Что такое ускорение на границе (edge acceleration)? Подробный анализ принципов работы, преимуществ и основных сценариев применения.

По мере увеличения сложности интернет-приложений и стремления пользователей к мгновенным ответам традиционная централизованная архитектура облачных вычислений сталкивается с ограничениями при обработке огромных объемов данных с низкой задержкой. В этой ситуации появилась технология, направленная на перемещение ресурсов (вычислительных, хранилищных и сетевых) из центрального облака на периферию сети, ближе к пользователям или источникам данных – это так называемое “ускорение на периферии” (edge acceleration). Основная идея этой технологии заключается в сокращении физического расстояния, на котором передаются данные, что позволяет уменьшить задержки, повысить производительность и оптимизировать использование пропускной способности сети.

Основной принцип ускорения на краях.

Технология ускорения передачи данных по краям экрана (edge acceleration) представляет собой не отдельную технологию, а архитектурную концепцию, объединяющую элементы распределенных вычислений, распределения контента и оптимизации сетевых процессов. Ее принцип работы можно понять с двух уровней: пути обработки данных и структуры сетевой топологии.

Переход от парадигмы, основанной на принципах централизации, к парадигме, основанной на принципах децентрализации (от “центра” к “краям”)

В рамках традиционных моделей пользовательские запросы должны проходить через длинные интернет-маршруты, достигая централизованных данныхцентров, расположенных в нескольких географических точках, где они обрабатываются, после чего результаты возвращаются обратно тем же путем. Этот процесс схож с ситуацией, когда все жители города вынуждены обращаться за услугами в один и тот же центр города, что неизбежно приводит к задержкам и очередям.

Рекомендуемое чтение Ускорение обработки данных на периферии: как использовать CDN и технологии периферийных вычислений для повышения производительности веб-сайтов по всему миру。

Технология ускорения обработки запросов на периферии основана на размещении легких вычислительных ресурсов и систем кэширования на ключевых сетевых узлах по всему миру (например, на точках обмена данными интернет-провайдеров, в городских центрах обработки данных). Запросы пользователей сначала интеллектуально направляются на наиболее близкий к ним сетевой узел. Если необходимые ресурсы (например, статические веб-страницы, видеопотоки, ответы от API) уже находятся в кэше на этом узле, они сразу же возвращаются пользователю, обеспечивая ответы в миллисекундные сроки. Если запрос требует динамической обработки, узел на периферии может выполнять часть вычислений или пересылать упрощенную версию запроса в центральный облачный сервис.

CDN от bunny.net

Ежемесячные платежи начинаются всего от 1 доллара, при этом плата за услуги не скрывается. Среди особенностей - постоянное кэширование, мониторинг в реальном времени, защита от DDoS и бесплатные SSL-сертификаты, оптимизация для потокового видео и гибкая модель тарификации за использование.

Не требуется кредитная карта, бесплатная 14-дневная пробная версия

Посетите CDN bunny.net →

Cloudways Cloudflare Enterprise

Ценовой план Cloudflare для корпоративных CDN/WAF составляет 4,99 USD/месяц за домен для 5 доменов, включая 100 ГБ трафика, и 0,02 USD/ГБ за все, что сверх этого.

100 ГБ бесплатного трафика на домен

Доступ к Cloudways Cloudflare Enterprise →.

Ключевые технологические компоненты.

Для реализации этой архитектуры необходимо использовать несколько ключевых технологий: Во-первых, это узлы краевого обработки данных – физические или виртуальные кластеры серверов, расположенные на периферии сети и обладающие вычислительными и хранилищными возможностями. Во-вторых, это системы интеллектуального маршрутизирования и распределения нагрузки, которые, как правило, основаны на технологиях анycast или глобального распределения нагрузки между серверами, позволяющие бесперебойно направлять пользовательские запросы к наиболее подходящим узлам краевого обработки данных. Наконец, важную роль играют системы кэширования и сети распределения контента: они являются основой для ускорения работы систем на уровне краевых узлов, поскольку позволяют заранее хранить наиболее востребованные данные на этих узлах, тем самым значительно сок

Основные преимущества технологии ускорения работы приложений на границах экрана:

Использование технологий ускорения данных на границах передачи информации позволяет современным приложениям добиться значительных улучшений во многих аспектах; эти преимущества напрямую отвечают на ключевые вызовы современного Интернета.

Максимально низкое время отклика и высокая производительность

Это самое прямое и заметное преимущество технологии ускорения передачи данных на границе сети. Благодаря размещению серверных точек в местах, находящихся в непосредственной близости от конечных пользователей (на одном “хопе” передачи данных), физическое время их передачи сокращается до минимума. Для таких сценариев, как онлайн-игры, реальное время вещания (видео- и аудиосвязь), финансовые транзакции, интерактивные веб-приложения и т. д., снижение задержек даже на несколько десятков миллисекунд может привести к качественному улучшению пользовательского опыта.

Значительное снижение затрат на пропускную способность каналов связи и уменьшение нагрузки на центральные серверы

Когда большинство запросов обрабатывается на периферийных узлах, объем данных, поступающих в центральный облачный сервис или исходный сервер, резко снижается. Это позволяет сэкономить на дорогих тарифах на передачу данных между регионами и операторами связи, а также избежать расточительства ресурсов центральных серверов, которые и так заняты обработкой большого количества повторяющихся, простых статических запросов. В результате серверы могут сосредоточиться на выполнении ключевых бизнес-логик и сложных вычислений.

Рекомендуемое чтение Анализ технологий ускорения работы приложений на периферийных узлах сети: как использовать ресурсы периферийных сетей для повышения производительности приложений и качества пользовательского опыта。

Улучшенная расширяемость и надежность

Распределенные краевые сети по своей природе обладают возможностью горизонтального масштабирования. В случае внезапного увеличения трафика (например, при выпуске новых продуктов или во время значимых событий) можно быстро добавлять ресурсы на краевых узлах, без необходимости кардинальной перестройки центральной архитектуры. Кроме того, поскольку сервисы распределены по сотням или тысячам узлов, возможность сбоя отдельного узла или дата-центра эффективно ограничивается, что предотвращает полное прерывание работы системы и повышает устойчивость всей архитектуры.

Повышение уровня безопасности и соблюдения норм конфиденциальности

Крайние узлы могут применять базовые меры безопасности ещё до того, как трафик достигнет основной сети предприятия: фильтровать DDoS-атаки, проверять правила веб-приложений-брандмауэров, контролировать действия роботизированных программ и т. д., блокируя угрозы на этапе их поступления. Кроме того, благодаря архитектуре, ориентированной на локальное хранение и обработку данных, данные пользователей конкретных регионов могут быть легче сохраняться в соответствующих региональных узлах сети.

Основные сценарии использования и примеры реализации

Технология ускорения работы на краях экрана нашла применение во многих отраслях, способствуя появлению инновационных пользовательских интерфейсов и приложений.

Стриминговые технологии и развлечения с реальным временем

Платформы видеоондервудинга и прямых трансляций являются наиболее типичными примерами применения технологий распределенных центров обработки данных (CDN – Content Delivery Networks). Популярные видеофайлы хранятся на расположенных на периферии серверах, что обеспечивает возможность плавного просмотра высококачественного контента для зрителей по всему миру. В сфере игр технология облачных игр позволяет выполнять процессы рендеринга и выполнения игр на серверах, расположенных на периферии; легкие устройства игроков получают только потоковое изображение и отправляют команды для управления игрой, полностью избавляясь от не

Электронная коммерция и розничная торговля

Во время таких крупных распродаж, как “Двадцать первое ноября”, статические элементы веб-сайтов электронной коммерции — изображения, описания товаров, страницы акций и т. д. — подвергаются огромному количеству запросов. Технология ускорения обработки данных на периферийных устройствах позволяет покупателям по всему миру быстро загружать страницы; команды на совершение сделок в режиме «мгновенной покупки» обрабатываются максимально быстро, что снижает влияние задержек на успех совершения

Интернет вещей и промышленный Интернет

На заводах и в городах установлено огромное количество сенсоров Интернета вещей, которые постоянно генерируют данные. Если все эти исходные данные передавать в облако для обработки, задержки и затраты на передачу данных станут неприемлемыми. Технология ускорения обработки данных на периферии позволяет выполнять фильтрацию, предварительную обработку и анализ данных непосредственно на гибридных шлюзах или локальных серверах, расположенных рядом с устройствами. Таким образом передаются только ключевые результаты или агрегированная информация, что обеспечивает возможность прогностического технического обслуживания и реального времени мониторинга.

Рекомендуемое чтение Исследование технологий ускорения передачи данных на границах сети: как переосмыслить будущее современных интернет-приложений и распределения контента。

Финансовые технологии и мобильные приложения

Приложения для мобильных платежей и ценных бумаг крайне чувствительны к задержкам в обработке данных. Технология краевого ускорения позволяет размещать сервисы, отвечающие за проверку транзакций и идентификацию рисков, непосредственно в районах с высокой концентрацией пользователей, что обеспечивает мгновенное выполнение их запросов. Кроме того, обновления приложений и файлы с ресурсами распространяются через краевые сети, что ускоряет процесс обновления версий и внедрения новых функций.

резюме

Технология ускорения обработки данных на периферии представляет собой неизбежную тенденцию в эволюции сетевых систем от централизованных моделей к распределенным, от подходов, основанных на обработке данных в “облаке”, к подходам, сочетающим обработку в облаке и на периферийных устройствах. Она позволяет перемещать процессы обработки и данные ближе к пользователям, тем самым решая основные проблемы современных сетей – задержки передачи данных, ограничений по пропускной способности каналов связи, масштабируемости и безопасности. Основная ценность этой технологии заключается в ее способности обеспечить высокую скорость передачи данных и качественный пользовательский опыт. С распространением технологий 5G, Интернета вещей и искусственного интеллекта появится все больше приложений, требующих высокой оперативности; технология ускорения обработки данных на периферии станет неотъемлемой частью инфраструктуры, поддерживающей эти инновации. В будущем границы между периферийными и центральными узлами сетей станут еще более размыты

Часто задаваемые вопросы

###: Является ли ускорение передачи данных на периферийных устройствах (edge acceleration) тем же самым, что и использование сервисов CDN (Content Delivery Network)?

Не совсем одно и то же, но тесно связано. Традиционные системы CDN (Content Delivery Networks) в основном сосредоточены на распределении и кэшировании статического контента (изображений, видео, скриптов) и представляют собой важную форму реализации технологий ускорения передачи данных на периферийных узлах сети.

Современное понимание концепции ускорения данных на периферийных узлах (edge acceleration) охватывает гораздо более широкий спектр функций. Оно включает не только распределение контента, но и возможность выполнения вычислительных задач непосредственно на этих узлах – таких как выполнение функций без использования серверов (serverless functions), обработка запросов к API, а также применение алгоритмов искусственного интеллекта. Это привело к эволюции подходов от простого кэширования контента к распределению вычислительных ресурсов ближе к пользователям.

Означает ли развертывание системы ускорения передачи данных на периферийных узлах отсутствие необходимости в использовании центральных облачных сервисов?

Не совсем так. Технология ускорения обработки данных на периферийных узлах (edge acceleration) и центральные облачные сервисы дополняют друг друга, вместе образуя совместную архитектуру типа “облако-периферия-конечный устройство” (cloud-edge-device). Периферийные узлы хорошо справляются с задачами, требующими низкой задержки и высокой пропускной сп

Центральный облачный сервис выступает в роли “мозга” и “бэк-офиса”, отвечая за обработку сложных процессов агрегации глобальных данных, выполнение ключевых бизнес-логик, обеспечение постоянного хранения информации, анализ больших объемов данных и тренировку машинных моделей – все эти задачи требуют мощных централизованных вычислительных ресурсов. Совместная работа обоих компонентов позволяет создавать эффективную архитектуру приложений.

Как механизм ускорения обработки данных на краях экрана (edge acceleration) обеспечивает их целостность и согласованность?

Это один из ключевых технических вызовов. Для кэшированного контента обычно используются такие механизмы, как установка срока действия кэша, активное обновление данных в соответствии с изменениями на исходном сервере или пассивное обновление для обеспечения их консистентности в долгосрочной перспективе. Что касается данных, которые необходимо обрабатывать на периферийных узлах и которые могут изменяться, то здесь применяются технологии распределенных баз данных, протоколы синхронизации данных или архитектуры, основанные на обработке событий, для обеспечения эффективной и надежной синхронизации между периферийными узлами и центральной базой данных. Выбор стратегии зависит от конкретных требований приложения к консистенции данных (строгая консистенция или консистенция в долгосрочной перспективе) и производительности.

Все ли компании нуждаются в ускорении на периферии?

Не все бизнес-сценарии требуют этого немедленно. Ускорение на периферии в основном выгодно следующим типам приложений: приложениям с широким географическим охватом пользователей и чувствительным к задержкам (например, игры, видео); приложениям, сталкивающимся с внезапным всплеском высокой параллельной пропускной способности (например, электронная коммерция, продажа билетов); приложениям Интернета вещей, обрабатывающим данные от огромного количества конечных устройств; а также предприятиям, строго соблюдающим требования по локализации данных.

Если ваша аудитория сосредоточена в определённых регионах, а требования к задержкам в работе приложения невысоки, использование традиционной централизованной архитектуры на начальном этапе может оказаться более экономически выгодным. Однако по мере роста бизнеса и улучшения цифрового опыта пользователей преимущества распределённой (эгземплярной) а