Google Cloud CDN 全方位教程

目录

1. 什么是 Google Cloud CDN？
2. 为什么使用 Google Cloud CDN？（核心优势）
3. 工作原理概览
4. 核心概念
   • Origin (源站)
   • Backend Service (后端服务)
   • URL Map (URL 映射)
   • Load Balancer (负载均衡器)
5. 实战教程：一步步配置 Google Cloud CDN
   • 步骤 1：准备工作
   • 步骤 2：创建后端服务
   • 步骤 3：创建 URL 映射
   • 步骤 4：创建全局外部 HTTPS 负载均衡器
   • 步骤 5：配置域名和 SSL 证书
   • 步骤 6：部署并测试
6. 高级配置与最佳实践
   • 缓存键
   • 缓存模式
   • 缓存所有内容
   • 自定义错误页面
   • 安全性与认证
   • 性能优化
7. 监控与日志
8. 常见问题与故障排查

什么是 Google Cloud CDN？

Google Cloud CDN (Content Delivery Network，内容分发网络) 是一个分布式网络服务，旨在将你的网站或应用内容缓存到离用户地理位置更近的 Google 边缘节点上。

当用户请求你的内容时，他们不是直接从你的源服务器（如虚拟机或存储桶）获取，而是从最近的边缘节点获取,这带来了以下好处：

• 更快的加载速度传输距离缩短,延迟降低。
• 减少源服务器负载：大部分请求由边缘节点处理,源服务器压力减小。
• 更高的可扩展性：轻松应对流量高峰,无需担心源服务器带宽瓶颈。
• 全球覆盖：利用 Google 强大的全球网络基础设施。

为什么使用 Google Cloud CDN？（核心优势）

• 与 Google Cloud 深度集成：与 Compute Engine、Google Kubernetes Engine (GKE)、Cloud Storage、Cloud Functions 等服务无缝集成。
• 智能缓存：可以智能地缓存动态内容，甚至对 API 响应进行缓存,极大提升性能。
• HTTP/2 和 HTTP/3 支持：利用现代协议提升传输效率。
• 精细化的缓存控制：通过缓存键和缓存模式，你可以精确控制哪些内容被缓存、如何缓存。
• 安全可靠：与 Cloud Armor (WAF) 和 Identity-Aware Proxy (IAP) 集成,提供强大的安全防护。
• 成本效益：按使用量计费，没有前期硬件投入,对于流量大的应用可以有效降低带宽成本。

工作原理概览

1. 用户请求：全球各地的用户通过你的域名（如 www.example.com）访问你的网站。
2. DNS 解析：用户的 DNS 请求指向 Google Cloud 的全局负载均衡器（Anycast IP 地址）。
3. 流量路由：Google 的网络基础设施将用户的请求路由到地理位置上最近的边缘节点 PoP (Point of Presence)。
4. 边缘节点检查缓存：
   • 命中：如果请求的内容在边缘节点的缓存中，并且仍然有效（未过期），则直接从缓存返回给用户,这是最快的方式。
   • 未命中不在缓存中或已过期，边缘节点会代表用户向你的源站 发起请求。
5. 源站响应：源站处理请求,并将响应返回给边缘节点。
6. 缓存并响应：边缘节点将源站的响应缓存起来，然后将其返回给原始用户,后续相同或类似的请求就可以直接从缓存中服务。

核心概念

在配置之前,理解以下几个核心概念至关重要：

• Origin (源站)：你的应用程序或内容的实际来源,它可以是：

  • 后端服务：指向 Compute Engine VM 实例组、GKE 集群或无服务器网络端点组。
  • Cloud Storage 存储桶：非常适合托管静态网站（HTML, CSS, JS, 图片, 视频）。
  • 外部后端：指向你数据中心或其他云服务商的服务。

• Backend Service (后端服务)：定义了如何将流量路由到你的 Origin，它包含健康检查、负载均衡算法以及最重要的——是否启用 CDN。

  
  （图片来源网络，侵删）

• URL Map (URL 映射)：将传入的 URL 路径规则与一个后端服务关联起来，你可以配置 www.example.com/images/* 路径下的所有请求都由一个特定的后端服务处理。

• Global External HTTP(S) Load Balancer (全局外部 HTTPS 负载均衡器)：这是整个设置的入口，它接收来自全球的流量，并根据 URL Map 的规则将流量分发到相应的后端服务，它负责 SSL/Termination (SSL 终止)、基于地理位置的路由等。

实战教程：一步步配置 Google Cloud CDN

我们将以一个最常见的场景为例：为一个托管在 Compute Engine VM 上的静态网站启用 CDN。

步骤 1：准备工作

1. 创建 GCP 项目：如果你还没有，请在 Google Cloud Console 中创建一个新项目。
2. 启用计费：确保你的项目已启用计费。
3. 创建 VM 实例：
   • 创建一个 Compute Engine VM 实例作为源站。
   • 在启动脚本中安装一个简单的 Web 服务器,Nginx。
   • 创建一个测试 index.html 文件，并放在 Web 服务器的根目录（/var/www/html）。
   • 重要：在 VM 的“防火墙”标签页，创建一个防火墙规则，允许来自 tcp:80 (HTTP) 和 tcp:443 (HTTPS) 的流量，或者，在创建实例时勾选“允许 HTTP 流量”和“允许 HTTPS 流量”。
4. 获取 VM 的外部 IP 地址：记下你的 VM 的外部 IP 地址,我们稍后会用到。

步骤 2：创建后端服务

1. 在 GCP Console 中，导航到 网络服务 > 负载均衡 > 后端服务。
2. 点击 “创建后端服务”。
3. 基本信息：
   • 名称：my-cdn-backend。
   • 协议：选择 HTTP 或 HTTPS，为了简单，我们先选 HTTP，如果源站支持 HTTPS，建议选 HTTPS。
4. 后端配置：
   • 平衡模式：保持默认的 LEAST_REQUEST。
   • 后端类型：选择 “云存储” 或 “实例组”，因为我们用的是 VM，所以选择 “实例组”。
   • 新实例组：点击“新建实例组”。
     • 名称：my-vm-instance-group。
     • 类型：选择“无状态”。
     • 区域：选择你的 VM 所在的区域。
     • 实例：从下拉列表中选择你刚才创建的 VM 实例。
     • 健康检查：使用默认的健康检查（它会检查 HTTP:80）。
   • 点击 “创建” 返回后端服务配置。
5. CDN：这是最关键的一步！
   • 勾选 “启用 Cloud CDN”。
   • 缓存模式：保持默认的 Use origin headers，这意味着 CDN 会遵循源服务器通过 HTTP 头（如 Cache-Control）返回的缓存指令。
6. 其他设置：如需要，可以配置自定义头、超时等。
7. 点击 “创建” 完成后端服务的创建。

步骤 3：创建 URL 映射

1. 在 GCP Console 中，导航到 网络服务 > 负载均衡 > URL 映射。
2. 点击 “创建 URL 映射”。
3. 基本信息：
   • 名称：my-cdn-url-map。
4. 主机和路径规则：
   • 主机名：输入你的域名，www.example.com，如果你还没有域名，可以先使用 来匹配所有主机名。
   • 路径：输入 ,表示匹配所有路径。
   • 后端服务：从下拉列表中选择你刚刚创建的后端服务 my-cdn-backend。
5. 点击 “创建” 完成 URL 映射的创建。

步骤 4：创建全局外部 HTTPS 负载均衡器

1. 在 GCP Console 中，导航到 网络服务 > 负载均衡。
2. 点击 “创建负载均衡器”。
3. 选择互联网负载均衡器类型：选择 “从互联网到我的 VMs”，然后点击 “继续”。
4. 配置前端：
   • 名称：my-cdn-load-balancer。
   • 协议：选择 HTTPS (强烈推荐)。
   • IP 版本：选择 IPv4。
   • IP 地址：选择 “创建 IP 地址”，创建一个全球静态外部 IP 地址，记下这个 IP 地址。
   • 证书：点击 “管理”。
     • 创建新的自签名证书（仅用于测试）：输入域名,创建一个临时证书。
     • 上传证书（推荐）：如果你有证书文件（.pem 格式），可以在这里上传，或者选择 Google 管理的证书，它会自动为你签发和续 Let's Encrypt 的免费证书。
   • 点击 “完成”。
5. 配置后端：
   • 点击 “后端配置”。
   • 点击 “更改后端服务”。
   • 从列表中选择你创建的 URL 映射 my-cdn-url-map。
   • 点击 “保存”。
6. 配置审核：检查所有配置是否正确，然后点击 “创建”。

部署负载均衡器需要几分钟时间，你可以在负载均衡器的详情页面查看“配置状态”。

步骤 5：配置域名和 SSL 证书

1. 配置域名：到你购买域名的 DNS 管理商（如 GoDaddy, Namecheap 等）处，添加一个 A 记录。
   • 名称：www (或 代表根域名)。
   • 值/类型：指向你在步骤 4 中创建的全局静态外部 IP 地址。
2. 等待 DNS 生效：DNS 更新可能需要几分钟到几小时不等，你可以使用 nslookup www.example.com 来验证 IP 地址是否已更新。

步骤 6：部署并测试

1. 等待负载均衡器状态变为 “运行中”。
2. 在浏览器中访问你的域名：https://www.example.com。
3. 第一次访问：页面会从你的源站 VM 加载，你可以通过查看 VM 的访问日志来确认这一点。
4. 第二次访问：再次刷新页面，这次响应应该非常快，你可以在 Chrome DevTools 的 Network 面板中查看响应头，如果看到 X-Cloud-Trace-Context 和 X-CDN-Cache 或 X-Edge-Cache 等头，并且值为 HIT，说明 CDN 已经缓存了内容并成功命中。

高级配置与最佳实践

缓存键

缓存键是 CDN 用来判断两个请求是否“相同”的依据，默认情况下,缓存键包括：

• 请求的 HTTP 方法 (通常是 GET 或 HEAD)
• 请求的完整 URI (包括查询参数 ?a=1&b=2)

最佳实践：对于动态页面（如 ?user=123），你可能不希望每个用户 ID 都产生一个独立的缓存，这时可以修改缓存键，排除查询参数。

• 操作：在后端服务的 CDN 设置中，找到 “高级缓存设置” -> “缓存键” -> “查询参数”，选择 “忽略所有查询参数”，这样 page.html?id=1 和 page.html?id=2 会命中同一个缓存。

缓存模式

• Use origin headers (默认)：尊重源服务器通过 Cache-Control 等头指令,这是最灵活的方式。
• Cache all content：忽略源服务器的缓存指令，强制缓存所有成功的 200 OK 响应,适用于内容几乎不变的静态资源。
• Disable caching：不缓存任何内容,适用于实时性要求极高的数据。

缓存所有内容

如果你确信你的后端服务返回的内容是静态的，可以在后端服务的 CDN 设置中，将 “缓存模式” 设置为 “Cache all content”，这可以最大限度地减少回源,提升性能。

自定义错误页面

当源站返回 404 Not Found 或 500 Server Error 时，你可以配置 CDN 返回一个自定义的错误页面,而不是直接传递源站的错误信息。

• 操作：在后端服务的 CDN 设置中，找到 “自定义错误响应”，添加规则，例如将 404 映射到一个 Cloud Storage 存储桶中的 html 文件。

安全性与认证

• Cloud Armor：在负载均衡器的“安全”部分，可以配置 Cloud Armor，提供 Web 应用防火墙 功能，防止 DDoS 攻击和常见的 Web 漏洞。
• Identity-Aware Proxy (IAP)：如果需要对受保护的资源进行用户身份验证，可以将 IAP 与负载均衡器集成。

性能优化

• Brotli/Gzip 压缩：确保你的源服务器或负载均衡器启用了内容压缩，CDN 会自动处理压缩和解压,减少传输数据量。
• HTTP/2 和 HTTP/3：现代浏览器默认支持，能显著提升性能，确保你的 SSL 证书配置正确。

监控与日志

• Cloud Monitoring：在 GCP Console 的“监控”部分，你可以查看 CDN 的关键指标，如：
  • 请求总数
  • 缓存命中率：最重要的性能指标。
  • 平均延迟
  • 带宽使用量
• Cloud Logging：在“日志”部分，你可以查看详细的请求日志，这对于调试问题非常有用，可以查看请求是否命中缓存、回源详情等。

常见问题与故障排查

• 问题：缓存命中率很低。

  • 排查：
    1. 检查源服务器返回的 Cache-Control 头，是否设置了 no-store 或 private。
    2. 检查 URL 是否有动态的查询参数没有被排除在缓存键之外。
    3. 确保请求的 HTTP 状态码是 200 OK 或 206 Partial Content。

• 问题：用户访问速度没有明显提升。

  • 排查：
    1. 使用 ping 或 traceroute 检查用户到 CDN IP 的网络路径是否正常。
    2. 使用 curl -I https://your-domain.com 查看响应头，确认 X-CDN-Cache: HIT 存在。
    3. 检查源服务器本身是否就是性能瓶颈。

• 问题：部署后网站无法访问。

  • 排查：
    1. 检查负载均衡器的“配置状态”是否为“运行中”。
    2. 检查防火墙规则是否正确配置。
    3. 检查健康检查是否通过，在“健康检查”页面查看目标实例组的状态。
    4. 检查 DNS 记录是否正确配置。

Google Cloud CDN 是一个功能强大且易于集成的服务，能够显著提升全球用户的访问体验，并降低源服务器的负载，通过本教程，你应该已经掌握了从零开始配置 CDN 的基本流程。

CDN 的核心在于 缓存，理解如何通过 缓存键 和 缓存模式 来精确控制缓存行为，是发挥其最大潜力的关键，结合 监控 和 日志，你可以持续优化配置,确保你的应用始终以最佳性能运行。