Analýza technologie edge acceleration: Jak vylepšit výkon aplikací a uživatelský zážitek pomocí edge nodeů

Co je to edge acceleration?

Edge acceleration je strategie optimalizace síťové architektury, jejímž základním principem je přesun schopností na zpracování obsahu, výpočtů a dat z tradičních centrálních datových center (v cloudu) do míst blíže koncovým uživatelům nebo zdrojům dat. Tím “okrajem” (“edge”) se myslí geograficky rozprostřené edge uzly, které mohou být umístěny v prostorách poskytovatelů internetových služeb (ISP), v blízkosti mobilních stanic, nebo dokonce v datových centrech na úrovni měst.

V tradičním způsobu přístupu k síti musí požadavek uživatele projít dlouhými síťovými linkami, než dorazí k vzdálenému centrálnímu serveru, který poté data zpracuje a vrátí zpět stejnou cestou. Tento proces nevyhnutelně způsobuje síťové zpoždění, zejména pokud je fyzická vzdálenost mezi uživatelem a centrálním serverem velká. Technologie edge acceleration (rychlejšího zpracování dat na okraji sítě) vytváří rozsáhlou síť mezipamětí a výpočetních zařízení prostřednictvím distribuce velkého počtu edge nodeů po celém světě. Když uživatel požadavek odešle, systém inteligentně přesměruje tento požadavek na nejbližší edge node nebo na ten s nejlepšími výkonnostními parametry, a právě tento node poskytuje požadované služby přímo, čímž výrazně zkracuje trasu a dobu přenosu dat.

Proto je podstatou edge acceleration vytvoření vysokopřednostního meziúrovně mezi koncovým uživatelem a cloudem. Tato meziúroveň nejenže ukládá do vyrovnávací paměti statický obsah, jako jsou obrázky, CSS a soubory JavaScript na webových stránkách, ale postupně se vyvíjí na platformu pro “edge computing”, která je schopna provádět lehké výpočty, zpracovávat data v reálném čase a činit inteligentní rozhodnutí.

Doporučujeme k přečtení. Technologie pro zrychlení na okraji sítě: Jak optimalizovat výkon webových stránek a uživatelský zážitek pomocí edge computing。

Klíčové komponenty a technické principy technologie Edge Acceleration

Fungování systému pro urychlení zpracování požadavků na okraji („edge acceleration system“) závisí na několika klíčových komponentách a technologiích, které spolupracují na vytvoření úplného cyklu od přijetí požadavku uživatele až po jeho efektivní zpracování a odpovědi.

CDN na bunny.net

Měsíční poplatek začíná na pouhém 1 americkém dolaru a náklady jsou transparentní bez skrytých poplatků. Funkce zahrnují trvalé ukládání do mezipaměti, monitorování v reálném čase, ochranu před DDoS útoky a bezplatné SSL certifikáty, a to zejména pro optimalizaci streamování videí. K dispozici je také flexibilní model účtování podle využití.

Nejsou potřeba kreditní karty, bezplatná zkušební doba trvá 14 dní.

Přejděte na CDN na bunny.net →

Cloudways Cloudflare Enterprise

Cenový plán pro firemní CDN/WAF od Cloudflare je následující: pro maximálně 5 domén je cena 4,99 USD za měsíc za každou doménu a zahrnuje 100 GB datového přenosu. Za přenos nad tento limit se účtuje 0,02 USD za GB.

K každé doméně je poskytnuto 100 GB datového přenosu.

Navštivte Cloudways Cloudflare Enterprise →

Okrajové uzly (Edge Nodes)

Hranové uzly jsou fyzické nebo virtualizované jednotky, které tvoří celou síť. Jedná se o servery rozmístěné po celém světě, které disponují základními funkcemi úložiště, výpočetních prostředků a síťového přesměrování. Velká hranová síť může obsahovat tisíce takových uzlů, čímž vytváří hustou pokrytí. Kvalita uzlů, jejich distribuční hustota a propojovací šířka pásma přímo ovlivňují výsledný efekt služeb poskytovaných prostřednictvím hranového zrychlení.

Intelligentní dispečink a vyrovnávání zatížení.

Toto je „mozek“ pro edge acceleration (rychlejší zpracování požadavků na okraji sítě). Když dorazí požadavek od uživatele, inteligentní systém pro plánování (obvykle založený na technologiích jako Anycast nebo DNS) musí okamžitě rozhodnout, kam uživatele směrovat – na nejvhodnější edge node (konec sítě). Kritéria pro toto rozhodnutí zahrnují, ale nejsou omezena na:
– Geografická vzdálenost: Vyberte uzel, který se nachází nejblíže fyzickému umístění.
– Síťový stav: V reálném čase sleduje zdraví uzlů, situaci s síťovým zaplněním a dobu odezvy.
– Stav mezipaměti obsahu: Přednostně se vybírá uzel, který obsahuje požadovaný obsah již v mezipaměti.
– Provozovatel služby: Pokud je to možné, vyberte uzly, které patří do stejné sítě jako uživatel, aby se předešlo zpožděním výsledků kvůli přesílání dat mezi různými sítěmi.

Strategie distribuce obsahu a ukládání do mezipaměti

Toto je nejklasičtější příklad využití technologie edge acceleration (rychlejšího doručování obsahu z blízkosti uživatelů). Statický obsah je předem stažen ze zdrojového serveru (Origin Server) nebo aktivně poslán (pushován) do mezipamětí na jednotlivých edge nodech. Mezi běžně používané strategie cacheování patří:
– Doba trvání: Nastavte vhodný čas vypršení pro uložené obsahy v mezipaměti, aby bylo zajištěno jejich pravidelné aktualizování.
– Klíč ke cache: Pomocí informací jako je URL nebo požadavkové hlavičky se přesně rozlišují různé objekty uložené v cache.
– Logika na okraji sítě: Na okrajových uzlech se spouští jednoduchá logika, která umožňuje funkce jako A/B testy, úpravy požadavkových hlaviček, kontrola přístupu atd., a to bez nutnosti volání zdrojových serverů.

Edge computing a funkce jako služba.

Toto je směr vývoje technologií pro urychlení zpracování dat na okraji sítě. Díky poskytování bezpečného a izolovaného prostředí pro provozování aplikací (např. pomocí technologií jako WebAssembly nebo kontejnery) mohou vývojáři přímo nasadit části svého aplikačního kódu na okrajové servery – konkrétně ty, které zpracovávají datové operace typu zpracování obrázků, personalizace obsahu, agregace dat z různých API nebo real-time filtrování dat. Požadavky uživatelů mohou být částečně nebo kompletně zpracovány na nejbližším okrajovém serveru, přičemž jsou výsledky předány přímo uživateli nebo přesměrovány do centrálního cloudu. Tím se výrazně snižuje zátěž na hlavní datové centra a celková doba odezvy na požadavky.

Doporučujeme k přečtení. Pochopení CDN od nuly: princip akcelerace, hlavní výhody a praktický návod k nasazení.。

Hlavní výhody výkonnosti poskytované technologií zrychlení na okrajích (edge acceleration)

Zavedení technologií pro urychlení provozu na okraji sítě může okamžitě a v různých dimenzích zlepšit výkon webových aplikací, API služeb, streamovacího obsahu a dalších systémů.

Významně snížit síťovou latenci.

Toto je ten nejpřímější přínos. Přesun serverových endpointů z datových center vzdálených tisíce kilometrů na edge nodes ve městech uživatelů výrazně zkracuje fyzickou vzdálenost při přenosu dat. Pro aplikace citlivé na dobu odezvy, jako je načítání webových stránek, hraní online her nebo real-time komunikace, může snížení doby odezvy o desítky až stovky milisekund znamenat zásadní zlepšení uživatelského zážitku – ze “přijatelného” na “plynulý”.

Zvýšení dostupnosti a redundance aplikace

Distribuované architektury mají přirozeně vysokou dostupnost. I když dojde k poruše některého okrajového uzlu nebo regionální sítě, inteligentní systém řízení přesměrování může rychle přesunout uživatelský provoz na jiné, funkční uzly. Kromě toho, protože je obsah uložen na více uzlech, je také efektivně chráněn před DDoS útoky směřovanými na zdrojový server. Zdrojový server musí zpracovat pouze požadavky na načtení obsahu ze okrajových uzlů, což výrazně snižuje jeho zátěž.

Optimalizace nákladů na šířku pásma a efektivity provozu

Pro poskytovatele služeb, kteří nabízejí velké množství statického obsahu (jako jsou videa, stahování softwaru), může edge acceleration (rychlejší doručování obsahu z blízkosti uživatelů) ušetřit značné náklady na šíři pásma. Většina uživatelského provozu je zpracována na edge nodech (konečných bodech distribuce obsahu), a pouze neúspěšné požadavky nebo ty, které vyžadují dynamické zpracování, jsou odeslány zpět na originální server. Tím se snižuje spotřeba šířky pásma na originálním serveru. Síťové propojení mezi edge nodey je obvykle optimalizováno, což také zvyšuje efektivitu synchronizace obsahu mezi jednotlivými uzly.

Zlepšení zážitku u mobilních zařízení a v rámci Internetu věcí (Internet of Things)

Podmínky sítě v prostředí mobilních sítí a internetu věcí (IoT) jsou nestabilnější. Edge servery, které jsou umístěny v blízkosti přístupových bodů mobilních sítí, umožňují mobilním aplikacím a zařízením IoT komunikovat s backend službami přes kratší cesty a s stabilnějším připojením. To snižuje přerušení přenosu dat nebo výkyvy v čase doručení dat způsobené kolísáním kvality sítě, což je obzvláště výhodné v scénářích jako je výměna dat mezi vozidly (Car-to-Car Communication) nebo chytré domácnosti (Smart Homes).

Typické scénáře využití okrajového zrychlení (edge acceleration)

Technologie zrychlení na okraji (edge acceleration) není určena k použití pouze v jediném účelu; její hodnota se plně projeví v různých situacích.

Doporučujeme k přečtení. Přehled rychlého zpracování dat na okraji sítě: technické principy, hlavní výhody a možnosti využití。

Zrychlení statických a dynamických webových stránek

Pro zpravodajské portály, e-shopy, firemní webové stránky atd. lze veškeré statické zdroje – jako HTML, obrázky, videa, styly atd. – kompletně uložit do edge serverů (serverů umístěných blízko uživatelů). Dále lze využít možnosti edge výpočtů k personalizovanému sestavování dynamického obsahu, zpracování ESI (Edge Site Integration) značek a dokonce k provádění jednoduchého serverového renderování. Díky tomu mohou i dynamické webové stránky dosáhnout rychlosti přístupu téměř srovnatelné s rychlostí statických webových stránek.

Distribuce videí a streamovacího obsahu v reálném čase

Jedná se o tradiční oblast výhod edge acceleration (rychlejšího přenosu obsahu pomocí lokálních serverů). Díky rozdělení videových souborů na menší části a jejich ukládání do mezipaměti na edge serverech mohou diváci získávat data z nejbližšího serveru, což efektivně eliminuje síťové zácpy a umožňuje rychlé načítání a plynulé přehrávání videí v vysokém rozlišení. U živých přenosů mohou edge servery zastávat funkce překódování, přizpůsobení formátu obsahu a distribuce obsahu, čímž se snižuje zátěž zdrojového serveru a je zajištěn nízký čas odpočtu pro diváky po celém světě.

Distribuce aktualizací pro software a hry

Aktualizační balíčky pro herní klienty, operační systémy a rozsáhlé softwarové produkty jsou velmi velké. Díky distribuci prostřednictvím sítí určených k urychlení přenosu dat mohou hráči a uživatelé po celém světě stahovat aktualizace rychle z místních nebo blízkých serverů. To zabrání hromadění veškerého provozu na jediném serveru, čímž se výrazně zkracuje doba potřebná k instalaci aktualizací a zvyšuje spokojenost uživatelů.

API rozhraní a urychlení mikroservisů

Moderní aplikace často využívají volání API. Ukládání části funkcí API gateway nebo pouze čtených dat API do mezipaměti na periferiích může významně snížit dobu odezvy API. U zařízení v rámci internetu věcí (IoT), která odesílají data nebo přijímají dotazy, je možné, aby se ta zařízení přímo připojila k periferním uzlům za účelem zpracování a shromažďování dat, a poté data synchronizovala s centrálním cloudem hromadně a asynchronně. Toto zvyšuje celkovou propustnost systému a jeho reakční schopnost v reálném čase.

Bezpečnostní ochrana a kontrola přístupu

Okrajové uzly mohou sloužit jako první linie obrany proti bezpečnostním hrozbám. Zde lze provádět pravidla webových aplikačních firewallů, čištění DDoS provozu, správu robotických programů a základní ověřování uživatelů. Škodlivý provoz je zachycen již na úrovni okrajových uzlů a nedosáhne na zdrojový server, čímž je zabezpečen nejen zdrojový server, ale také se šetří spotřeba bezpečnostních zdrojů.

Závěr

Technologie Edge Acceleration vytváří distribuovanou síť služeb, která je blíže uživatelům tím, že distribuuje výpočetní kapacity a obsah až na okraje sítě. Není to pouhé rozšíření běžné sítě pro distribuci obsahu, ale komplexní řešení, které integruje funkce inteligentního řízení, globálního vyvážení zátěže a výpočtů na okraji sítě. Její hlavní přínos spočívá v tom, že zásadně zkracuje fyzickou a logickou vzdálenost mezi daty a uživateli, což vede k výraznému snížení latencí, zlepšení dostupnosti, optimalizaci nákladů na šíři pásma a posílení bezpečnosti služeb.

S explozivním růstem technologií 5G, internetu věcí a aplikací pro real-time interakci budou požadavky na dobu odezvy a spolehlivost sítí stále přísnější. Technologie pro zrychlení dat na periferii budou dále vývojovat a hluboce se integrovat s cloudovými službami, čímž vznikne nová výpočetní architektura založená na spolupráci “cloud–edge–device” (oblak–periferie–zařízení), která poskytne nezbytnou infrastrukturu pro budoucí digitální aplikace.

Časté dotazy

Jak se liší edge acceleration (rychlejší doručování obsahu na okraji sítě) od tradičních CDN (Content Delivery Networks) služeb?

Tradiční CDN (Content Delivery Network) se zaměřují především na ukládání do mezipaměti a distribuci statického obsahu. Funkce jejich uzlů jsou poměrně jednoduché a spočívají především v ukládání dat do mezipaměti a následném přesměrování požadavků na tyto data.

Moderní platformy pro zrychlení datových přenosů na okraji sítě („edge acceleration platforms“) navazují na tradiční CDN (Content Delivery Network) a hluboce integrují do svých funkcí možnosti výpočetních operací prováděných na periferních („edge“) uzlech sítě. Umožňují vývojářům spouštět vlastní kód na těchto uzlech, čímž zpracovávají složitější dynamické požadavky, realizují převod požadavků a odpovědí, generují personalizovaný obsah a zpracovávají data v reálném čase. Lze říci, že technologie edge acceleration představují vývoj a vylepšení CDN – poskytují větší programovatelnost a výpočetní výkonnost.

Vyžaduje implementace edge acceleration významnou úpravu stávající architektury aplikací?

Není nutné provádět rozsáhlou rekonstrukci. Pro zrychlení statického obsahu obvykle stačí upravit nastavení DNS přesměrování – přesměrovat doménové jméno pomocí příkazu CNAME na adresu poskytovanou poskytovatelem služeb pro edge caching. To je zcela transparentní pro samotnou aplikaci.

Pro scénáře, které chtějí využít možnosti edge computing (výpočetních technologií umístěných blízko uživatelů), může být zapotřebí určitého vývojového úsilí – například přepisování části bezstavové, lehké obchodní logiky na funkce, které mohou běžet na edge zařízeních. Mnoho platform pro edge computing poskytuje vývojové nástroje a API kompatibilní s existujícími cloudovými službami, což snižuje nároky na migraci a vývoj. Implementace může začít nejdříve u méně důležitých funkcí, které jsou citlivé na dobu odezvy, a postupně se mohou provádět testy a ověřování jejich fungování.

Jak zajistit bezpečnost a dodržování předpisů dat distribuovaných na okrajových nodech?

Jedná se o klíčový problém, který zajímá jak poskytovatele služeb pro urychlení obsahu na okraji sítě, tak i uživatele. Hlavní záchranné mechanismy zahrnují následující: Edge servery pracují v vysoce bezpečném, zabezpečeném prostředí typu „sandbox“, což zajišťuje přísné oddělení procesů a sítí; komunikace mezi všemi servery, stejně jako komunikace mezi servery a zdrojovými servery či uživateli, je povinně šifrovaná pomocí protokolů TLS/SSL; poskytovatelé služeb obvykle poskytují kompletní funkce pro sledování přístupu a auditování.

V oblasti datového souladu musí uživatelé s poskytovateli služeb jasně definovat strategii geografického rozložení datového cache. Mnoho služeb umožňuje uživatelům nastavit, aby data nebyla ukládána do cache, nebo určit, že obsah bude ukládán pouze na uzlech v konkrétních zemích nebo regionech, aby byly splněny požadavky datových legislativ, jako je GDPR.

Znamená edge computing, že již není potřeba centralizované cloudové výpočty?

Není to tak. Edge computing (výpočet na okraji sítě) a centralizovaný cloud computing (výpočet v cloudu) spolu doplňují a tvoří integrovanou architekturu “cloud-edge-device” (cloud-okraj-zařízení). Edge computing je vhodný pro zpracování dat v reálném čase, s krátkými cykly a nízkou latencí, stejně jako pro lokální rozhodování – např. pro okamžité filtrování, agregaci dat a rychlou reakci.

Centrální cloud je zodpovědný za trvalé ukládání obrovských objemů dat, provádění složitých batchových operací, analýzu velkých dat, trénování modelů a správu globální obchodní logiky. Výsledky zpracování na edge nodech, data, která je třeba dlouhodobě uchovávat, stejně jako distribuci a správu kódu samotných edge funkcí, stále závisí na výkonném, pružném a funkčně bohatém centrálním cloudu. Pouze spoluprací obou systémů lze dosáhnout maximální efektivity.