Analiza technologii przyspieszania na marginesie: jak wykorzystać obliczania na marginesie do poprawienia wydajności aplikacji internetowych i API

W obecnym wieku, gdy najważniejszy jest digitalny doświadczenie użytkownika, wymagania dotyczące szybkości reakcji aplikacji i ich stabilności są niemalże wyjątkowo surowe. Tradycyjne, centralizowane architektury chmur komputerowych oferują dużą moc obliczeniową, ale ich wrodzone problemy z opóźnieniami geograficznymi i zatłoczeniem sieci stanowią barierę na drodze do poprawienia jakości obsługi użytkowników. Gdy żądanie użytkownika musi zostać przesłane do centralnego data center położonego na drugim krańcu świata, opóźnienie w wysokości kilku setek milisekund jest nieuniknione, co stanowi poważny problem w scenariach wymagających interakcji w czasie rzeczywistym, gry online, streamingu w wysokiej rozdzielczości czy transakcji finansowych.

Technologia przyspieszania na obrębie sieci (edge acceleration) powstała, aby rozwiązać ten problem. Jej zasadnicza koncepcja polega na przenoszeniu zasobów obliczeniowych, pamięci i sieci z centralnego “chmura” do lokalnych, fizycznych punktów znajdujących się bliżej użytkowników lub źródeł generowania danych. Dzięki rozprostowaniu usług na punktach sieci po całym świecie czas transportu danych znacznie się skraca, co umożliwia niebyłe wcześniej dostępne niskie opóźnienia i wysoką dostępność. To stanowi kluczową podstawę dla znacznego poprawienia wydajności aplikacji internetowych i interfejsów API.

Podstawowa zasada działania akceleratora krawędziowego.

Technologia przyspieszania obsługi na krawędzi nie stanowi jednej pojedynczej metody, lecz raczej zbiór rozwiązań łączących optymalizację sieci, dystrybucję treści oraz zaawansowane algorytymy obliczeniowe. Proces działania tej technologii opiera się na dwóch zasadach: “obróbki danych w najbliższym miejscu” oraz “inteligentnym planowaniu wykonywania operacji”.

Polecamy lekturę. Co to CDN (Content Delivery Network)? Analiza kluczowej technologii przyśpieszającej dostęp do stron internetowych。

Gdy użytkownik wysyła żądanie, na przykład aby otworzyć stronę internetową lub skorzystać z API, to żądanie jest najpierw przekierowane przez inteligentny system DNS lub globalny balanser obciążenia (GLB) do najbliższego serwera znajdującego się pod względem lokalizacji geograficznej.

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 →

Interceptowanie i kierowanie żądaniami (Request Interception and Routing)

W tym momencie węzeł krawędziowy pełni rolę “centrum transportowego”. Najpierw ocenia typ żądania: jest to treść statyczna (np. obrazy, pliki CSS, JavaScript) czy żądanie do dynamicznej API. W przypadku treści statycznej, jeśli jest ona dostępna w cache’u węzła krawędziowego i nie wygasła, jest od razu wysłana użytkownikowi, co eliminuje konieczność pobierania danych z dalekich serwerów centralnych, co zmniejsza czas potrzebny na realizację żądania.

Obsługa krawędzi dynamicznego zawartości

W przypadku dynamicznych żądań tradycyjnym modelem jest ich bezpośrednie przekierowanie do serwera źródłowego. Jednak w architekturze przyspieszania na poziomie “edge” (na granicy między klientem a serwerem) node’y położone na tym poziomie mogą wykonywać bardziej złożone operacje. Możą uruchomić krótki fragment kodu za pomocą narzędzi typu Cloudflare Workers lub AWS Lambda@Edge, by przetworzyć żądanie (na przykład sprawdzić token, zmienić nagłówki żądań), agregować wyniki kilku wywołań API lub nawet wykonać prostą biznesową logikę i generować odpowiedź. Tylko te operacje, które wymagają złożonych obliczeń lub dostępu do kluczowych danych, są przekierowane z powrotem do serwera centralnego.

Caching i optymalizacja treści

Poza obsługą logiki, punkty graniczne (edge nodes) inteligentnie cacheują odpowiedzi od serwera źródłowego. Dzięki ustawieniom dokładnych zasad cache’owania (na podstawie adresów URL, parametrów zapytania, nagłówków żądań) identyczne dynamiczne żądania mogą być obsługiwane bezpośrednio na tych punktach granicznych. Ponadto punkty te mogą automatycznie optimizować obrazy, kompresować kod itp., co daje możliwość dalszego zmniejszenia ilości przekazywanych danych i przyspieszenia procesu ładowania stron.

Obliczanie na krawędzi (edge computing) ma kluczowe znaczenie dla poprawienia wydajności aplikacji internetowych.

Przeniesienie mocy obliczeniowej na periferie pozwala uzyskać wielowymiarowe poprawy w wydajności aplikacji internetowych, które bezpośrednio przekładają się na lepszą angażację użytkowników i lepsze wyniki biznesowe.

Polecamy lekturę. Odkryj tajemnice technologii przyspieszania działania aplikacji: jak poprawić wydajność aplikacji na całym świecie za pomocą rozprostowanej sieci.。

Znaczące zmniejszenie czasu potrzebnego na odczytywanie pierwszego bajtu oraz opóźnienia w procesie ładowania.

Opóźnienia to główny problem dotyczący wydajności. Technologia przyspieszania transmisji danych na brzegu sieci (edge acceleration) minimalizuje fizyczne opóźnienia wynikające z odległości geograficznej pomiędzy użytkownikiem a serwerem. Dzięki temu żadne żądanie nie trwa dłużej niż kilka dziesiętych milisekund, niezależnie od tego, gdzie się znajduje użytkownik na świecie. To sprawia, że pierwszy bajt danych jest dostępny szybciej, a strona internetowa jest szybciej ładowana – szczególnie ważne to dla witryn z dużą ilością statycznych zasobów, np. wideo lub zdjęć.

Poprawienie dostępności i odporności na awarie aplikacji

W architekturze centralizowanej awaria w jednym centrum danych lub przerywa w sieci może doprowadzić do całkowitej niedostępności usług. Architektura oparta na technologii przyspieszania transmisji danych na poziomie „brzegu” (edge acceleration) jest z natury rozprostrowana – na całym świecie znajduje się setki lub tysiące takich elementów, które tworzą elastyczną sieć. Nawet jeśli wystąpi problem z jakimś elementem lub lokalną siecią, ruch danych może zostać bezproblemowo i szybko przekierowany na inne, sprawne elementy sieci, co gwarantuje wysoką dostępność usług i ciąłość biznesową, a także skutecznie chroni przed atakami typu DDoS.

Optymalizacja kluczowych wskaźników webowych

Podstawowe wskaźniki webowe, takie jak Largest Contentful Paint (największy obszar treści wyświetlony na ekranie), First Input Delay (opóźnienie w otrzymaniu odpowiedzi od witryny po wprowadzeniu danej) oraz Cumulative Layout Shift (kumulatywny zmiany w rozstawie elementów na ekranie), bezpośrednio wpływają na jakość użytkowniczego doświadczenia oraz na pozycje witryny w wynikach wyszukiwarki. Technologia Edge Acceleration znacząco poprawia te wskaźniki, szybko dostarczając treść i zmniejszając opóźnienia spowodowane obsługą JavaScriptu. Krótszy czas wyświetlenia najważniejszych elementów treści (LCP) sprawia, że użytkownicy szybciej mogą zacząć korzystać z jej zawartości, a mniejsze opóźnienia w interakcji (FID) gwarantują natychmiastową odpowiedź witryny, co zmniejsza stopień odchodów użytkowników i zwiększa skuteczność conversionów (przekształcenia ich działań w zamówienia lub inne wydarzenia pożądane przez witrynę).

Jak wdrożyć strategię przyspieszania działania API na poziomie „edge” (na granicy między serwerem a klientem)?

API, jako szkielet łączący współczesne aplikacje, ma kluczowe znaczenie pod kątem ich wydajności. Obliczanie na krawędzi (edge computing) oferuje nowy podejście do optymalizacji wydajności API, który wykracza się poza zwykłe metody takie jak cacheowanie za pomocą protokołu HTTP.

Integracja bramy API z funkcjami na krawędzi sieci (edge functions)

API gateway jest rozstawiany na poziomie „brzegu” sieci, jako jedyny punkt wejścia dla wszystkich żądań skierowanych do serwerów źródłowych. Gateway ten może wykonywać różne funkcje, takie jak autentyfikacja, autorizacja, ograniczenie liczby żądań, monitorowanie oraz konwertowanie formatów danych, bez konieczności wykorzystywania zasobów serwerów źródłowych. W połączeniu z funkcjami typu „edge functions” (funkcjami działającymi na poziomie „brzegu”) programiści mogą zainstalować logikę autentyfikacji (np. weryfikację tokenów JWT), proste filtry danych lub konwertory formatów (np. przekształcenie XML w JSON) bezpośrednio na poziomie „brzegu”. Dzięki temu nielegalne lub niepoprawne żądania są przekierowane lub przetwarzane, zanim dotrzeją do serwerów źródłowych.

Intelligentne API odpowiadające na żądania z pamięci podręcznej.

Wdrożenie różnych strategii cache na poziomie serwera („edge caching”) dla żądań typu GET. Można różnić kopie danych w cache na podstawie nagłówków żądań (np. wersji tokena autentycznego, typu klienta) lub parametrów adresu URL. Dla API, które są często wykorzystywane, ale dane w nich nie są aktualizowane w czasie rzeczywistym (np. katalog produktów, informacje konfiguracyjne), można ustawić dłuższy czas trwania cache. To pozwala obsługiwać dużą liczbę żądań na sekundę (QPS – Queries Per Second) i znacząco zmniejszyć obciążenie bazy danych.

Polecamy lekturę. Detaljny opis technologii CDN (Content Delivery Network): zasady przyspieszania, rozwiązania implementacyjne i wartość aplikacyjna。

Agregacja i procesowanie w batch

Na stronach mobilnych lub frontend często konieczne jest wywoływanie kilku API mikrosercwisów w celu renderowania jednego wyglądu (view). Tradycyjne podejście powoduje kilka transmisji danych przez sieć. Za pomocą funkcji typu “edge function” można równocześnie wywołać kilka usług backendowych na nodach położonych na periferii sieci, a potem zebrać wyniki i wysłać je jednorazowo do klienta. Taki model, w którym „backend stanowi część frontendu”, zmienia kilka komunikacji między klientem a serwerem o dużym opóźnieniu w jedną komunikację między klientem a elementem położonym na periferii sieci, a także kilka komunikacji o niskim opóźnieniu między elementem położonym na periferii sieci a serwerem, co znacząco zmniejsza łączny czas wykonywania operacji.

Przewodnik po wyborze platform i usług do przyspieszania działania aplikacji na urządzeniach z obsługą technologii Edge Computing

Na rynku dostępne są różne zaawansowane rozwiązania do przyspieszania transmisji danych na krawędzi sieci (edge acceleration). Kluczowym jest wybranie platformy, która odpowiada wymaganiom technologicznym i biznesowym użytkownika.

Platforma do przyspieszania działania całego serwisu i zabezpieczenia danych

Usługi świadczone przez firmy typu Cloudflare obejmują całość potrzebnego narzędzi – od DNS i zabezpieczeń przed atakami po rozwiązania związane z obliczeniami na periferii (edge computing). Ich kluczową zaletą jest ogromna globalna sieć oraz gotowe do użycia rozwiązania chroniące przed atakami typu DDoS oraz firewale aplikacji webowych. Dzięki narzędziu Cloudflare Workers programiści mogą uruchamiać kod JavaScript na wszystkich węzłach tej sieci, co zapewnia maksymalną elastyczność i wydajność.

Usługi na krawędzi oferowane przez dostawców chmur publicznych

Wiodące dostawcy usług chmurowych, takie jak AWS, Google Cloud i Microsoft Azure, oferują własne usługi typu „edge” (usługi obsługiwanie na poziomie klienta). Na przykład AWS CloudFront w połączeniu z Lambda@Edge umożliwia dobrą integrację z innymi usługami w ich ekosystemie chmurowym, np. S3 i DynamoDB. Takie usługi są przeznaczone dla firm, które intensywnie korzystają z tych platform chmurowych, ponieważ ułatwiają zarządzanie i rozliczanie kosztów.

Platforma obliczeń na krawędzi przyjazna developerom

Platformy takie jak Vercel i Netlify łączą w sobie obliczanie na brzegu (edge computing) z procesem rozwoju front-end aplikacji w sposób zintegrowany. Doskonale pasują do współczesnych aplikacji webowych bazujących na architekturze Jamstack, umożliwiając automatyczne rozdzielanie statycznych zasobów oraz rozstawianie elementów renderowanych na stronie internetowej na serwerze lub na urządzeniach użytkowników po całym świecie. Dzięki temu developerzy mogą korzystać z uproszczonego procesu wdrożenia aplikacji oraz z doskonałych wyników jej działania.

Podczas wyboru należy uwzględnić następujące aspekty: zasięg i jakość sieci, elastyczność funkcji obliczeń na brzegu (języki obsługiwanie, ograniczenia podczas wykonywania programów), integrację z istniejącymi technologiami, poziom bezpieczeństwa oraz model kosztowy.

Podsumowanie.

Technologia przyspieszania na margach (edge acceleration) znacząco zmienia model dostawienia aplikacji, poprzez rozprostowanie zasobów obliczeniowych w bliskiej odległości od użytkowników. Nie jest to tylko szybszy format CDN (Content Delivery Network), lecz raczej nowy paradoks obliczeniowy, który umożliwia inteligentne przenoszenie logiki biznesowej prosto do użytkownika. Dla aplikacji webowych to szybsze ładowanie, bardziej płynna interakcja i bardziej stabilna obsługa; dla API to mniejsze opóźnienia, wyższa przepustowość i większa elastyczność.

Wdrożenie technologii przyspieszania obciążenia na poziomie „edge” (na granicy między serwerem a użytkownikiem) nie jest już wyłączną prerogatywą dużych firm technologicznych. Ze względu na pojawę różnych dojrzałych platform, stało się ono konieczną strategią dla każdej organizacji, która dąży do doskonałego doświadczenia użytkownika i rozszerzenia biznesu na całym świecie. Proces rozpoczyna się od prostego ustawiania mechanizmów cache’owania statycznych danych, a potem logika autentyzacji, agregacji oraz personalizacji jest przenoszona na poziom serwerów znajdujących się blisko użytkowników. To jasny szlak do stworzenia aplikacji o wysokich wymogach wydajności.

FAQ – najczęściej zadawane pytania.

Jaka jest różnica pomiędzy przyspieszaniem na krawędzi a tradycyjną siecią dostarczania treści (CDN)?

Tradicyjne usługi CDN (Content Delivery Networks) skupiają się głównie na kierowaniu i dystrybucji treści statycznej, takiej jak zdjęcia, materiały wideo oraz pliki skryptowe. Ich kluczowym celem jest zmniejszenie zużycia przepustowości łącza internetowego oraz przyspieszenie ładowania tych zasobów.

Technologia przyspieszania na poziomie edge (“edge acceleration”) stanowi następne pokolenie sieci dostawców treści (content delivery networks – CDN). Dodatkowo do możliwości cacheowania typowej dla CDN, ta technologia umożliwia wykonywanie kodu na serwerach położonych blisko użytkowników. Dzięki temu można obsługiwać dynamiczne treści, realizować personalizowaną logikę, wykonywać operacje za pośrednictwem API oraz przeprowadzać obliczenia w czasie rzeczywistym. To przyczynia się do ewolucji procesu dostawców treści z poziomu “dostawy treści” na poziom „dostawy aplikacji”.

Czy jest bezpieczne umieszczać logikę biznesową na periferii systemu?

Tak, najpopularniejsze platformy do obliczeń na marginesie oferują poziom bezpieczeństwa typu enterprise. Funkcje wykonywane na tych platformach zwykle działają w bezpiecznym środowisku typu „sandbox”, izolowanym od innych użytkowników. Platformy dostarczają również usługi zarządzania poufnością, które umożliwiają bezpieczne przechowywanie kluczy API, danych do logowania do baz danych oraz innych informacji poufnych.

Dodatkowo, ponieważ logika autentyzacji i upoważniania może być implementowana na poziomie „brzegu” (edge), nieuprawomocnione lub złośliwe żądania są przerywane przed dotarciem do serwerów obsługujących core biznes funkcje, co w efekcie zwiększa bezpieczeństwo całego systemu. Oczywiście programiści nadal muszą stosować najlepsze praktyki bezpieczeństwa, takie jak sprawdzanie wprowadzanych danych oraz unikanie przechowywania informacji poufnych.

Jak wpływ szybkość obsługi na krawędzi (edge acceleration) na moją architekturę backend?

Przyspieszenie na poziomie edge (na granicy sieci) będzie stymulować dalszy rozwój architektury backendu w kierunku wyraźniejszego rozdzielania zadań pomiędzy poszczególnymi komponentami. Serwery backendu będą mogły skupić się na realizacji prawdziwej biznesowej logiki, złożonych obliczeń oraz utrzymywaniu danych, podczas gdy funkcje takie jak rozdzielanie ruchu, sprawdzania bezpieczeństwa, konwertowanie protokołów oraz proste agregacje zostaną przeniesione na poziom edge.

Taka zmiana oznacza zwykle, że API na stronie serwerowej może zostać zaprojektowane w bardziej czysty i stabilny sposób, a przy tym będzie w stanie obsługiwać większy nagły ruch, ponieważ większość pracy związanej z powtarzającymi się operacjami oraz zabezpieczeniami przeniesiono na poziom „edge layer” (warstwy znajdujące się najbliżej użytkowników). Architektura stanie się bardziej rozprostrowana (distribuowana) i rozluźniona (niezależna od poszczególnych elementów systemu).

Jaki jest główny koszt wdrożenia technologii przyspieszania transmisji danych na poziomie „marginalnym” (edge acceleration)?

Zakupy obejmują dwie główne części: pierwsza to koszty korzystania z usług platformy typu „edge platform”, które są ustalane na podstawie liczby żądań, czasu wykonywania funkcji typu „edge function” oraz obciągu przepływu danych (outbound traffic); druga to koszty związane z rozwojem i utrzymaniem systemu.

Choć może to doprowadzić do wzrostu kosztów usług typu „edge services”, to często znacząco zmniejsza wydatki na obliczenia i przepustowość łącza na serwerze źródłowym, a poprzez poprawę wydajności przyczynia się do wzrostu biznesu. Koszty rozwoju obejmują konieczność nauki i adaptacji do modeli programowania stosowanych w obliczeniach na brzegu („edge computing”) oraz możliwą konieczność przebudowy architektury istniejących aplikacji, aby w pełni wykorzystać potencjalność rozwiązań typu „edge”.