Komplexní analýza technologie edge acceleration: Jak využít edge computing k výraznému zlepšení výkonnosti webových aplikací

S postupujícím digitalizací dosahují webové aplikace bezprecedentních nároků na výkon, dobu odezvy a spolehlivost. Tradiční model centralizovaného cloudového výpočtu, který soustředí všechny úkoly zpracování dat do vzdálených, velkých datových center, již nedokáže splnit náročné požadavky scénářů jako je reálný časový interakcí, internet věcí, online hry nebo streamování vysoké kvality videa. Dlouhá cesta dat mezi zařízením uživatele a cloudem se stává úzkým místem z hlediska výkonu a překážkou pro uživatelský zážitek. Právě v tomto kontextu vznikla technologie edge computing (výpočet na okraji sítě), která přesouvá výpočetní, úložné a síťové zdroje z centrálního “cloudu” blíže ke zdroji vzniku dat – tedy “na okraji sítě” – čímž umožňuje revoluční zvýšení výkonu.

Co je to edge acceleration?

Edge computing je distribuovaný výpočetní paradigma, jejímž základním principem je přesun zátěže z centrálních datových center na síťové uzly, které se nacházejí blíže koncovým uživatelům nebo zdrojům dat. Tyto edge uzly mohou být telekomunikační stanice, regionální datová centra, lokální servery, nebo dokonce mikrodatová centra umístěná v továrnách, obchodech nebo dopravních prostředcích.

Tradiční webové požadavky musí projít celým internetem, aby dosáhly vzdálených centrálních cloudových serverů, kde jsou zpracovány a poté vráceny zpět stejnou cestou. Edge acceleration (zrychlení na hranici sítě) však umožňuje umístit služební uzly na okraji sítě, takže požadavky uživatelů mohou být zpracovány nejbližším uzlem, což výrazně zkracuje fyzickou vzdálenost přenosu dat a počet síťových přeskoků.

Doporučujeme k přečtení. Edge Acceleration: Analyze of Key Technologies for Improving the Performance of Global Applications and User Experience。

Nejviditelnější výhodou tohoto procesu je výrazné snížení doby odezvy. Pro aplikace, které vyžadují okamžitou zpětnou vazbu – jako jsou videohovory, cloudové hry nebo finanční transakce – i snížení doby odezvy o několik desítek milisekund znamená výrazné zlepšení uživatelského zážitku. Kromě toho, protože se velké množství dat zpracovává a ukládá na periferních zařízeních, dochází k výraznému snížení datového provozu směřujícího zpět do centrálního cloudu. To zmírňuje zátěž na šířku pásma centrálního cloudu a základních sítí a zároveň snižuje náklady na přenos dat.

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 →

Hlavní technické principy urychlení na okraji.

Rychlostní zvýšení na okrajích obrazovky není jedinou technologií, ale systémem, ve kterém spolupracují různé klíčové technologie.

Vytváření sítě okrajových uzlů

Vytvoření rozsáhlé, stabilně propojené sítě edge nodeů je základem. To obvykle závisí na již existující rozsáhlé infrastruktúře sítí pro distribuci obsahu (Content Delivery Networks) nebo na spolupráci s globálními telekomunikačními operátory, které umožňují vkládat výpočetní kapacity do stávajících přístupových bodů sítě. Tyto uzly musí disponovat lehkými výpočetními, úložnými a síťovými funkcemi a mít možnost být jednotně spravovány pomocí inteligentních systémů řízení.

Inteligentní řízení provozu a směrování dat

Když uživatel pošle žádost, inteligentní systém pro řízení distribuce (např. globální load balancer založený na DNS nebo Anycast) v reálném čase vyhodnotí faktory jako polohu uživatele, stav okrajových uzlů a situaci s síťovým zatížením, a poté dynamicky směřuje žádost uživatele na nejvhodnější okrajový uzel. Tím je zajištěno, že ať už se uživatel nachází kdekoli, bude přesměrován k serverovému bodu s nejnižší latencí a nejrychlejší odezvou.

Edge computing a funkce jako služba.

Toto je “mozek” systému pro urychlení obsahu na okraji sítě. Kromě jednoduchého ukládání statického obsahu do mezipaměti umožňují moderní platformy pro urychlení obsahu na okraji vývojářům nasazovat podnikovou logiku ve formě lehkých funkcí na edge nodes (uzly na okraji sítě). Jakmile dorazí požadavek na edge node, tyto funkce mohou být okamžitě spuštěny – např. pro účely ověřování uživatelů, personalizace obsahu, provádění A/B testů nebo zpracování dat v reálném čase – bez nutnosti další komunikace se centrálním cloudem. Tím je dosaženo lokálního, uzavřeného zpracování požadavků.

Doporučujeme k přečtení. Analýza a praktické využití technologií pro zrychlení datového přenosu na hranicích sítí: Jak přeformovat výkon sítí a uživatelský zážitek。

Edge Cache a Optimalizace Obsahu

Statický a dynamický obsah, který je často navštěvován, je ukládán do mezipaměti na edge nodech (okrajových serverech). Kromě toho mohou edge nodey obsah v reálném čase optimalizovat – například automaticky měnit formát a velikost obrázků podle typu uživatelského zařízení, komprimovat text, sloučovat soubory atd. Tyto optimalizace probíhají v místě nejblíže uživateli, což dále zrychluje načítání obsahu.

Klíčové scénáře využití technologie edge acceleration (urychlení datového přenosu na okraji sítě):

Technologie zrychlení na hranicích (edge acceleration) poskytuje výhody mnoha předním oborům, které jsou citlivé na výkon.

Real-time interactive applications

V scénářích online videokonferencí, nástrojů pro vzdálenou spolupráci a živých interakcí je zapotřebí extrémně nízkého časového zpoždění mezi zařízeními (end-to-end latency). Edge computing umožňuje zpracování, překódování a distribuci mediálních dat na edge nodech (okrajových zařízeních) blízkých účastníkům, čímž je dosaženo skutečně reálné interakce bez zpoždění a nesynchronizace zvuku a obrazu.

Internet věcí a průmyslový internet

V chytrých městech, inteligentních továrnách a síti spojujících vozidla vytvářejí senzory a zařízení neustále obrovské množství dat. Tato data často musí být okamžitě zpracována a na základě toho učiněna rozhodnutí (např. varování před poruchami zařízení, řízení dopravních signálů). Technologie „edge acceleration“ umožňuje analyzovat data bez nutnosti jejich nahrávání do vzdálených cloudových center – analýza a spouštění akcí mohou proběhnout přímo na místních nebo blízkých edge uzlech. Tím jsou splněny základní požadavky aplikací v rámci internetu věcí na nízkou dobu odezvy a vysokou spolehlivost.

Globální e-commerce a personalizované zážitky

E-commerce webové stránky potřebují rychle načítat stránky s produkty, obrázky a videa pro uživatele z různých regionů po celém světě. Edge acceleration (rychlejší načítání obsahu pomocí lokálních serverů) nejenže umožňuje ukládání těchto statických dat do mezipaměti, ale také umožňuje na těchto lokálních serverech (tzv. edge nodes) provádět personalizované procesy. Na základě historického chování uživatelů a jejich geografické polohy může být obsah stránek a propagační informace v reálném čase přizpůsoben a poslán konkrétním uživatelům. Tím se zvyšuje míra konverzí a spokojenost uživatelů.

Cloud gaming a AR/VR

Cloud gaming provádí veškeré vykreslovací operace her v cloudu a k uživateli posílá pouze video. To vyžaduje, aby doba od uživatelské akce do aktualizace obrazovky byla co nejkratší. Technologie edge acceleration umožňuje téměř nepocítit žádné zpoždění v reakci na uživatelské akce tím, že servery určené k vykreslování her jsou umístěny na edge nodech na úrovni městských sítí. Díky tomu je možné poskytovat vysoce kvalitní cloud gaming a ponořující se zážitky z technologií AR/VR.

Doporučujeme k přečtení. Analýza technologie edge acceleration: Jak využít edge computing k výraznému zlepšení výkonu webových stránek a aplikací。

Struktura a výzvy implementace strategie pro akceleraci na okraji sítě

Přesun aplikace na periferní zařízení není něco, co lze udělat během jednoho dne – vyžaduje pečlivé plánování a zvážení různých aspektů.

Nejprve je to rekonstrukce technické architektury. Aplikace musí být navržena tak, aby lépe odpovídala distribuovanému prostředí – například pomocí mikroslužební architektury, přičemž služby, které mohou fungovat nezávisle na okraji sítě, by měly být odděleny. Zároveň je nutné zajistit správnou synchronizaci dat mezi okrajovými zařízeními a centrálním cloudem, správu stavů a konzistenci konfigurací aplikací.

Dále je zde otázka bezpečnosti a dodržování předpisů. Protože edge servery jsou rozprostřeny po celém prostoru, jejich fyzická bezpečnost může být horší než v centrálních datových centrech. Je proto nutné posílit bezpečnostní opatření, kontrolu přístupu a detekci útoků. Kromě toho, při zpracování dat na edge servery v různých geografických oblastech, je nutné striktně dodržovat místní předpisy týkající se suverenity dat a ochrany soukromí, jako je např. GDPR.

Na závěr je zde komplexnost správy a monitorování. Správa distribuovaného systému složeného z tisíců edge nodeů je mnohem náročnější než správa jediného centrálního cloudového systému. Je nutné vytvořit jednotnou platformu pro monitorování, která umožňuje v reálném čase sledovat výkon, stav a využití zdrojů všech edge nodeů, a zároveň zajistit automatizované nasazování softwaru a přesměrování chyb (failover).

Závěr

Technologie edge acceleration (rychlení na síťovém okraji) zásadně změnila způsob doručování aplikací tím, že přesunula výpočetní kapacity blíže k uživatelům. Zkracováním doby potřebné k přenosu dat významně snižuje latence, zmírňuje zátěž centrálních cloudových systémů a zvyšuje spolehlivost a škálovatelnost aplikací. Ať už jde o reálný časový interakty, internet věcí, globální e-commerce nebo novou generaci immersivních médií, edge acceleration se stává klíčovou technologií pro vytváření vysokokvalitních, rychle reagujících webových aplikací. I když existují výzvy v oblasti architektonické přestavby, bezpečnosti a údržby, přínosy v podobě výkonnostních zlepšení a obchodních příležitostí jsou bezpochyby obrovské. Pro vývojáře a firmy směřující do budoucna je pochopení a využití této technologie klíčovým krokem k vytvoření konkurenceschopných řešení.

Časté dotazy

Jaký je rozdíl mezi technologií edge acceleration a tradičním CDN (Content Delivery Network)?

Tradiční CDN (Content Delivery Network) se zaměřuje především na ukládání do mezipaměti a distribuci statického obsahu. Cílem je urychlit načítání webových stránek, obrázků, videí a dalších souborů díky geograficky rozprostřeným serverům určeným k ukládání této dobyposkytovací informace.

Rychlostní optimalizace na hranicích („Edge Acceleration“) přidává výpočetní kapacity k distribuovaným uzlům CDN. Nejenže ukládá obsah do mezipaměti, ale také dokáže provádět logiku aplikací (jako jsou funkce JavaScriptu, kontejnerizované aplikace), zpracovávat požadavky uživatelů a umožňuje tak urychlení a personalizaci dynamického obsahu. Jedná se o vývoj a rozšíření funkcí CDN.

Bude edge acceleration zcela nahrazovat cloud computing?

Ne, edge computing (rychlejší zpracování dat na periferiích) a centrální cloudové výpočty (výpočty prováděné na datových centrech) spolu doplňují a tvoří tak systém vzájemné spolupráce typu “cloud-edge-device” (oblak-periferie-zařízení).

Okraje jsou specializovány na zpracování lokalizovaných výpočetních úloh v reálném čase s nízkou latencí a vysokým přenosovým kapacitou. Centrální cloud nadále plní funkce potřebné pro analýzu velkých dat, trénování složitých modelů, agregaci dat na celém úrovni a slouží jako centrum pro zálohování dat a podporu klíčových podnikových procesů. Obě složky spolupracují, aby vytvořily efektivnější hybridní architekturu.

Je pro malé podniky nebo vývojáře vysoká překážka při použití technologií pro urychlení přenosu dat (edge acceleration)?

Díky platformám pro edge computing nabízeným poskytovateli cloudových služeb byly překážky pro vstup do tohoto oboru výrazně sníženy.

Hlavní cloudoví poskytovatelé nabízejí produkty typu “Edge Functions as a Service”. Vývojáři potřebují pouze napsat standardní, bezstavový kód funkcí, přičemž platforma tyto funkce automaticky nasadí na edge servery po celém světě a zajišťuje jejich řízení, škálování a údržbu. Vývojáři nemusí spravovat serverovou infrastrukturu a mohou platit podle množství použití, což umožňuje i malým týmům snadno využívat možnosti zrychlení provozu pomocí edge technologií.

Jak je zajištěna bezpečnost okrajových uzlů?

Poskytovatelé platform pro zrychlení datových přenosů na okraji sítě považují bezpečnost za základní princip svého designu. Bezpečnostní opatření jsou víceúrovňová: zahrnují fyzickou bezpečnost okrajových uzlů, zesílení bezpečnosti na úrovni firmwaru a operačních systémů, přísné oddělení sítí a automatizované správu bezpečnostních aktualizací.

Na aplikační úrovni jsou poskytovány funkce šifrované komunikace pomocí protokolů TLS/SSL, webové aplikace jsou chráněny proti útokům typu DDoS a zajištěno detailní řízení přístupu. Vývojáři by také měli dodržovat bezpečnostní osvědčené postupy, jako je používání služeb pro správu klíčů nebo šifrování citlivých dat, aby společně vytvořili komplexní systém hluboké obrany.