择最合适的解决方案。

付费CDN服务

国内CDN服务提供商

中国国内互联网市场也有许多CDN服务提供商，它们根据中国的网络环境和监管政策，为本地企业和国际企业在中国提供定制化的CDN服务。以下是一些比较知名的中国国内CDN服务提供商：

  • 阿里云 CDN（Alibaba Cloud CDN）。阿里云提供的CDN服务遍及全国多个节点，覆盖广泛，特别适用于在中国大陆地区提供快速内容分发。
  • 腾讯云 CDN（Tencent Cloud CDN）。腾讯云同样拥有广泛的CDN服务网络，提供高效的内容分发和边缘计算服务。
  • 百度云 CDN（Baidu Cloud CDN）。百度云提供的CDN服务集成了百度的网络优势，服务于多种在线应用和服务。
  • 网宿科技（ChinaCache）。网宿科技是中国最早的CDN服务提供商之一，拥有广泛的服务网络和丰富的行业经验。
  • 七牛云（Qiniu Cloud）。提供CDN服务以及其他云服务产品，特别是在内容管理和数据处理方面有独特的服务。
  • 又拍云（UPYUN）。又拍云主打CDN加速和云存储服务，适用于中小型企业和个人开发者。
  • 快网科技（Fastweb）。为国内外的客户提供CDN和互联网加速服务。
  • 蓝汛（ChinaNetCenter or CDN）。中国领先的CDN服务提供商之一，提供包括CDN在内的多种网络服务解决方案。

以上CDN服务商提供的解决方案，可以帮助客户面对中国特有的互联网环境和挑战，例如不同地区的网络速度差异、中国的网络监管政策以及互联网内容的审查等。在选择服务商时，企业和开发者应当考虑到服务的覆盖范围、性能、稳定性、价格以及与本地互联网法规的兼容性等因素。由于中国的互联网环境具有特殊性，建议使用在中国国内注册并拥有良好运营记录的CDN服务提供商，以保证最佳的访问速度和服务质量。

国际CDN服务提供商

以下是一些市场上知名且广受好评的CDN服务提供商：

  • Cloudflare。提供免费和付费的CDN服务，以及安全性服务如DDoS攻击防护和Web应用防火墙（WAF）。
  • Akamai。是CDN市场的先驱之一，为大型企业和高流量网站提供高端的CDN解决方案。
  • Amazon CloudFront。与Amazon Web Services (AWS)紧密集成，为AWS客户提供无缝的CDN服务。
  • Fastly。高性能的边缘计算平台，提供实时的CDN服务，适用于需要快速内容更新的应用场景。
  • KeyCDN。提供高性能且价格实惠的CDN服务，被许多开发者和中小型企业使用。
  • MaxCDN (现在被StackPath收购)。以前是一个独立的CDN提供商，如今是StackPath CDN服务的一部分，侧重于提供简单、高性能的CDN服务。
  • Microsoft Azure CDN。结合了Microsoft Azure的云服务能力，为Azure用户提供集成的CDN解决方案。
  • CDN77。提供具有透明定价的CDN服务，支持大数据传输和4K视频流。
  • Imperva。提供以安全为重点的CDN服务，涵盖数据保护和DDoS防护。

这些CDN服务提供商各有其特点，适合不同规模和需求的客户。选择CDN服务时，应考虑以下因素：

  • 内容分发需求：静态内容、动态内容或两者混合的分发。
  • 地理覆盖范围：特定的CDN提供商在某些地理位置可能比其他提供商有更好的性能。
  • 可靠性和性能：服务质量、服务器响应时间等。
  • 安全性能：DDoS防护、SSL支持、WAF等。
  • 价格结构：流量定价、请求定价、是否提供免费套餐等。
  • 易用性和支持：控制面板、API支持、客户服务质量等。

建议在选择CDN服务提供商前，查看用户评论、独立测试结果，并且根据实际需要进行充分的比较研究。此外，许多CDN提供商都提供试用期或免费套餐，能够让你在做出最终决定前对服务进行评估。

如何自建CDN服务？

自建CDN（内容分发网络）服务是一个复杂的过程，它涉及到建立一个由多个服务器组成的分布式网络，这些服务器分布在用户访问你的内容时地理位置上相对较近的地方。以下是自建CDN的基本步骤和需要考虑的关键因素：

规划 CDN 架构

  • 需求分析：
    • 确定你希望通过CDN服务加速的内容类型（静态、动态或两者）。
    • 评估目标用户的地理分布，确定关键的服务区域。
  • 服务器选择和部署：
    • 根据用户分布选取数据中心或服务器托管服务。
    • 选择合适的硬件配置以满足存储和计算需求。
  • 网络架构：
    • 设计网络拓扑，确保具有高可用性和容错能力。
    • 确定主服务器（源服务器）和边缘服务器的关系。

配置 CDN 组件

  • 缓存策略：
    • 定义何时以及怎样缓存内容（如通过设置过期时间、Etags、Vary头等）。
  • 内容同步：
    • 实现源服务器到边缘服务器的内容同步机制。
    • 可以通过推模式（Push）或拉模式（Pull）来同步内容。
  • 负载均衡：
    • 配置DNS负载均衡，以便基于用户的地理位置将请求路由到最近的边缘节点。
    • 可能需要使用智能DNS服务提供更好的路由决策。

确保安全性和可靠性

  • 数据安全：
    • 配置SSL/TLS以保证数据传输的安全。
    • 防护措施，如防止DDoS攻击，确保网络安全。
  • 可靠性：
    • 实现健康检查和自动故障转移机制。
    • 确保有足够的冗余和备份策略。

监控和维护

性能监控：

  • 设置监控系统以跟踪CDN性能和可用性。
  • 监控流量模式和用户访问数据，以便优化配置。

维护和更新：

定期更新软件和硬件，以保持系统的高效和安全。

根据监控数据调整缓存策略和网络配置。

软件和工具

  • 使用成熟的HTTP缓存软件，如Varnish、Nginx或Apache Traffic Server。
  • 使用CDN管理工具，如cPanel的CDN插件或者自开发的管理界面。

附加服务

  • 如果需要，可以集成额外的服务，如Web应用防火墙（WAF）和CDN加速视频流。

自建CDN是一个资源密集型的项目，它需要专业的网络技术知识，以及对硬件、软件和网络的投资。对于大多数组织来说，利用现有的商业CDN服务提供商可能是更经济有效的选择。但是，如果你有特定的需求或想要完全控制CDN的运作，自建CDN可以为你的组织提供最大的灵活性和优化的性能。在实施之前，你应该进行详细的成本效益分析，确保自建CDN是一个合理的决策。

开源前端CDN

CDN公共库是指将经常使用的JS库存放在CDN节点，以方便广大开发人员直接调用。当然。用别人的 CDN 都是不保险的。所以建议在CDN读取失败的时候从自己server提供：下面是jquery为例，其他js也会定义类名，不过js不同的判断，但原理都是一样的。

<script src="//cdn.bootcdn.net/ajax/libs/jquery/3.5.1/jquery.min.js"></script>
<script>
if (!window.jQuery) {
  var script = document.createElement('script');
  script.src = "/js/jquery.min.js";
  document.body.appendChild(script);
}
</script>

或者使用document.write方式：

<script type="text/javascript" src="//cdn.bootcdn.net/ajax/libs/jquery/3.5.1/jquery.min.js"></script>
<script type="text/javascript">
if (typeof jQuery == 'undefined') {
   document.write(unescape("%3Cscript src='/js/jquerymin.js' type='text/javascript'%3E%3C/script%3E"));
}
</script>

国内常用的前端CDN

  • BootCDN：BootCDN 联合 Bootstrap 中文网 共同支持并维护的前端开源项目免费 CDN 服务，致力于为 Bootstrap、jQuery、React、js 一样优秀的前端开源项目提供稳定、快速的免费 CDN 加速服务。BootCDN 所收录的开源项目主要同步于 cdnjs 开源项目仓库。
  • 新浪js库：新浪CDN，感觉很快，用的人很多，但js资源并不是很多，不算很方便。
  • Staticfile CDN：七牛云存储开放静态文件提供这样一个仓库，让它尽可能全面收录优秀的开源库，并免费为之提供 CDN 加速服务，使之有更好的访问速度和稳定的环境。同时，我们也提供开源库源接入的入口，让所有人都可以提交开源库，包括 JavaScript、css、图片和 swf 等静态文件。
  • 字节跳动静态资源公共库：字节跳动静态资源库，CDN节点也非常多，值得推荐的国内站点，背靠字节跳动，质量也比较有保障。
  • 又拍云JS库CDN服务：又拍云为您托管常用的JavaScript库，您可以在自己的网页上直接通过script标记引用这些资源。这样做不仅可以为您节省流量，还能通过我们的CDN加速，获得更快的访问速度。
  • webcache：一个免费、快速、可靠的网站静态加速服务。使用国内主流CDN分发网络，缓存常用或指定Web项目的静态资源，来加速您的网站的访问。目前已包含常用前端公共库、Google字体库服务、CDNJS镜像服务、NPM资源文件服务，且已支持对托管在GitHub、GitLab、Gitea、Gitee、GitCode和Bitbucket等代码托管平台下的Web项目的加速。

国际开源前端CDN

  • jsDelivr：jsDelivr是一个允许开发者快速访问到各种npm包和GitHub资料库的公共CDN。它将npm和GitHub作为支持的后端，并提供一个稳定而快速的服务。使用最为广泛的CDN了，除了有静态库的加速外，还有npmgithubWordPress加速，甚至还能加速你自己的GitHub库。不过21年年底，国内CDN备案给注销了，现在使用的是日本等周边的服务器，速度已经比不上以前了。
  • cdnjs：cdnjs是由Cloudflare支持的一个社区驱动的开源CDN。它托管了许多的JavaScript库和插件，以及CSS库、字体和其他Web相关的资源。
  • UNPKG：UNPKG是一个基于npm的CDN服务，可以将任何npm包中的文件作为CDN资源提供给开发者。这使得获取和使用npm包中的前端资源变得非常便捷。
  • Google Hosted Libraries：Google提供的CDN服务，托管了一些流行的开源JavaScript库，如jQuery、AngularJS和React等。

开源前端CDN 如何盈利？

开源前端CDN（内容分发网络）平台虽然提供免费服务，它们仍然有多种方式可以实现商业盈利或至少维持运营成本。以下是开源CDN平台可能采取的一些盈利策略：

  • 商业合作与赞助：CDN平台可能与企业合作，得到企业赞助支持。例如，某些大型云服务提供商可能会提供服务器或带宽资源，作为对开源社区的支持或者为了提高自身品牌的认知度。
  • 增值服务：一些CDN平台可能通过提供额外的商业服务来盈利，比如提供定制的CDN解决方案、专业的技术支持、额外的安全特性等。
  • 数据分析：通过分析和处理收集到的大量数据，CDN服务提供商可以获得用户行为和网络流量的宝贵洞察，这些数据可以用于市场研究、改进服务或直接销售给第三方。
  • 捐赠：依赖社区或个人捐赠来支持其运营和发展，这是一些小型或由社区驱动的CDN服务可能采取的方式。
  • Freemium模型：为所有用户提供免费的基础CDN服务，同时提供付费升级版服务，例如提供高级功能或更高的性能保证。
  • 云服务整合：一些CDN服务可能是大型云服务提供商生态系统的一部分，通过为客户提供一站式服务（包括CDN在内）来吸引更多的付费客户。

盈利模式与稳定性至关重要，也是我们在选择前端CDN的重要考量。

开源前端CDN的替换

平时使用一些开源项目的时候，发现一些静态文静使用的是境外的CDN，不是被屏蔽就是速度很慢。解决方案是替换为国内的，以下是一些案例：

  • 将https://cdnjs.cloudflare.com/ajax/libs/替换为https://cdn.staticfile.net/
  • 将https://cdn.jsdelivr.net/替换为https://jsd.onmicrosoft.cn/
  • 将https://netdna.bootstrapcdn.com/bootstrap/3.0.0/css/bootstrap.min.css替换为https://cdn.bootcdn.net/ajax/libs/twitter-bootstrap/3.0.0/css/bootstrap.min.css

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