概述

用途

本组件为实验室和演示环境模拟 CDN 边缘节点。它代表 Akamai、Cloudflare、Amazon CloudFront 或 Fastly 等供应商在客户网络架构中所扮演的角色——距离终端用户最近、位于源服务器前端的缓存层。

在生产多供应商架构中，客户通常将第三方 CDN 与 F5 分布式云（Distributed Cloud）配合使用：

End User → CDN Edge (Akamai/Cloudflare/etc.) → F5 XC HTTP LB → Origin App

本模拟器使用基于 NGINX 的边缘节点替代商业 CDN，从而无需供应商合同或生产基础设施即可进行集成演示和测试。

架构

┌─────────┐     ┌──────────────────────┐     ┌─────────────────┐     ┌────────────┐
│  Client  │────▶│  CDN Edge (NGINX)    │────▶│  F5 XC HTTP LB  │────▶│ Origin App │
│          │     │  Ubuntu 24.04 Azure  │     │  (Origin Server) │     │            │
└─────────┘     │  - TLS termination   │     └─────────────────┘     └────────────┘
                │  - Disk-based cache  │
                │  - X-Cache-Status    │
                └──────────────────────┘

NGINX 边缘节点：

终止 TLS：在边缘节点终止 TLS（自签名证书或 Let’s Encrypt）
缓存响应：使用 proxy_cache_path 将响应缓存至磁盘
转发缓存未命中请求：将缓存未命中的请求转发至可配置的源服务器（F5 XC HTTP 负载均衡器 VIP）
报告缓存状态：通过 X-Cache-Status 响应头报告缓存状态（HIT、MISS、BYPASS、EXPIRED）

模拟内容

CDN 功能	NGINX 实现方式
边缘缓存	使用基于磁盘存储的 `proxy_cache`
缓存键生成	基于协议、主机和 URI 的 `proxy_cache_key`
源站拉取	通过 `proxy_pass` 转发至 F5 XC HTTP 负载均衡器
TLS 终止	NGINX `ssl_certificate` 指令
Cache-Control 遵从	`proxy_cache_valid` 配合源站请求头透传
缓存状态报告	`add_header X-Cache-Status $upstream_cache_status`
健康检查端点	返回 200 OK 的 `/health` location

端点与请求/响应行为

健康检查

GET /health

响应（200 OK，Content-Type: application/json）：

{
  "status": "healthy",
  "component": "cdn-edge",
  "engine": "nginx",
  "vendor_profiles": ["akamai", "cloudflare", "cloudfront", "fastly", "azure-front-door"]
}

CDN 代理（所有其他路径）

GET /<any-path>

向源站注入的请求头（来自 5 个供应商的 67 个以上请求头）：

类别	添加的请求头
客户端 IP	`True-Client-IP`、`CF-Connecting-IP`、`Fastly-Client-IP`、`X-Azure-ClientIP`、`CloudFront-Viewer-Address`、`X-Forwarded-For`、`X-Real-IP`
地理位置	`X-Akamai-Edgescape`（复合字段）、`CF-IPCountry`、`cf-ipcity`、`cf-iplatitude/longitude`、`CloudFront-Viewer-Country/City/Latitude/Longitude`、`X-Geo-Country-Code/City/Region`
设备检测	`CloudFront-Is-Mobile-Viewer`、`CloudFront-Is-Desktop-Viewer`、`CloudFront-Is-Tablet-Viewer`、`X-Akamai-Device-Characteristics`
TLS/指纹	`CloudFront-Viewer-TLS`、`cf-ja3-hash`、`cf-ja4`、`CloudFront-Viewer-JA3-Fingerprint`
机器人检测	`cf-bot-score`（85 = 疑似真实用户）、`cf-verified-bot`
请求追踪	`Cf-Ray`、`X-Akamai-Request-ID`、`X-Amz-Cf-Id`、`X-Azure-Ref`
边缘身份标识	`X-CDN-Edge`、`X-CDN-POP`、`X-Served-By`、`Fastly-FF`、`X-Azure-FDID`
标准	`Via`、`Forwarded`、`CDN-Loop`、`X-Forwarded-Proto/Host/Port`

每个代理响应中添加的响应头：

请求头	取值	用途
`X-Cache-Status`	`HIT`、`MISS`、`BYPASS`、`EXPIRED`、`STALE`	本次请求的缓存行为
`X-CDN-Edge`	`cdn-simulator`	标识此边缘节点
`X-CDN-POP`	`SJC`	模拟的存在点（POP）IATA 代码
`X-Served-By`	`cache-sjc3120-SJC`	以 Fastly 格式表示的模拟缓存节点
`X-Request-ID`	UUID（每次请求唯一）	唯一请求标识符

缓存行为

首次请求任意路径：X-Cache-Status: MISS（从源站获取，并写入缓存）
后续相同请求：X-Cache-Status: HIT（从磁盘缓存中提供）
缓存键：$scheme$host$request_uri（协议 + 主机名 + 完整路径 + 查询字符串）
缓存 TTL：200/301/302 响应缓存 10 分钟，404 响应缓存 1 分钟
过期内容提供：源站发生错误（500/502/503/504）时返回已缓存的内容

虚拟机访问

访问方式	命令/路径
SSH	`ssh azureuser@<PUBLIC_IP>`
NGINX 配置	`/etc/nginx/conf.d/cdn-edge.conf`
NGINX 日志	`/var/log/nginx/access.log` 和 `/var/log/nginx/error.log`
缓存目录	`/var/cache/nginx/cdn/`
Cloud-init 日志	`/var/log/cloud-init-output.log`

模块化组件设计

本组件是更大规模实验室环境的组成部分之一。每个组件均独立自包含，可单独部署：

本组件提供 CDN 边缘节点（Azure 虚拟机上的 NGINX）
其他组件提供源站应用、F5 XC 配置、DNS、WAF 策略等

人工操作员每次添加一个组件。每个组件的文档均经过专门编写，以便 AI 助手能够读取并自主部署基础设施。

选择 NGINX 的原因

选择 NGINX 作为 CDN 模拟引擎的原因如下：

F5 产品 — F5 于 2019 年收购了 NGINX Inc.，NGINX 是 F5 产品组合的一部分
行业验证 — Cloudflare 在迁移至 Pingora 之前，其整个 CDN 基于 NGINX 运行超过十年；Netflix 也将 NGINX 用于其 Open Connect CDN
单一进程 — 在单一二进制文件中同时处理 TLS 终止和缓存，不同于需要独立 TLS 代理的 Varnish
部署简便 — 在 Ubuntu 24.04 上执行 apt install nginx，两条指令即可启用缓存
文档完善 — 提供关于内容缓存和反向代理配置的详尽官方文档