DNS和CDN内容分发网络

     目录

一、DNS解析

二、传统CDN加速

三、融合CDN

一、DNS解析

       在网络世界，你肯定记得住网站的名称，但是很难记住网站的 IP 地址，因而也需要一个地
址簿，就是DNS 服务器。
        由此可见，DNS 在日常生活中多么重要。每个人上网，都需要访问它，但是同时，这对它来讲也是非常
大的挑战。一旦它出了故障，整个互联网都将瘫痪。另外，上网的人分布在全世界各地，如果大家都去
同一个地方访问某一台服务器，时延将会非常大。因而，DNS 服务器，一定要设置成高可用、高并发和
分布式的。
        于是，就有了这样树状的层次结构。

根 DNS 服务器 ：返回顶级域 DNS 服务器的 IP 地址
顶级域 DNS 服务器：返回权威 DNS 服务器的 IP 地址
权威 DNS 服务器 ：返回相应主机的 IP 地址

 

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DNS 解析流程：

为了提高 DNS 的解析性能，很多网络都会就近部署 DNS 缓存服务器。于是，就有了以下的 DNS 解析
流程。
1. 电脑客户端会发出一个 DNS 请求，问 www.163.com 的 IP 是啥啊，并发给本地域名服务器 (本地
DNS)。那本地域名服务器 (本地 DNS) 是什么呢？如果是通过 DHCP 配置，本地 DNS 由你的网络
服务商（ISP），如电信、移动等自动分配，它通常就在你网络服务商的某个机房。
2. 本地 DNS 收到来自客户端的请求。你可以想象这台服务器上缓存了一张域名与之对应 IP 地址的大
表格。如果能找到 www.163.com，它直接就返回 IP 地址。如果没有，本地 DNS 会去问它的根域
名服务器：“老大，能告诉我 www.163.com 的 IP 地址吗？”根域名服务器是最高层次的，全球共
有 13 套。它不直接用于域名解析，但能指明一条道路。
3. 根 DNS 收到来自本地 DNS 的请求，发现后缀是 .com，说：“哦，www.163.com 啊，这个域名
是由.com 区域管理，我给你它的顶级域名服务器的地址，你去问问它吧。”
4. 本地 DNS 转向问顶级域名服务器：“老二，你能告诉我 www.163.com 的 IP 地址吗？”顶级域名
服务器就是大名鼎鼎的比如 .com、.net、 .org 这些一级域名，它负责管理二级域名，比如
163.com，所以它能提供一条更清晰的方向。
5. 顶级域名服务器说：“我给你负责 www.163.com 区域的权威 DNS 服务器的地址，你去问它应该
能问到。”
6. 本地 DNS 转向问权威 DNS 服务器：“您好，www.163.com 对应的 IP 是啥呀？”163.com 的权
威 DNS 服务器，它是域名解析结果的原出处。为啥叫权威呢？就是我的域名我做主。
7. 权限 DNS 服务器查询后将对应的 IP 地址 X.X.X.X 告诉本地 DNS。
8. 本地 DNS 再将 IP 地址返回客户端，客户端和目标建立连接。

至此，完成了 DNS 的解析过程。现在总结一下，整个过程总结成一个图。

DNS的其他作用：

1.负载均衡：
        站在客户端角度，这是一次DNS 递归查询过程。因为本地 DNS 全权为它效劳，它只要坐等结果即可。
在这个过程中，DNS 除了可以通过名称映射为 IP 地址，它还可以做另外一件事，就是负载均衡。

     (1)内部负载均衡：

例如，一个应用要访问数据库，在这个应用里面应该配置这个数据库的 IP 地址，还是应该配置这个数据
库的域名呢？显然应该配置域名，因为一旦这个数据库，因为某种原因，换到了另外一台机器上，而如
果有多个应用都配置了这台数据库的话，一换 IP 地址，就需要将这些应用全部修改一遍。但是如果配置
了域名，则只要在 DNS 服务器里，将域名映射为新的 IP 地址，这个工作就完成了，大大简化了运维。
在这个基础上，我们可以再进一步。例如，某个应用要访问另外一个应用，如果配置另外一个应用的 IP
地址，那么这个访问就是一对一的。但是当被访问的应用撑不住的时候，我们其实可以部署多个。但
是，访问它的应用，如何在多个之间进行负载均衡？只要配置成为域名就可以了。在域名解析的时候，
我们只要配置策略，这次返回第一个 IP，下次返回第二个 IP，就可以实现负载均衡了。

    (2)全局负载均衡：

       为了保证我们的应用高可用，往往会部署在多个机房，每个地方都会有自己的 IP 地址。当用户访问某个
域名的时候，这个 IP 地址可以轮询访问多个数据中心。如果一个数据中心因为某种原因挂了，只要在
DNS 服务器里面，将这个数据中心对应的 IP 地址删除，就可以实现一定的高可用。
另外，我们肯定希望北京的用户访问北京的数据中心，上海的用户访问上海的数据中心，这样，客户体
验就会非常好，访问速度就会超快。这就是全局负载均衡的概念。

示例：DNS 访问数据中心中对象存储上的静态资源

        我们通过 DNS 访问数据中心中对象存储上的静态资源为例，看一看整个过程。
假设全国有多个数据中心，托管在多个运营商，每个数据中心三个可用区（Available Zone）。对象存
储通过跨可用区部署，实现高可用性。在每个数据中心中，都至少部署两个内部负载均衡器，内部负载
均衡器后面对接多个对象存储的前置服务器（Proxy-server）。

1. 当一个客户端要访问 object.yourcompany.com 的时候，需要将域名转换为 IP 地址进行访问，所
以它要请求本地 DNS 解析器。
2. 本地 DNS 解析器先查看看本地的缓存是否有这个记录。如果有则直接使用，因为上面的过程太复杂
了，如果每次都要递归解析，就太麻烦了。
3. 如果本地无缓存，则需要请求本地的 DNS 服务器。
4. 本地的 DNS 服务器一般部署在你的数据中心或者你所在的运营商的网络中，本地 DNS 服务器也需
要看本地是否有缓存，如果有则返回，因为它也不想把上面的递归过程再走一遍。
5. 至 7. 如果本地没有，本地 DNS 才需要递归地从根 DNS 服务器，查到.com 的顶级域名服务器，最
终查到 yourcompany.com 的权威 DNS 服务器，给本地 DNS 服务器，权威 DNS 服务器按说会返
回真实要访问的 IP 地址。

        但是对于复杂的应用，尤其是跨地域跨运营商的大型应用，则需要更加复杂的全局负载均衡机制，因而
需要专门的设备或者服务器来做这件事情，这就是全局负载均衡器（GSLB，Global Server Load
Balance）。
在 yourcompany.com 的 DNS 服务器中，一般是通过配置 CNAME 的方式，给
object.yourcompany.com 起一个别名，例如 object.vip.yourcomany.com，然后告诉本地 DNS 服务
器，让它请求 GSLB 解析这个域名，GSLB 就可以在解析这个域名的过程中，通过自己的策略实现负载均
衡。
图中画了两层的 GSLB，是因为分运营商和地域。我们希望不同运营商的客户，可以访问相同运营商机房
中的资源，这样不跨运营商访问，有利于提高吞吐量，减少时延。
1. 第一层 GSLB，通过查看请求它的本地 DNS 服务器所在的运营商，就知道用户所在的运营商。假设
是移动，通过 CNAME 的方式，通过另一个别名 object.yd.yourcompany.com，告诉本地 DNS 服
务器去请求第二层的 GSLB。
2. 第二层 GSLB，通过查看请求它的本地 DNS 服务器所在的地址，就知道用户所在的地理位置，然后
将距离用户位置比较近的 Region 里面，六个内部负载均衡（SLB，Server Load Balancer）的地
址，返回给本地 DNS 服务器。
3. 本地 DNS 服务器将结果返回给本地 DNS 解析器。
4. 本地 DNS 解析器将结果缓存后，返回给客户端。
5. 客户端开始访问属于相同运营商的距离较近的 Region 1 中的对象存储，当然客户端得到了六个 IP
地址，它可以通过负载均衡的方式，随机或者轮询选择一个可用区进行访问。对象存储一般会有三
个备份，从而可以实现对存储读写的负载均衡

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二、传统CDN加速

       当一个用户想访问一个网站的时候，指定这个网站的域名，DNS 就会将这个域名解析为地址，然后用户
请求这个地址，返回一个网页。那这里面还有没有可以优化的地方呢？我们的网站访问可以借鉴“就近配送”这个思路.

       

      CDN大概流程：

       全球有这么多的数据中心，无论在哪里上网，临近不远的地方基本上都有数据中心。是不是可以在这些
数据中心里部署几台机器，形成一个缓存的集群来缓存部分数据，那么用户访问数据的时候，就可以就
近访问了，这些分布在各个地方的各个数据中心的节点，就称为边缘节点。
      由于边缘节点数目比较多，但是每个集群规模比较小，不可能缓存下来所有东西，因而可能无法命中，
这样就会在边缘节点之上。有区域节点，规模就要更大，缓存的数据会更多，命中的概率也就更大。在
区域节点之上是中心节点，规模更大，缓存数据更多。如果还不命中，就只好回源网站访问了。

CDN 系统的缓存，也是一层一层的，能不访问后端真正的源，就不打扰它。有了这个分发系统之后，接下来就是，客户端如何找到相应的边缘节点进行访问。

 

       上面说到的基于 DNS 的全局负载均衡，这个负载均衡主要用来选择一个就近的同样运营商的服
务器进行访问。你会发现，CDN 分发网络也是一个分布在多个区域、多个运营商的分布式系统，也可以
用相同的思路选择最合适的边缘节点。

      在没有 CDN 的情况下，用户向浏览器输入 www.web.com 这个域名，客户端访问本地 DNS 服务器的
时候，如果本地 DNS 服务器有缓存，则返回网站的地址；如果没有，递归查询到网站的权威 DNS 服务
器，这个权威 DNS 服务器是负责 web.com 的，它会返回网站的 IP 地址。本地 DNS 服务器缓存下 IP
地址，将 IP 地址返回，然后客户端直接访问这个 IP 地址，就访问到了这个网站。
      然而有了 CDN 之后，情况发生了变化。在 web.com 这个权威 DNS 服务器上，会设置一个 CNAME 别
名，指向另外一个域名 www.web.cdn.com，返回给本地 DNS 服务器。
      当本地 DNS 服务器拿到这个新的域名时，需要继续解析这个新的域名。这个时候，再访问的就不是
web.com 的权威 DNS 服务器了，而是 web.cdn.com 的权威 DNS 服务器，这是 CDN 自己的权威
DNS 服务器。在这个服务器上，还是会设置一个 CNAME，指向另外一个域名，也即 CDN 网络的全局
负载均衡器。
      接下来，本地 DNS 服务器去请求 CDN 的全局负载均衡器解析域名，全局负载均衡器会为用户选择一台
合适的缓存服务器提供服务，选择的依据包括：
      1）根据用户 IP 地址，判断哪一台服务器距用户最近；
      2）用户所处的运营商；
      3）根据用户所请求的 URL 中携带的内容名称，判断哪一台服务器上有用户所需的内容；
      4）查询各个服务器当前的负载情况，判断哪一台服务器尚有服务能力。
      基于以上这些条件，进行综合分析之后，全局负载均衡器会返回一台缓存服务器的 IP 地址。
本地 DNS 服务器缓存这个 IP 地址，然后将 IP 返回给客户端，客户端去访问这个边缘节点，下载资源。
缓存服务器响应用户请求，将用户所需内容传送到用户终端。如果这台缓存服务器上并没有用户想要的
内容，那么这台服务器就要向它的上一级缓存服务器请求内容，直至追溯到网站的源服务器将内容拉到
本地。

CDN缓存的内容

        CDN 最擅长的是缓存静态数据，除此之外还可以缓存流媒体数据。

它也支持动态数据的缓存：

1）边缘计算的模式：既然数据是动态生成的，所以数据的逻辑计算和存储，
也相应的放在边缘的节点。其中定时从源数据那里同步存储的数据，然后在边缘进行计算得到结果。
就像对生鲜的烹饪是动态的，没办法事先做好缓存，因而将生鲜超市放在你家旁边，既能够送货上
门，也能够现场烹饪，也是边缘计算的一种体现。

2）链路优化的模式：数据不是在边缘计算生成的，而是在源站生成的，但
是数据的下发则可以通过 CDN 的网络，对路径进行优化。因为 CDN 节点较多，能够找到离源站很
近的边缘节点，也能找到离用户很近的边缘节点。中间的链路完全由 CDN 来规划，选择一个更加可
靠的路径，使用类似专线的方式进行访问。