12. CDN

内容分发网络（Content Delivery Network，简称 CDN）是一种分布式的服务器网络，旨在提高内容传输的效率、可用性和可靠性。CDN 通过在全球范围内分布的节点缓存内容，将数据传递到离用户最近的节点，从而加速用户访问并提升稳定性。

CDN 的工作原理

CDN 的核心机制在客户端（用户）与服务器（源站）之间充当中介，将静态资源从源服务器分发到全球的边缘节点，通过缓存加速资源访问。用户请求时，CDN 会根据用户的位置、服务器负载等因素选择最佳节点提供内容。这种方式显著降低了延迟，并减少了源站的负载。

内容缓存：静态内容（如 HTML 页面、CSS 文件、图片和视频）会预先缓存在边缘节点。
智能路由：利用 DNS 或 HTTP 重定向技术，将用户请求引导到最优的边缘服务器，而不是直接到达源站。
CDN 边缘节点处理请求：CDN 检查本地缓存，判断是否存在对应资源：
- 缓存命中（Cache Hit）：所需资源已在 CDN 节点缓存，则直接返回缓存内容。
- 缓存未命中（Cache Miss）：边缘节点未缓存所需内容时，它会向源服务器请求（回源机制），并将获取的内容缓存以备后续使用。
源站响应：如果 CDN 向源站请求资源，源站会根据 HTTP Header 指定的规则返回数据，并附带缓存策略。
缓存更新与传递：CDN 根据源站返回的 HTTP Header 决定如何缓存、缓存多长时间，以及是否需要立即更新缓存。

CDN 判断是否缓存内容以及缓存策略的核心依据是 HTTP 响应头中的特定字段：

Cache-Control
- 定义缓存行为的主要字段。
- 常见指令：
  - public：内容可被任何缓存节点（包括 CDN 和浏览器）存储。
  - private：内容仅供客户端缓存，CDN 不缓存。
  - no-cache：允许缓存但需每次向源站验证。
  - max-age=seconds：缓存内容的最长有效时间。
  - must-revalidate：缓存到期后必须向源站验证。
Expires
- 指定内容过期时间的绝对值，优先级低于 Cache-Control。
ETag
- 内容唯一标识符，用于验证缓存内容是否已更改。
- CDN 可通过比对 ETag 判断是否需要重新缓存。
Last-Modified
- 内容最后修改时间。
- 与 If-Modified-Since 结合使用，当内容未更改时，返回 304 状态码，无需重新下载。
Vary
- 决定缓存内容的多样化。
- 如 Vary: User-Agent 表示根据用户代理（浏览器类型）存储不同的版本。

以下是一次完整的 CDN 缓存交互流程示例：

首次访问：
- 客户端请求资源，CDN 缓存未命中。
- CDN 向源站发起请求，源站返回资源并附加 Cache-Control: max-age=3600。
- CDN 缓存资源，返回给客户端。
缓存命中：
- 在 max-age 期限内，客户端请求直接由 CDN 返回缓存内容，无需访问源站。
缓存验证： 当缓存到期（超过 max-age）或 Cache-Control: no-cache 指定时：
- CDN 使用 If-None-Match（基于 ETag）或 If-Modified-Since（基于修改时间）向源站验证。
- 如果内容未更改，源站返回 304 状态码；若已更改，返回新内容并更新缓存。

CDN 通过减少服务器到用户的物理距离和优化网络路径，显著提升内容加载速度。例如：

通过缓存技术，CDN 能将大部分静态内容请求分流到边缘节点，从而降低源服务器的负载。通过在多个服务器之间分配流量，防止单点过载，确保高并发访问时的系统稳定性。

分布式架构能防止单点故障。当某个节点故障时，CDN 可自动将流量切换到其他健康节点，保证服务不中断。

CDN 提供的分布式防护能够有效抵御 DDoS 攻击。它们通过流量分散和智能流量清洗机制保护源服务器。提供额外的安全层，保护源站点不被直接暴露。