Wyjaśnienie technologii przyspieszania na krawędzi: jak wykorzystać węzły na krawędzi do poprawy wydajności aplikacji i zadowolenia użytkowników.

Co to jest akceleracja na krawędzi?

Przyspieszenie na granicy (ang. Edge Acceleration) to strategia optymalizacji architektury sieci, która polega na przenoszeniu zawartości, obliczeń oraz zasobów obsługi danych z tradycyjnych, centralizowanych centrów danych (w chmurze) w stronę punktów znajdujących się bliżej użytkowników końcowych lub źródeł tych danych. Pod “granicą” rozumie się szeroko rozrzucone punkty sieci, które mogą znajdować się w pomieszczeniach dostawców usług internetowych (ISP), w bliskiej odległości od stacji bazowych w sieci mobilnej, a nawet w centrach danych na poziomie miasta.

W tradycyjnym modelu dostępu do sieci żądania użytkowników przekraczają długie łącza sieciowe, aby w końcu dotrzeć do centralnego serwera na odległym miejscu. Po obróbce danych serwer wysyła je z powrotem na początkowy szlak. Ten proces nieuniknie powstania opóźnień w transmisji, szczególnie w przypadku dużych odległości pomiędzy użytkownikiem a serwerem. Technologia przyspieszania w sieci („edge acceleration”) polega na rozstawieniu wielu „przyszkodniczych” (edge) node’ów na całym świecie, tworząc szeroko rozprostowane sieci kierowania i przetwarzania danych. Gdy użytkownik wysyła żądanie, system inteligentnie przekierowuje je do najbliższego lub najbardziej wydajnego „przyszkodniczego” node’a, który świadczy usługę bezpośrednio, co znacząco skraca odległość i czas potrzebny do przesyłania danych.

Stąd istotą technologii przyspieszania na marginesie jest stworzenie wysokiej wydajności pośredniego poziomu pomiędzy użytkownikiem końcowym a chmurą. Ten pośredni poziom nie tylko cacheuje treści statyczne, takie jak zdjęcia, pliki CSS i JavaScript zawarte w stronach internetowych, ale wraz z rozwojem staje się platformą do wykonywania łagodnych obliczeń, przetwarzania danych w czasie rzeczywistym oraz podejmowania inteligentnych decyzji.

Polecamy lekturę. Technologia przyspieszania na krawędzi: jak zoptymalizować wydajność witryny i doświadczenie użytkownika dzięki przetwarzaniu na krawędzi.。

Podstawowe komponenty i zasady technologiczne stosowane w technologii przyspieszania obrazu na krawędzi ekranu

Funkcjonowanie systemu przyspieszania obsługi żądań użytkowników opiera się na kilku kluczowych komponentach i technologiach, które współpracują ze sobą, tworząc cały, złożony proces od otrzymania żądania użytkownika do jego efektywnego obsługi.

CDN bunny.net

Miesięczna opłata wynosi zaledwie 1 USD, a koszty są jasne i bez żadnych ukrytych opłat. Funkcje obejmują stałą pamięć podręczną, monitorowanie w czasie rzeczywistym, ochronę przed atakami DDoS i darmowe certyfikaty SSL, a także optymalizację streamingu wideo i elastyczny model rozliczeń według zużycia.

Nie trzeba karty kredytowej, a okres próbny trwa 14 dni.

Odwiedź CDN w witrynie bunny.net →

Cloudways Cloudflare Enterprise

Cennik usługi Cloudflare dla firm obejmującej CDN/WAF wygląda następująco: do 5 domen – 4,99 USD miesięcznie za każdą z nich, z uwzględnieniem 100 GB przepustowości, a za każdy dodatkowy GB obowiązuje dopłata w wysokości 0,02 USD.

Do każdej nazwy domeny dołączone jest 100 GB transferu danych.

Odwiedź Cloudways Cloudflare Enterprise →

Krawędzowe węzły (Edge Nodes)

Środowiskowe node (ang. edge nodes) to fizyczne lub wirtualizowane jednostki, które stanowią całą sieć. Są to serwery rozmieszczone w różnych lokalizacjach i posiadają podstawowe możliwości przechowywania danych, obliczeń oraz przekierowywania pakietów sieciowych. Wielka sieć typu edge może składać się z tysięcy takich node, tworząc gęstą sieć rozprostowaną po całym obszarze. Jakość node, ich rozprostowanie oraz przepustowość łączy decydują o ostatecznym efekcie usług przyśpieszania transmisji danych w środowisku typu edge.

Intelligentne planowanie i równoważenie obciążenia.

To mózg usług szybkiego dostępu („edge acceleration”). Gdy przychodzi żądanie od użytkownika, inteligentny system planowania (zwykle bazujący na technologiach typu Anycast lub DNS) musi dokonać decyzji w czasie rzeczywistym, aby przekierować użytkownika do najbardziej odpowiedniego serwera znajdującego się w obrębie sieci. Kryteria, na których opiera się to rozpoznanie, obejmują, ale nie ograniczają się do:
– Odległość geograficzna: wybierz węzeł, który znajduje się najbliżej pod względem lokalizacji.
– Stan sieci: w czasie rzeczywistym monitoruje stan zdrowia node’ów, poziom zatłoczenia sieci oraz czas odpowiedzi.
– Stan wykorzystania cache’u: preferuje węzły, w których zostały zmagazynowane wymagane dane.
– Operator użytkownika: Jeśli to możliwe, wybierz node należący do tej samej sieci co operator użytkownika, aby uniknąć opóźnień wynikających z przekraczania granic sieci.

Strategie dystrybucji treści i cache’owania

To najklasyczniejsze zastosowanie technologii przyspieszania obsługi treści na poziomie „brzegu sieci” (edge acceleration). Statywny kontent jest wcześniej pobierany z serwera źródłowego (Origin Server) lub automatycznie przesyłany (push) do poszczególnych węzłów znajdujących się na tym poziomie, gdzie jest zapisywany do pamięci cache. Najpopularniejsze strategie zarządzania pamięci cache to:
– Czas trwania: Ustalij odpowiednio długi czas wygaśania dla zawartości w cache, aby zapewnić jej świeżość i aktualizację w momencie potrzeby.
– Klucz cache: umożliwia dokładne rozróżnianie różnych obiektów cache na podstawie informacji takich jak URL lub nagłówki żądania.
– Logika na poziomie edge node’ów: Na tych nodach wykonywana jest prostza logika, realizująca funkcje takie jak testy typu A/B, modyfikacja nagłówków żądań (request headers), kontrola dostępu itd., bez konieczności pobierania danych z źródła (origin server).

Obliczenia na krawędzi a funkcje jako usługa

To jest kierunek rozwoju technologii przyspieszania obliczeń na periferii. Dzięki dostarczeniu bezpiecznego, izolowanego środowiska uruchomienia na nodach periferowych (np. WebAssembly lub kontenery) programiści mogą bezpośrednio implementować część logiki biznesowej (np. obróbkę zdjęć, składanie personalizowanego zawartości, agregację danych z API, filtrowanie danych w czasie rzeczywistym) na poziomie lokalnych urządzeń. Zażycia użytkowników mogą być częściowo lub w całości przetwarzane na najbliższym nodzie periferowym, a wyniki są przekazywane bezpośrednio użytkownikowi lub przesłane do centralnego chmurowego serwera. To znacząco zmniejsza obciążenie serwerów w centrach danych oraz czas odpowiedzi na żądania.

Polecamy lekturę. Zrozumienie sieci dostarczania treści (CDN) od podstaw: zasady przyspieszania, kluczowe zalety i praktyczny przewodnik po wdrożeniu.。

Głównymi korzyściami wynikającymi z technologii przyspieszania na krawędzi (edge acceleration) są poprawy w wydajności systemu.

Wdrożenie technologii przyspieszania transmisji danych na poziomie „brzegu” (edge acceleration) może przynieść natychmiastowe i złożone względnie na wiele aspektów poprawy wydajności aplikacji internetowych, usług API oraz streamingu.

Znaczne zmniejszenie opóźnienia w sieci.

To najbardziej bezpośredni efekt tej zmiany. Przenoszenie punktów obsługi serwera z centrów danych znajdujących się w odległości tysięcy kilometrów do lokalnych, węzłów znajdujących się w miastach użytkowników znacząco skraca fizyczną odległość przesyłania danych. Dla aplikacji wymagających niskiej latencji, takich jak ładowanie stron internetowych, gry online czy komunikacja w czasie rzeczywistym, zmiana czasu przesyłania danych o kilka dziesiętych do kilku setek milisekund może znaczyć istotny skok w jakości użytkowniczego doświadczenia – z poziomu “akceptowanego” na poziom “błyskawicznego”.

Poprawienie dostępności i redundancji aplikacji

Architektura rozprostowana naturalnie charakteryzuje się wysoką dostępnością. Nawet jeśli doszło do awarii na jakimś nodzie na periferii lub w lokalnej sieci, system inteligentnego planowania może szybko przenieść ruch użytkowników na inne, sprawne serwery. Ponadto, ponieważ treści są przechowywane na kilku nodach, to skutecznie chroni serwer źródłowy przed atakami typu DDoS. Serwer źródłowy musi obsługiwać tylko żądania od węzłów na periferii, co znacząco zmniejsza obciążenie.

Optymalizacja kosztów przepustowości i efektywności wykorzystania danych

Dla dostawców usług, którzy udostępniają dużą ilość statycznego kontentu (np. wideo, materiały do pobrania), przyspieszenie na poziomie „edge” może znacząco zmniejszyć koszty wykorzystania przepustowości łącza. Większość ruchu użytkowników jest przekierowana na lokalne serwery („edge nodes”), a tylko nieudane żądania lub te, które wymagają dynamicznego obsługiwania, są przekazywane do serwerów źródłowych. To zmniejsza zużywanie przepustowości łącza na stronie serwera źródłowego. Sieci łączące lokalne serwery są zwykle optymalizowane, co również poprawia efektywność synchronizacji kontentu pomiędzy nimi.

Poprawienie doświadczenia korzystania z urządzeń mobilnych i Internetu Rzeczy (Internet of Things)

Warunki sieci w środowisku sieci mobilnej i Internetu rzeczy są bardziej niestabilne. Rozmieszczenie węzłów na periferii, w bliskiej odległości od punktów dostępu do sieci mobilnej, umożliwia aplikacjom mobilnym i urządzeniom IoT komunikację z usługami serwerowymi przez krótsze ścieżki i z większą stabilnością, co zmniejsza przerwy w transmisji danych oraz wahania w czasie ich przekazywania spowodowane niepewnościami sieci. To szczególnie przydatne w scenariach takich jak sieć samochodów (Car Networking) i inteligentne domy (Smart Homes).

Typowe scenariusze zastosowań akceleracji krawędziowej

Technologia przyśpieszania na krawędzi nie ma jednego tylko zastosowania; jej wartość jest w pełni wykorzystywana w różnych scenariach.

Polecamy lekturę. Zrozumienie technologii przyspieszania obciążenia na krawędzi jednym tekstem: analiza zasad technicznych, kluczowych zalet oraz scenariów zastosowania。

Prędkość działania stron internetowych w stanie statycznym i dynamicznym

Dla portali informacyjnych, stron e-commerce, witryn firm itd. można w pełni zakopać w cache statyczne zasoby, takie jak HTML, zdjęcia, materiały wideo oraz arkusze stylu. Ponadto, wykorzystując możliwości obliczeń na periferii („edge computing”), można na poziomie tej samej periferii realizować personalizację dynamicznego zawartości, obsługę tagów ESI (Edge Site Indexing) oraz nawet wykonywać proste procesy renderowania na stronie serwera, dzięki czemu witryny dynamiczne mogą osiągać prędkość dostępu porównywalną z tą, którą charakteryzują witryny statyczne.

Distribucja streamingu wideo i transmisji na żywo

To tradycyjne obszary, w których dominuje technologia przyspieszania transmisji danych na brzegu sieci. Poprzez rozdzielanie plików wideo na części i ich kierowanie do odpowiednich węzłów na brzegu sieci, oglądający mogą otrzymywać dane z najbliższego węzła, co skutecznie zapobiega zatłoczeniu sieci i umożliwia szybkie ładowanie oraz płynną reprodukcję wysokiej jakości wideo. W przypadku transmisji na żywo węzły na brzegu sieci mogą pełnić rolę narzędzi do konwertowania formatów, dostosowywania treści oraz obsługi procesów dystrybucji, zmniejszając przy tym obciążenie serwera źródłowego i gwarantując oglądaczom na całym świecie niski opóźzenie w przekazie danych.

Distribucja aktualizacji oprogramowania i gier

Pakety aktualizacji dla klientów gry, systemów operacyjnych oraz dużych programów są bardzo dużych rozmiarów. Dzięki rozdawaniu ich za pomocą sieci z technologią przyspieszania na krawędzi (edge acceleration), gracze i użytkownicy na całym świecie mogą szybko pobierać aktualizacje z lokalnych lub najbliższych serwerów. To unikaje zatłoczenia sieci, powodowanego dużym obciążeniem jednego serwera, znacząco skraca czas potrzebny na aktualizacje i poprawia zadowolenie użytkowników.

API interfejsy i szybkość obsługi mikroserców

Współczesne aplikacje w dużej mierze opierają się na wywołaniach API. Umożliwienie cacheowania części funkcji gatewayów API lub tylko danych dostępnych w trybie tylko odczytu na poziomie „brzegu” (edge) może znacząco zmniejszyć czas odpowiedzi API. W przypadku urządzeń z Internetu Rzeczy (IoT), które wysyłają dane lub otrzymują poleczenia, można zainstalować na tych urządzeniach moduły do bezpośredniego połączenia z nodami na poziomie „brzegu” w celu przetwarzania i agregacji informacji, a następnie synchronizacji tych danych z centralnym chmurowym systemem w formie masowej i asynchronicznej. To może poprawić ogólną przepustowość systemu oraz jego zdolność do obsługi operacji w czasie rzeczywistym.

Ochrona bezpieczeństwa i kontrola dostępu

Środowiska typu „edge nodes” (graniczne węzły) mogą stanowić pierwszą linię obrony przed zagrożeniami bezpieczeństwa. W tych środowiskach można wdrożyć zasady firewalla dla aplikacji webowych, procedury filtrowania ruchu typu DDoS, mechanizmy zarządzania botami oraz podstawowe metody autentyzacji użytkowników. Zły ruch jest przerywany na poziomie tych węzłów, nie dotykając serwera źródłowego, co zapewnia bezpieczeństwo serwera i jednocześnie zmniejsza wydatki na zasoby bezpieczeństwa.

Podsumowanie.

Technologia Edge Acceleration umożliwia budowę rozprostowanej sieci usług, która jest bliżej użytkowników, poprzez przenoszenie zasobów obliczeniowych i możliwości dystrybucji treści na periferię sieci. Nie jest to tylko prosta rozszerzenie sieci dystrybucji treści, lecz kompleksowe rozwiązanie łączące w sobie takie technologie jak inteligentne planowanie, globalne równowaga obciążenia oraz obliczania na periferii. Jej kluczowa wartość polega na znacznym skróceniu fizycznego i logicznego odległości pomiędzy danymi a użytkownikami, co przynosi istotne korzyści w formie zmniejszenia opóźnień, poprawy dostępności, optymalizacji kosztów przepustowości oraz zwiększenia bezpieczeństwa usług.

Wraz z explosywnym rozwojem technologii 5G, Internetu rzeczy (IoT) oraz aplikacji wymagających bezwzględnego czasu reakcji, wymagania dotyczące opóźnień w transmisji danych i ich niezawodności będą rosnąć. Technologie przyspieszania obliczeń na poziomie “brzegu sieci” (edge computing) będą dalej się rozwijać i łączyć z chmurowymi usługami, tworząc nową architekturę obliczeń typu „chmura-brzeg-klient”, która stanie się niezbędną infrastrukturą dla przyszłych aplikacji cyfrowych.

FAQ – najczęściej zadawane pytania.

W czym różnica między technologią przyspieszania obsługi treści na krawędzi (edge acceleration) a tradycyjnymi rozwiązaniami typu CDN (Content Delivery Network)?

Tradicjonalne usługi CDN (Content Delivery Networks) skupiają się głównie na kierowaniu i magazynowaniu treści statycznych. Funkcje ich nodów są względnie ograniczone – ich głównymi zadaniami są przechowywanie oraz przekazywanie tych treści.

A współczesne platformy do przyspieszania transmisji danych na poziomie „brzegu” („edge acceleration”) łączą w sobie możliwości tradycyjnych rozwiązań typu CDN z zaletami obliczeń realizowanych na poziomie użytkowników („edge computing”). Dzięki temu deweloperzy mogą uruchamiać własny kod na nodach znajdujących się w bliskiej odległości od użytkowników, co umożliwia obsługę bardziej złożonych, dynamicznych żądań. Platformy te umożliwiają przetwarzanie żądań i odpowiedzi w czasie rzeczywistym, generowanie personalizowanego treści oraz przetwarzanie danych w czasie rzeczywistym. Można powiedzieć, że rozwiązania typu edge acceleration stanowią rozwinięcie i ulepszenie technologii CDN, oferując większą programowalność oraz moc obliczeniową.

Czy wdrożenie technologii przyspieszania obciążenia na poziomie sieci (edge acceleration) wymaga dużych zmian w istniejącej architekturze aplikacji?

Nie konieczna jest duża skala rekonstrukcji. Aby przyspieszyć obsługę statycznego kontenu, zwykle wystarczy tylko zmienić ustawienia DNS – należy skierować adres domeny (CNAME) na adres udostępniony przez usługodawcę usług przyspieszania na brzegu sieci. To jest w pełni transparentne dla aplikacji.

W przypadku scenariów, gdzie chce się wykorzystać możliwości obliczeń na marginesie, może być konieczna pewna praca rozwojowa – na przykład konieczna jest przepisania części bezstanowej, lekkiej logiki biznesowej na funkcje, które mogą być uruchomione na urządzeniach na marginesie. Wiele platform do obliczeń na marginesie oferuje narzędzia i API kompatybilne z istniejącymi usługami w chmurze, co zmniejsza trudności związane z migracją i rozwojem. Wdrożenie można zacząć od niekluczowych funkcji, wrażliwych na opóźnienia, po czym stopniowo sprawdzać ich działanie.

Jak zapewnić bezpieczeństwo i zgodność danych znajdujących się na nodach położonych na periferii sieci?

To kluczowy problem, który dotyka zarówno dostawców usług przyśpieszania transmisji danych na marginesie sieci, jak i użytkowników. Głównymi zabezpieczającymi rozwiązaniami są: działanie węzłów na wysoko bezpiecznym, zabezpieczonym środowisku typu „sandbox”, zrealizowanie ścisłego oddzielenia procesów i sieci; komunikacja pomiędzy wszystkimi węzłami, a także pomiędzy węzłami a serwerami źródłowymi oraz użytkownikami jest zawsze szyfrowana za pomocą protokołu TLS/SSL; dostawcy usług często oferują dokładne logi dostępu i funkcje audytu.

W zakresie zgodności z wymogami dotyczącymi przetwarzania danych użytkownicy muszą dokładnie ustalić z dostawcami usług zasady geograficznego rozmiarowania cache’u danych. Wiele usług umożliwia użytkownikom ustawienie takich reguł, aby dane nie były przechowywane w formie cache, lub określenie, że treści mogą być przechowywane wyłącznie na serwerach znajdujących się w określonych krajach lub regionach, co jest konieczne w celu spełnienia wymagań regulacji lokalizacji danych, np. GDPR.

Czy obliczanie na marginesie oznacza, że nie będzie już potrzebny centralizowany cloud computing?

Nie jest tak. Obliczanie na krawędzi (edge computing) i obliczanie w chmurze (central computing) są wzajemnie uzupełniające i współpracujące, tworząc zintegrowaną architekturę “chmura-krawędź-graniczny sprzęt” (cloud-edge-device). Obliczanie na krawędzi doskonale radzi sobie z analizą danych w czasie rzeczywistym, o krótkim okresie i z niskim opóźnieniem, a także z podejmowaniem lokalnych decyzji – np. z filtrowaniem danych w czasie rzeczywistym, ich agregacją oraz natychmiastowymi reakcjami.

Centralny chmurzny system jest odpowiedzialny za trwałe przechowywanie dużych ilości danych, złożone procesy batch, analizę dużych zbiorów danych, szkolenie modeli oraz zarządzanie globalną logiką biznesową. Wyniki obliczeń na nodach położonych na periferii, dane, które wymagają długoterminowego przechowywania, a także sam kod funkcji działających na tych nodach, są nadal zależne od potężnego, elastycznego i wyposażonego w wiele funkcji centralnego chmurznego systemu. Tylko współpraca obu systemów umożliwia osiągnięcie maksymalnej efektywności.