路由協議和架構/內容交付網路

Web 快取是一種儲存最近需要內容（例如 HTTP 資源）的本地副本並充當客戶請求的代理伺服器的裝置

• Web 快取更靠近使用者，而不是 Web 伺服器
  • 效能：當請求的資源已存在於快取中時，回覆速度更快；
  • 頻寬：不會載入昂貴的長距離鏈路（例如跨洋鏈路）；
• 被動解決方案：如果請求的資源不在快取中，使用者需要等待 Web 快取從 Web 伺服器獲取（拉取）它；
• 不透明：使用者的 Web 瀏覽器需要手動配置才能聯絡該 Web 快取。

內容交付網路 (CDN) 是一個分佈在世界各地的 Web 快取的疊加網路，它們協同工作以向用戶提供更好的體驗

• 主動解決方案：Web 伺服器在使用者請求之前將內容（通常是最受歡迎的內容）複製（推送）到 Web 快取；
• 透明：使用者自動連線到 Web 快取，無需在其客戶端手動配置；
• 效能：即使使用者移動，也始終連線到最近的 Web 快取；
• 負載均衡：使用者始終連線到負載最輕的 Web 快取；
• 可擴充套件性：將內容部署到多個副本中允許大量請求，而單個 Web 伺服器無法單獨處理這些請求；
• 條件訪問：可以根據使用者（例如定向廣告）自定義返回的內容。

CDN 非常適合生成大量流量的內容（例如多媒體資源），但並非所有內容都可以快取

• 動態網頁（例如股票市場價格）；
• 自定義內容網頁（例如使用者帳戶）。

CDN 可以透過多種方式部署

• 基於 DNS 的 CDN：根據主機名將流量重定向到最佳副本
  • 基於 DNS 的路由：託管提供商需要與 DNS 伺服器管理員達成協議；
  • Akamai 方法：不需要干預 DNS 伺服器；
• 基於 URL 的 CDN：根據完整的 URL 將流量重定向到最佳副本
  • 伺服器負載均衡：TCP 連線終止點靠近伺服器；
  • 內容路由：TCP 連線終止點靠近客戶端。

基於 DNS 的 CDN

基於 DNS 的路由

傳統瀏覽。

基於 DNS 的 CDN 瀏覽。

當主機名被翻譯成 IP 地址時，選擇最佳副本。DNS 對查詢的回覆不僅取決於主機名，還取決於源：一個特殊的 DNS 伺服器根據儘可能多的指標（RTT、伺服器負載、響應時間等）計算一個副本路由表，其中包含類似的條目

{主機名，客戶端 IP 地址} → 副本 IP 地址

“修改”的 DNS 伺服器中的路由引擎具有標準介面以保證 透明性：使用者認為與主機名相對應的 IP 地址是真實 Web 伺服器的 IP 地址，而實際上是其中一個副本的 IP 地址。

新增一個新的參與者，託管提供商，構成了網路世界中一個新的商業機會

• 接入提供商：它為使用者提供網路接入；
• 骨幹提供商：它提供遠端連線；
• 託管提供商：它為內容提供商提供 CDN 服務；
• 內容提供商：它提供內容。

問題

• 指標：指標測量，尤其是動態指標，並不容易，而僅限於第 3 層指標本身並不具有特別重要的意義；
• DNS 快取：只有權威伺服器知道所有副本，並且可以根據客戶端位置選擇最佳副本 → 層次結構中的中間 DNS 伺服器無法快取 DNS 回覆；
• 粒度：重定向粒度在主機名級別，而不是單個 URL 級別 → 大型網站的內容不能拆分為多個快取，因此同一個副本將被問及同一個網站中的兩個不同頁面。

Akamai 方法

Akamai CDN 利用一種專有的自動演算法，在不干預 DNS 伺服器的情況下將流量重定向到其副本

1. 使用者輸入帶有其正常域名的網頁地址（例如http://cnn.com/index.html);
2. 內容提供商（例如 CNN）的伺服器返回一個網頁，其中每個多媒體資源（例如影像）的地址都有一個特殊域名，對應於 Akamai 快取中的一個特定副本（例如http://a128.g.akamai.net/7/23/cnn.com/a.gif而不是http://cnn.com/a.gif);
3. 使用者的 Web 瀏覽器在解析頁面時會對新域名執行 DNS 查詢，並從最近的副本獲取多媒體資源。

基於 URL 的 CDN

伺服器負載均衡

內容感知 SLB。

包含副本的真實伺服器被客戶端視為具有相同 IP 地址的單個虛擬伺服器。

伺服器負載均衡器 (SLB) 將傳送到虛擬伺服器的流量負載均衡到幾個真實伺服器之間

• 第 4 層交換：TCP 連線沒有被 SLB 終止（不感知內容）
  • 其中一個真實伺服器回覆與客戶端的三次握手；
  • 屬於同一個 TCP 會話的所有 HTTP 查詢都必須始終由同一個真實伺服器提供服務；
  • 負載均衡可以基於源 IP 地址、源 TCP 埠等；
• 第 7 層交換：TCP 連線被 SLB 終止（感知內容），充當代理
  • SLB 回覆與客戶端的三次握手，以便能夠捕獲稍後請求的 URL；
  • 根據 SLB 的決定，每個 HTTP 查詢都可以由當前負載最輕的真實伺服器提供服務；
  • 負載均衡基於完整的 URL。

問題

• 加密連線（HTTP）：SLB 需要擁有伺服器的私有 SSL 密碼金鑰，並且需要支援處理傳輸中資料包的加密/解密的負載；
• 粘性連線：某些應用程式要求來自同一客戶端的 TCP 連線被重定向到同一伺服器（例如購物車）→ 也應該考慮 cookie；
• 地理分佈：所有副本彼此靠近，也靠近 SLB，而 SLB 遠離客戶端。

內容路由

內容路由器是根據 URL 將流量路由到最佳副本的路由器

• TCP：一系列內容路由器在其之間終止 TCP 連線 → 引入了太多延遲；
• 內容交付控制協議：URL 由第一個內容路由器提取，並透過特定協議傳播。

問題

• 有狀態: 第一個內容路由器需要終止 TCP 連線才能獲取使用者查詢的 URL；
• 裝置複雜性: 解析資料包以獲取 URL 很複雜 → 第七層交換機是複雜且昂貴的裝置；
• 協議複雜性: 提出的內容交付控制協議非常複雜；
• 隱私: 內容路由器會讀取使用者查詢的所有 URL。