W erze globalizacji i digitalizacji użytkownicy aplikacji i usług mogą znajdować się na całym świecie. Tradycyjne architektury centrallyzowanych centrów danych często stanowią ograniczenie dla jakości doświadczenia użytkownika ze względu na opóźnienia w transmisji danych spowodowane dużymi geograficznymi odległościami. Gdy żądanie użytkownika trafia do serwera, który znajduje się na drugim krańcu ziemi, pojawiają się problemy takie jak powolne ładowanie stron, zakłócenia w odtwarzaniu wideo oraz opóźnienia w interakcji. Kluczowym rozwiązaniem tego problemu jest dynamiczne przesyłanie treści i usług w miejsce, które znajduje się bliżej użytkownika. W tym właśnie roli odgrywa technologia przyspieszania na granicy (edge acceleration).
Co to jest akceleracja na krawędzi?
Przyspieszenie na granicach (ang. Edge Acceleration) to model architektury sieci, który polega na wykorzystaniu rozrzuconych po całym świecie punktów granicznych (ang. edge nodes) jako inteligentnych przekładni pomiędzy użytkownikami a centralnymi serwerami źródłowymi. Te punkty graniczne tworzą rozległą, rozprostowaną sieć, zwykle znajdującą się w bliskiej odległości od centrów wymieniania danych w Internecie oraz miejsc połączenia z siecią przez użytkowników końcowych.
Podstawowy princip przyspieszania na krawędzi (edge acceleration)
Zasada działania technologii przyspieszania na poziomie „edge” nie polega na prostym tworzeniu kilku kopii danych. Zamiast tego wykorzystuje inteligentny system planowania, który w czasie rzeczywistym analizuje źródło żądań użytkowników. Gdy użytkownik próbuje uzyskać dostęp do jakiegoś zasobu, żądanie jest najpierw przekierowane do najbliższego serwera położonego na lokalnym poziomie („edge”). Jeśli ten serwer posiada już wymagany zawód w swoim buforze, odpowiedź jest wysyłana natychmiast, co umożliwia dostawę w czasie kilku milisekund. Jeśli zawód nie jest w buferze, serwer położony na poziomie „edge” pobiera go z źródłowego serwera poprzez najbardziej wydajny dostęp do sieci, zapisuje go do swojego bufera i następnie odpowiada na żądanie użytkownika. Ten proces znacząco zmniejsza odległość i czas potrzebne do przesyłania danych.
Polecamy lekturę. Detaljny opis technologii CDN (Content Delivery Network): zasady przyspieszania, rozwiązania implementacyjne i wartość aplikacyjna。
Różnice i podobieństwa pomiędzy tradycyjnymi rozwiązaniami CDN a nowymi technologiami CDN
Przyspieszenie na poziomie brzegów sieci (ang. edge acceleration) często porównuje się z sieciami dystrybucji treści (ang. content delivery networks, CDN), ale jego zasięg jest znacznie większy. Tradycyjne CDN skupiają się głównie na kierowaniu i dystrybucji treści statycznej, takiej jak zdjęcia, materiały wideo oraz pliki skriptowe. Platformy współczesnego przyspieszenia na poziomie brzegów sieci rozwinęły te rozwiązania – nie tylko obsługują treści statyczne, ale także wykorzystują możliwości obliczeń na poziomie brzegów sieci do obsługi treści dynamicznej, wykonywania funkcji typu “serverless”, wdrożenia strategii bezpieczeństwa (np. ochrony przed atakami typu DDoS oraz WAF) oraz nawet uruchamiania lekkiej logiki aplikacyjnej. Można powiedzieć, że przyspieszenie na poziomie brzegów sieci to rozszerzenie i ulepszenie koncepcji CDN, w której połączono możliwości obliczeń, tworząc architekturę chmur na poziomie brzegów sieci, opartą na zasadzie „sieć + obliczenia”.
Kluczowe elementy technologii przyśpieszania na krawędzi (edge acceleration):
Realizacja efektywnego przyspieszania transmisji danych na granicach sieci wymaga współpracy kilku kluczowych technologii. Te technologie razem tworzą inteligentny, elastyczny i niezawodny system rozprostowany po całej sieci.
Równoważenie obciążenia i inteligentne routing na poziomie globalnym.
To jest “Mózg Transportu” z funkcją przyspieszania transmisji danych na poziomie edge (przyczepów sieci). Na podstawie danych o stanie sieci w czasie rzeczywistym (takich jak opóźnienia, stopa utraty pakietów, obciążenie node’ów) system routingu inteligentnego wykorzystuje technologie typu Anycast lub globalnego równowagi obciążenia bazujące na DNS, aby przekierowywać żądania użytkowników do node’ów o najlepszych parametrach wydajności, a nie tylko do tych najbliżej geograficznie. Dzięki temu, nawet w przypadku awarii jakiegoś node’a lub zatłoczenia sieci, ruch jest bezproblemowo przekierowany na najlepszą dostępną trasę, co gwarantuje wysoką dostępność usług.
Bufferowanie i optymalizacja na poziomie krawędzi
Caching to klucz do przyspieszenia działania systemów. Wysokiej jakości strategie cache na poziomie „edge” obejmują następujące elementy: ustawianie różnych okresów trwania cache w zależności od typu treści i jej popularności; obsługę kompresji treści, optymalizacji zdjęć oraz konwertowania nagranych wideo, aby zapewnić lepszą działność na różnych urządzeniach; a nawet możliwość cacheowania odpowiedzi API oraz wyników zapytań do bazy danych, co przyczynia się do przyspieszenia wyświetlania dynamicznych treści. Inteligentne zastosowanie technologii cache umożliwia przechowywanie zasobów w najefektywniejszym możliwym sposób na obramowaniu sieci.
Obliczanie na krawędzi (edge computing) i wykonywanie logiki (logic execution)
To właśnie stanowi istotną różnicę pomiędzy technologiami przyspieszania transmisji danych na poziomie „brzegu” a tradycyjnymi sieciami dystrybucji. Programiści mogą rozmieszczać logikę biznesową w postaci lekkich, skalowalnych funkcji na nodach znajdujących się w bliskiej od użytkowników lokalizacji. Procesy takie jak autentyfikacja użytkowników, testy typu A/B, generowanie personalizowanego treści oraz filtrowanie danych w czasie rzeczywistym mogą być wykonywane bezpośrednio na tych nodach, bez konieczności wysyłania żądań do odległych serwerów centralnych. Dzięki temu znacząco zmniejsza się opóźnienie w obsłudze dynamicznych żądań, a także obciążenie serwerów źródłowych.
Polecamy lekturę. Technologia przyspieszania krawędzi: zasady, zalety i perspektywy przyszłych zastosowań。
Główne scenariusze zastosowania przyspieszania na krawędzi
Znaczenie technologii przyspieszania na krawędzi zostało w pełni udokumentowane w wielu konkretnych scenariach i właśnie dzięki nim zmieniają się standardy wydajności współczesnych aplikacji internetowych.
Wirtualne witryny i handel elektroniczny w kontekście globalizacji
Dla platform handlowych lub witryn informacyjnych skierowanych do użytkowników z całego świata technologia przyspieszania obciążenia na poziomie sieci („edge acceleration”) gwarantuje szybki i jednolity korzystanie z serwisu przez użytkowników z różnych miejsc. Szybkie ładowanie zdjęć produktów oraz informacji na ich stronach szczegółowych bezpośrednio wpływa na wskaźnik konwertacji. Poprzez dynamiczne generowanie stron na poziomie sieci w połączeniu z lokalizowanymi strategiami cache można znacząco zmniejszyć odsetek użytkowników, którzy rezygnują z zamówień, zwiększyć ich angażowanie oraz zwiększyć sprzedaż.
Real-time audio i wideo oraz transmisje na żywo w sieci
Interakcja w czasie rzeczywistym jest wyjątkowo wrażliwa na opóźnienia w transmisji danych. Sieci z technologią przyspieszania transmisji w obrębie lokalnych punktów dostępu („edge acceleration”) mogą przesyłać strumy wideo do najbliższych punktów na całym świecie, dzięki czemu oglądający mogą pobierać dane z najbliższego dostawcy usług, co skutecznie eliminuje problemy z opóźnieniami podczas przekraczania granic operatorów lub różnych regionów. Ponadto dane dotyczące komentarzy w czasie transmisji lub interakcji użytkowników mogą być wymieniane z niskim opóźnieniem na poziomie lokalnych punktów dostępu, co gwarantuje płynną interakcję w czasie rzeczywistym. To stanowi podstawę dla takich aplikacji jak edukacja online, transmisje gry w czasie rzeczywistym oraz konferencje wideo.
Internet rzeczy (IoT) i przetwarzanie danych w czasie rzeczywistym
Wielka liczba urządzeń wchodzących w skład Internetu Rzeczy generuje ciągły przepływ danych. Jeśli wszystkie te dane są przekazywane bezpośrednio do centralnego serwera w chmurze, to powoduje duże opóźnienia oraz wzrost kosztów transmisji. Poprzez umieszczenie logiki obработки na periferii sieci można w czasie rzeczywistym filtrować, agregować i przeprowadzać pierwszą analizę danych pochodzących z urządzeń, a do chmury wysyłać tylko kluczowe informacje lub ich rezultaty. To nie tylko przyspiesza odpowiedzi na lokalnym poziomie (np. w przypadku natychmiastowego sterowania urządzeniami w domu inteligentnym), ale także poprawia efektywność całej sieci.
Wzmocniona bezpieczeństwo i ochrona
Sieci z technologią przyspieszania na poziomie edge mają naturalne zalety pod względem bezpieczeństwa. Strumień danych pochodzący z ataków typu distributed denial of service (DDoS) jest rozdzielany na poszczególne punkty na poziomie edge, a następnie identyfikowany i filtrowany, zanim dotrze do serwera źródłowego. Zasady bezpieczeństwa w postaci firewall-ów dla aplikacji web mogą być wdrożone bezpośrednio na poziomie edge, co umożliwia natychmiastowe blokowanie niebezpiecznych żądań. Ponadto dostęp do wewnętrznej sieci firmy realizowany za pomocą punktów na poziomie edge zapewnia bezpieczne i szybkie połączenie użytkowników, bez konieczności przeprowadzania całego ruchu danych do centrum obsługi.
Zaradzenia dotyczące wdrożenia technologii przyspieszania transmisji danych na poziomie „marginalnego obszaru” (edge acceleration)
Dla zespołów, które chcą zastosować technologię przyspieszania transmisji danych na krawędzi sieci, od oceny potencjalnych rozwiązań do ich wdrożenia wymaga się systematycznego planowania i realizacji.
Ocenienie potrzeb i wybór dostawcy
Najpierw należy określić własne potrzeby biznesowe: chodzi głównie o przyspieszenie obsługi statycznego kontenu czy dynamicznych aplikacji? Jakie są wymagania dotyczące możliwości obliczeń na periferii („edge computing”)? Jaki poziom bezpieczeństwa jest wymagany? Jak jest rozrozróżnienie użytkowników na całym świecie? Na podstawie tych wymagań można ocenić różnych dostawców usług typu „edge computing”, zwracając uwagę na gęstość rozlokowania ich węzłów na całym świecie, jakość sieci, łatwość obsługi API, modely opłacania oraz dostępność programowalnego środowiska do obliczeń na periferii.
Architektura i integracja
Przenoszenie istniejących aplikacji na architekturę typu “edge” może wymagać dostosowań w ich projektowaniu. Na przykład konieczne może być zastosowanie bezstanowego (stateless) designu, aby lepiej wykorzystać możliwości cache’ów i obliczeń na serwerach typu “edge”; stan sesji użytkowników należy przechowywać w globalnej bazie danych zamiast na lokalnych serwerach; należy też rozróżnić dane „gorące” (hot data), które są przydatne do przechowywania w cache’ach na serwerach typu „edge”, od danych „zimnych” (cold data), które są lepiej przechowywać w centralnych bazach danych. Proces integracji obejmuje zwykle modyfikację konfiguracji DNS, aby przekierować ruch internetowy do dostawców usług typu „edge”, a także ustawienie reguł cache’owania w serwerach źródłowych.
Monitorowanie wydajności i ciągłe optymalizowanie
Po wdrożeniu niezbędna jest kontynuowała monitoringowa działalność. Konieczne jest używanie narzędzi dostępnych od dostawców oraz własnych rozwiązań do monitorowania kluczowych wskaźników: opóźnień w komunikacji, stopnia wykorzystania mechanizmów cache, obciążenia serwerów źródłowych, stopnia występowania błędów itd. Na podstawie uzyskanych danych należy stale dostosowywać strategie cache, logikę funkcji typu „edge functions” oraz zasady routingu. Testy typu A/B pomagają sprawdzić, jak różne konfiguracje elementów typu „edge” wpływają na biznesowe wskaźniki (np. stopień konwertacji), co umożliwia optymalizację wydajności na podstawie danych.
Podsumowanie.
Technologia przyspieszania na granicy (edge acceleration) rozwiązuje problem opóźnień spowodowanych odległościami geograficznymi i zatłoczeniem sieci poprzez rozprostowane rozmieszczenie zasobów obliczeniowych i pamięci w bliskiej odległości od użytkowników. Rozwinęła się z prostego systemu dystrybucji treści do kompleksowego rozwiązania, łączącego inteligentne routowanie, optymalizację cache’u oraz obliczenia na granicy. Odgrywa kluczową rolę w poprawieniu globalnego doświadczenia korzystania z Internetu, zapewnieniu bezproblemowej transmisji mediów w czasie rzeczywistym, obsłudze dużych strumieni danych z sieci IoT oraz w zwiększeniu bezpieczeństwa aplikacji. Ze wzrastającą wydajnością obliczeń na granicy architektury aplikacji będą jeszcze bardziej “decentralizowane”, a technologia przyspieszania na granicy stanie się standardową infrastrukturą potrzebną do budowy wysokiej wydajności i dostępności usług cyfrowych na całym świecie.
FAQ – najczęściej zadawane pytania.
Czy przyspieszenie obsługi na krawędzi (edge acceleration) i CDN (Content Delivery Network) to to samo?
Nie jest to dokładnie to samo. Tradycyjne platformy CDN (Content Delivery Networks) skupiają się głównie na dystrybucji i kierowaniu plikami statycznymi. Natomiast współczesne platformy do przyspieszania obciążenia serwerów (edge acceleration platforms) obejmują funkcje CDN, a dodatkowo oferują możliwości programowania obliczeń na poziomie „brzegu sieci” (edge computing), co umożliwia obsługę dynamicznych żądań, wykonywanie biznesowej logiki oraz zapewnienie bardziej kompleksnej ochrony przed atakami. Są to zatem platformy typu „cloud na brzegu sieci” (edge cloud platforms) o znacznie szerszym spektrum funkcji.
Czy konieczne jest przepisanie całego mojego aplikacji, aby korzystać z funkcji przyspieszania obsługi przez serwery typu Edge Acceleration?
Zwykle nie konieczne jest całkowite przepisanie kodu. W większości przypadków można zacząć od przyśpieszenia obsługi statycznych zasobów – to często wymaga tylko zmian w konfiguracji DNS oraz ustawieniach dotyczących cache’u. Jeśli chodzi o wykorzystanie możliwości obliczeń na periferii (edge computing), może być konieczne przeprojektowanie części logiki biznesowej w taki sposób, aby mogła być wykonywana na lokalnych urządzeniach. Jest to proces stopniowego rozwoju architektury, a nie konieczność radykalnej wymiany całego systemu.
Jak technologia Edge Acceleration gwarantuje bezpieczeństwo i zgodność danych?
Wiodący dostawcy usług na obrębie sieci („edge services”) oferują zabezpieczenia na kilku poziomach, w tym szyfrowanie danych na nodach na obrębie sieci (podczas transmisji i w stanie statycznym), surowe kontrole dostępu oraz audity bezpieczeństwa. Jeśli chodzi o zgodność danych z obowiązującymi regulacjami, dostawcy często umożliwiają lokalizację procesów przetwarzania danych w określonych regionach, aby zapobiec ich wywózowi poza granice kraju. Przedsiębiorstwa muszą wybrać odpowiednią lokalizację i strategię przetwarzania danych według swoich wymagań dotyczących zgodności z regulacjami.
Jaki jest koszt usług szybkiego pobierania danych z obramowania witryny („edge acceleration”)? Czy będą droższe niż tradycyjne usługi w chmurze?
Model kosztów zależy od sposobu używania usług. Aceleracja na marginesie (edge acceleration) często opiera się na modelu opłacania według zużycia, obejmując przepustowość, liczbę żądań oraz wykorzystanie zasobów obliczeniowych na marginesie. Choć cena pojedynczych zasobów na marginesie może być nieco wyższa, ogólne koszty eksploatacji mogą być niższe ze względu na znaczną redukcję obciążenia serwera źródłowego i poprawę efektywności. Kluczowym elementem jest optymalizacja wskaźnika trafności cache oraz efektywności funkcji wykonywanych na marginesie, aby uzyskać najlepszą równowagę między kosztami a wydajnością.
Następny krok, co dalej?
Dalsze lektury i praktyczna wiedza.
Poniższe treści są powiązane z tematem tego artykułu i warto je przeczytać. Zwykle lepiej zacząć od artykułu, który najbardziej odpowiada aktualnemu problemowi, a potem stopniowo przechodzić do tematów pokrewnych.
- Tajemstwo poprawienia wydajności witryny internetowej: zrozumienie, jak CDN przyspiesza dostawę treści na całym świecie
- Pełny przegląd technologii CDN: od zasad do praktyki – poradnik na temat poprawienia wydajności i bezpieczeństwa witryn internetowych
- Analiza technologii przyspieszania transmisji danych na poziomie „marginalnych” node’ów: jak wykorzystać te urządzenia do poprawienia szybkości i stabilności dostępu do Internetu na całym świecie
- Poznaj CDN: kompletny przewodnik po przyspieszaniu dystrybucji treści w witrynie i poprawianiu jakości obsługi użytkowników.
- Analiza technologii CDN: Przewodnik po szybszym działaniu i bezpiecznym obsługiwaniu witryn internetowych, od poznania podstaw do osiągnięcia mistrzostwa
Polski