Много хора вероятно са чували за Anycast. При този метод на мрежово адресиране и маршрутизиране един IP адрес се присвоява на множество сървъри в мрежа. Тези сървъри могат дори да бъдат разположени в центрове за данни, отдалечени един от друг. Идеята на Anycast е, че в зависимост от местоположението на източника на заявката, данните се изпращат до най-близкия (според топологията на мрежата, по-точно BGP протокола за маршрутизиране) сървър. По този начин можете да намалите броя на мрежовите скокове и латентността.
По същество един и същ маршрут се рекламира от множество центрове за данни по целия свят. По този начин клиентите ще бъдат изпратени до „най-добрия“ и „най-близкия“ въз основа на BGP маршрути, центъра за данни. Защо Anycast? Защо да използвате Anycast вместо Unicast?
Unicast е наистина подходящ за сайт с един уеб сървър и умерен трафик. Въпреки това, ако дадена услуга има милиони абонати, тя обикновено използва много уеб сървъри, всеки с един и същ IP адрес. Тези сървъри са разпределени географски, за да обслужват оптимално заявките.
При този сценарий Anycast ще подобри производителността (трафикът се изпраща до потребителя с минимално забавяне), ще осигури надеждност на услугата (благодарение на резервни сървъри) и балансиране на натоварването - маршрутизирането към няколко сървъра ефективно ще разпредели натоварването между тях, подобрявайки скоростта на сайта.
Операторите предлагат на клиентите различни видове балансиране на натоварването, базирани на Anycast и DNS. Клиентите могат да определят IP адреси, до които да се изпращат заявки въз основа на географското местоположение на сайта. Това дава възможност за по-гъвкаво разпределяне на заявките на потребителите.
Да предположим, че има няколко сайта, между които трябва да разпределите товара (потребителите), например онлайн магазин със 100 000 заявки на ден или популярен блог. За да ограничите региона, от който потребителите имат достъп до конкретен сайт, можете да използвате опцията Geo Community. Позволява ви да ограничите региона, в който операторът ще рекламира маршрута.
Anycast и Unicast: разлики
Anycast често се използва в приложения като DNS (система за имена на домейни) и CDN (мрежи за доставка на съдържание), позволявайки решения за маршрутизиране, които подобряват производителността на мрежата. Мрежите за доставка на съдържание използват Anycast, тъй като работят с големи обеми трафик и Anycast предоставя редица предимства в този случай (повече за тях по-долу). В DNS Anycast ви позволява значително да повишите нивото на надеждност и устойчивост на грешки на услугата.
В Anycast IP, когато използвате BGP, има множество маршрути към конкретен хост. Това всъщност са копия на хостове в множество центрове за данни, използвани за установяване на връзки с по-ниска латентност.
И така, в мрежа Anycast един и същ IP адрес се рекламира от различни места и мрежата решава къде да маршрутизира заявката на потребителя въз основа на „цената“ на маршрута. Например BGP често се използва за определяне на най-краткия маршрут за предаване на данни. Когато потребител изпрати заявка за Anycast, BGP определя най-добрия маршрут за наличните Anycast сървъри в мрежата.
Предимства на Anycast
Намаляване на латентността
Системите с Anycast могат да намалят закъснението при обработка на потребителски заявки, защото ви позволяват да получавате данни от най-близкия сървър. Това означава, че потребителите винаги ще се свързват с „най-близкия“ (от гледна точка на протокола за маршрутизиране) DNS сървър. В резултат на това Anycast намалява времето за взаимодействие чрез намаляване на мрежовото разстояние между клиента и сървъра. Това не само намалява латентността, но и осигурява балансиране на натоварването.
Скорост
Тъй като трафикът се насочва към най-близкия възел и забавянето между клиента и възела е намалено, резултатът е оптимизирана скорост на доставка, независимо откъде клиентът иска информация.
Повишена стабилност и устойчивост на грешки
Ако няколко сървъра по света използват един и същ IP, тогава ако един от сървърите се повреди или бъде прекъснат, трафикът ще бъде пренасочен към най-близкия сървър. В резултат на това Anycast прави услугата по-устойчива и осигурява по-добър мрежов достъп/закъснение/скорост.
По този начин, като разполага с множество сървъри, постоянно достъпни за потребителите, Anycast, например, подобрява стабилността на DNS. Ако даден възел се повреди, потребителските заявки ще бъдат пренасочени към друг DNS сървър без ръчна намеса или преконфигуриране. Anycast осигурява практически прозрачно превключване към други сайтове, като просто премахва маршрутите на проблемния сайт.
Балансиране на натоварването
В Anycast мрежовият трафик се разпределя между различни сървъри. Това означава, че той действа като балансьор на натоварването, като не позволява на нито един сървър да получи по-голямата част от трафика. Балансирането на натоварването може да се използва, например, когато има множество мрежови възли на едно и също географско разстояние от източника на заявката. В този случай натоварването се разпределя между възлите.
Намалете въздействието на DoS атаките
Друга характеристика на Anycast е неговата DDoS устойчивост. DDoS атаките едва ли ще могат да свалят система Anycast, тъй като ще трябва да затрупат всички сървъри в такава мрежа с лавина от заявки.
DDoS атаките често използват ботнет мрежи, които могат да генерират толкова много трафик, че претоварват атакувания сървър. Предимството на използването на Anycast в тази ситуация е, че всеки сървър е в състояние да "поеме" част от атаката, което намалява натоварването на този конкретен сървър. Атаката за отказ на услуга най-вероятно ще бъде локализирана на сървъра и няма да засегне цялата услуга.
Висока хоризонтална мащабируемост
Системите Anycast са много подходящи за услуги с голям обем трафик. Ако услуга, използваща Anycast, изисква нови сървъри за обработка на увеличен трафик, нови сървъри могат да бъдат добавени към мрежата, за да се справят с него. Те могат да бъдат поставени на нови или съществуващи сайтове.
Ако определено местоположение претърпява голямо увеличение на трафика, тогава добавянето на сървър ще помогне да се балансира натоварването за този сайт. Добавянето на сървър на нов сайт ще помогне за намаляване на времето за изчакване чрез създаване на нов най-кратък маршрут за някои потребители. И двата метода също помагат за подобряване на стабилността на услугата, тъй като нови сървъри стават достъпни в мрежата. По този начин, ако даден сървър е претоварен, можете просто да разположите друг на място, което му позволява да приема част от заявките на претоварения сървър. Това не изисква никаква конфигурация от страна на клиентите.
Само по този начин могат да бъдат обслужвани терабита трафик и много голям брой потребители, когато сървърът има само няколко 10 или 25 Gbps порта. 100 хоста с един IP адрес ще направят възможно обработването на терабитови обеми трафик.
Лесно управление на конфигурацията
Както беше отбелязано по-горе, интересна употреба на Anycast е DNS. Можете да поставите няколко различни DNS сървъра на мрежови възли, но да използвате един DNS адрес. В зависимост от това къде се намира източникът, заявките се насочват към най-близкия възел. Това осигурява известно балансиране на трафика и излишък в случай на повреда на DNS сървъра. По този начин, вместо да конфигурирате различни DNS сървъри в зависимост от това къде се намират, конфигурацията на един DNS сървър може да бъде разпространена до всички възли.
Anycast мрежите могат да бъдат конфигурирани да маршрутизират заявки не само въз основа на разстояние, но и на параметри като наличието на сървър, броя на установените връзки. или време за реакция.
Не са необходими специални сървъри, мрежи или специални компоненти от страна на клиента, за да се използва технологията Anycast. Но Anycast има и своите недостатъци. Смята се, че изпълнението му е сложна задача, изискваща допълнително оборудване, надеждни доставчици и правилно маршрутизиране на трафика.
Далеч от чист източник на красота
Въпреки че Anycast маршрутизира потребителите въз основа на най-малко скокове, това не означава непременно най-ниската латентност. Латентността е по-сложен показател, защото може да бъде по-висока за един преход, отколкото за десет.
Пример: Междуконтиненталните комуникации могат да включват един скок с много висока латентност.
Anycast се използва предимно за базирани на UDP услуги като DNS. Потребителските заявки се насочват към „най-добрия“ и „най-близкия“ център за данни въз основа на BGP маршрути.
Пример: DNS клиентска работна станция с Anycast DNS IP адрес 123.10.10.10 изпълнява DNS резолюция до най-близкия от три DNS сървъра за имена, внедрени с помощта на същия Anycast IP адрес. Ако рутер R1 или сървър А се повреди, клиентските пакети на DNS автоматично ще бъдат препратени към следващия най-близък DNS сървър чрез рутери R2 и R3. Освен това маршрутът до нашия сървър A ще бъде премахнат от таблиците за маршрутизиране, предотвратявайки по-нататъшното използване на този сървър за имена.
Сценарии за внедряване
Има две общи схеми, които се използват за определяне към кой сървър се свързва потребителят:
- Anycast мрежов слой. Свързва потребителя към най-близкия сървър. Мрежовият път от потребителя до сървъра е важен тук.
- Ниво на приложение anycast. Тази схема има повече изчислени показатели, включително наличност на сървъра, време за реакция, брой връзки и т.н. Това зависи от външен монитор, който предоставя мрежова статистика.
CDN базиран на Anycast
Нека сега се върнем към използването на Anycast в мрежите за доставка на съдържание. Anycast със сигурност е интересна мрежова концепция и получава все по-голямо приемане сред доставчиците на CDN от следващо поколение.
CDN е разпределена мрежа от сървъри, които доставят съдържание до крайните потребители с висока наличност и ниска латентност. Мрежите за доставка на съдържание играят важна роля днес като гръбнак на много онлайн медийни услуги и потребителите са все по-малко толерантни към бавните скорости на изтегляне. Видео и гласовите приложения са особено чувствителни към мрежово трептене и латентност.
CDN свързва всички сървъри в една мрежа и осигурява по-бързо зареждане на съдържание. Понякога е възможно да се намали времето за изчакване на потребителя с 5-6 секунди. Целта на CDN е да оптимизира доставката чрез обслужване на съдържание от сървъра, който е най-близо до крайния потребител. Това е много подобно на Anycast, където най-близкият сървър се избира въз основа на местоположението на крайния потребител. Изглежда, че всеки доставчик на CDN услуги ще използва Anycast по подразбиране, но в действителност това не е така.
Приложенията, които използват протоколи като HTTP/TCP, разчитат на установената връзка. Ако бъде избран нов възел Anycast (например поради повреда на сървъра), услугата може да бъде прекъсната. Ето защо Anycast беше препоръчван преди за услуги без връзка като UDP и DNS. Anycast обаче работи добре и за протоколи, ориентирани към връзка; например TCP работи добре в режим Anycast.
Някои доставчици на CDN използват маршрутизиране, базирано на Anycast, други предпочитат маршрутизиране, базирано на DNS: най-близкият сървър се избира въз основа на това къде се намира DNS сървърът на потребителя.
Хибридни инфраструктури и инфраструктури с множество центрове за данни са друг пример за използването на Anycast. IP адресът за балансиране на натоварването, получен от доставчика, ви позволява да разпределите натоварването между IP адресите на различни клиентски услуги в центъра за данни на доставчика. Благодарение на технологията за всяко устройство, той осигурява по-добра производителност при натоварен трафик, толерантност към грешки и помага за оптимизиране на времето за реакция при работа с голям брой потребители.
В хибридни инфраструктури с множество центрове за данни можете да разпределяте трафик между сървъри или дори виртуални машини на специализирани сървъри.
По този начин има огромен избор от технически решения за изграждане на инфраструктура. Можете също така да конфигурирате балансиране на натоварването между IP адреси в множество центрове за данни, насочвайки към всяко устройство в група, за да оптимизирате производителността на сайта.
Можете да разпределяте трафика според вашите собствени правила, като определяте „теглото“ на всеки от разпределените сървъри във всеки център за данни. Тази конфигурация е особено полезна, когато има разпределен сървърен парк и производителността на услугите е неравномерна. Това ще позволи трафикът да се разпределя по-често, за да се подобри производителността на сървъра.
За да създадете система за наблюдение с помощта на командата ping, е възможно да конфигурирате сонди. Това позволява на администратора да дефинира свои собствени процедури за наблюдение и да получи по-ясна представа за състоянието на всеки компонент в инфраструктурата. По този начин могат да се определят критерии за достъпност.
Възможно е изграждането на хибридна инфраструктура: понякога е удобно да оставите бек офиса в корпоративната мрежа и да възложите интерфейсната част на доставчика.
Има възможност за добавяне на SSL сертификати за балансиране на натоварването, криптиране на предаваните данни и сигурност на комуникацията между посетителите на сайта и корпоративната инфраструктура. В случай на балансиране на натоварването между центровете за данни може да се използва и SSL.
Anycast услуга с балансиране на натоварването на адресите може да бъде получена от вашия доставчик. Тази функция ще помогне за подобряване на начина, по който потребителите взаимодействат с приложения въз основа на местоположението. Достатъчно е да обявите какви услуги се предлагат в центъра за данни и трафикът ще бъде пренасочен към най-близката инфраструктура. Ако има специализирани сървъри, например във Франция или Северна Америка, тогава клиентите ще бъдат насочени към най-близкия сървър в мрежата.
Една от опциите за използване на Anycast е оптималният избор на точка на присъствие на оператора (PoP). Да дадем . LinkedIn (блокиран в Русия) се стреми не само да подобри производителността и скоростта на своите продукти – мобилни и уеб приложения, но и да подобри мрежовата си инфраструктура за по-бързо доставяне на съдържание. За тази динамична доставка на съдържание LinkedIn активно използва PoPs - точки на присъствие. Anycast се използва за насочване на потребителите към най-близкия PoP.
Причината е, че в случая на Unycast всеки LinkedIn PoP има уникален IP адрес. След това потребителите се присвояват на PoP въз основа на тяхното географско местоположение с помощта на DNS. Проблемът е, че при използване на DNS около 30% от потребителите в Съединените щати са били пренасочени към неоптимален PoP. С поетапното внедряване на Anycast неоптималното присвояване на PoP спадна от 31% на 10%.
Резултатите от пилотния тест са показани на графиката, където Y-оста е процентът на оптималното присвояване на PoP. С нарастването на Anycast много американски щати отбелязаха подобрение в процента на трафика към оптималния PoP.
Anycast Мрежово наблюдение
Anycast мрежите са прости на теория: на множество физически сървъри се присвоява един и същ IP адрес, който BGP използва за определяне на маршрута. Но внедряването и дизайнът на платформите Anycast са сложни и устойчивите на грешки мрежи Anycast са особено известни с това. Още по-голямо предизвикателство е ефективното наблюдение на Anycast мрежа за бързо идентифициране и изолиране на грешки.
Ако услугите използват доставчик на CDN трета страна, за да обслужват своето съдържание, за тях е много важно да наблюдават и проверяват производителността на мрежата. Базираният на Anycast CDN мониторинг се фокусира върху измерване на латентността от край до край и производителността на предпоследния скок, за да разбере кой център за данни обслужва съдържанието. Анализирането на заглавките на HTTP сървъра е друг начин да се определи откъде идват данните.
Пример: заглавки на HTTP отговор, указващи местоположението на CDN сървъра.
Например CloudFlare използва своя собствена заглавка CF-Ray в съобщения HTTP Response, която включва индикация за центъра за данни, към който е направена заявката. В случая на Zendesk заглавието на CF-Ray за региона на Сиатъл е CF-RAY: 2a21675e65fd2a3d-SEA, а за Амстердам е CF-RAY: 2a216896b93a0c71-AMS. Можете също да използвате HTTP-X заглавки от HTTP отговора, за да определите къде се намира съдържанието.
Други методи за адресиране
Има и други методи за адресиране за маршрутизиране на потребителски заявки към конкретна крайна точка на мрежата:
с единично
По-голямата част от Интернет днес използва този метод. Unicast - едноадресно предаване, IP адресът е свързан само с един конкретен възел в мрежата. Това се нарича съпоставяне едно към едно.
Multicast
Мултикаст използва връзка един към много или много към много. Multicast позволява заявка от подател да бъде изпратена едновременно до различни избрани крайни точки. Това дава възможност на клиента да изтегли файл на парчета от множество хостове едновременно (което е полезно за стрийминг на аудио или видео). Multicast често се бърка с Anycast. Основната разлика обаче е, че Anycast насочва подателя към един конкретен възел, дори ако са налични множество възли.
Предавания
Дейтаграма от един подател се препраща към всички крайни точки, свързани с адреса за излъчване. Мрежата автоматично репликира дейтаграми, за да може да достигне до всички получатели в излъчването (обикновено в една и съща подмрежа).
Геокаст
Geocast е донякъде подобен на Multicast: заявките от подателя се изпращат до множество крайни точки едновременно. Разликата обаче е, че адресатът се определя от географското му местоположение. Това е специализирана форма на мултикаст, използвана от някои протоколи за маршрутизиране за мобилни ad hoc мрежи.
Географският рутер изчислява зоната на обслужване и я приближава. Georouters, обмен на обслужващи зони, изграждане на таблици за маршрутизиране. Системата georouter има йерархична структура.
Unicast, Multicast и Broadcast.
Използването на технологията Anycast повишава нивото на надеждност, устойчивост на грешки и сигурност на DNS. Използвайки тази технология, операторите предлагат на своите клиенти услуги за различни видове балансиране на натоварването на базата на DNS. В контролния панел можете да посочите IP адреси, до които да се изпращат заявки в зависимост от географското местоположение. Това ще даде възможност на клиентите да разпределят потребителските заявки по-гъвкаво.
Някои оператори прилагат възможности за наблюдение на маршрута във всяка точка на присъствие (POP): системата автоматично анализира най-кратките локални и глобални маршрути за точки на присъствие и ги маршрутизира през географски местоположения с най-ниска латентност с нулев престой.
Към момента Anycast е най-стабилното и надеждно решение за изграждане на високонатоварени DNS услуги, които имат високи изисквания за стабилност и надеждност.
Домейнът .ru поддържа 35 Anycast DNS сървъра, групирани в 20 възела, разпределени в пет Anycast облака. В този случай се използва принципът на изграждане на базата на географски характеристики, т.е. Geocast. При поставянето на DNS възли се предвижда те да бъдат преместени на географски разпръснати места в близост до най-активните потребители, максимална концентрация на руски доставчици в точката, където се намира възелът, както и наличието на свободен капацитет и лекота на взаимодействие със сайта.
Как да изградя CDN?
CDN е мрежа от сървъри, която ускорява доставката на съдържание до потребителите. обединява всички сървъри в една мрежа и осигурява по-бързо зареждане на съдържание. Разстоянието от сървъра до потребителя играе важна роля за скоростта на зареждане.
CDN ви позволява да използвате сървъри, които са най-близо до целевата аудитория. Това намалява времето за изчакване и спомага за ускоряване на зареждането на съдържанието на сайта за всички посетители, което е особено критично за сайтове с големи файлове или мултимедийни услуги. Типични приложения за CDN са електронната търговия и развлеченията.
Мрежата от допълнителни сървъри, създадени в CDN инфраструктурата, които са разположени възможно най-близо до потребителите, допринася за по-стабилна и по-бърза доставка на данни. Според статистиката използването на CDN намалява латентността при достъп до сайт с повече от 70% в сравнение със сайтове без CDN.
Като? Създаването на CDN с помощта на собственото решение на Anycast може да бъде доста скъп проект, но има и по-евтини опции. Например, можете да използвате GeoDNS и обикновени сървъри с уникални IP адреси. Използвайки GeoDNS услуги, можете да създадете CDN с възможности за геолокация, където решенията се вземат въз основа на действителното местоположение на посетителя, а не на местоположението на DNS резолвера. Можете да конфигурирате вашата DNS зона да показва IP адреси на сървъри в САЩ на посетители от САЩ, но европейските посетители ще виждат европейския IP адрес.
С GeoDNS можете да върнете различни DNS отговори в зависимост от IP адреса на потребителя. За да направите това, DNS сървърът е конфигуриран да връща различни IP адреси в зависимост от IP адреса на източника в заявката. Обикновено база данни GeoIP се използва за определяне на региона, от който е направена заявка. Геолокацията с помощта на DNS ви позволява да изпращате съдържание до потребители от сайт наблизо.
GeoDNS определя IP адреса на клиента, изпратил DNS заявката, или IP адреса на рекурсивния DNS сървър на доставчика, който се използва при обработката на клиентската заявка. Страната/регионът се определя от IP и GeoIP базата данни на клиента. След това клиентът получава IP адреса на най-близкия CDN сървър. Можете да прочетете повече за настройката на GeoDNS.
Anycast или GeoDNS?
Въпреки че Anycast е чудесен начин за доставяне на съдържание в глобален мащаб, липсва му специфичност. Тук GeoDNS идва на помощ. Тази услуга ви позволява да създавате правила, които изпращат потребителите до уникални крайни точки въз основа на тяхното местоположение.
Пример: Потребители от Европа са насочени към различна крайна точка.
Можете също така да откажете достъп до домейни, като отхвърлите всички заявки. Това е по-специално бърз начин за отрязване на натрапници.
GeoDNS дава по-точни отговори от Anycast. Ако в случая на Anycast най-краткият маршрут се определя от броя на скокове, тогава в GeoDNS маршрутизирането за крайни потребители се извършва в зависимост от физическото им местоположение. Това намалява забавянето и подобрява точността при създаване на детайлни правила за маршрутизиране.
При навигиране до домейн браузърът се свързва с най-близкия DNS сървър, който в зависимост от домейна издава IP адрес за зареждане на сайта. Да приемем, че онлайн магазинът е популярен в САЩ и Европа, но DNS сървърите за него са налични само в Европа. Тогава потребителите от САЩ, които искат да използват услугите на магазина, ще бъдат принудени да изпратят заявка до най-близкия сървър и тъй като е много далеч, ще трябва да чакат дълго време за отговор - сайтът няма да се зареди бързо.
Когато GeoDNS сървър се намира в САЩ, потребителите вече ще имат достъп до него. Отговорът ще бъде бърз, което ще се отрази на скоростта на зареждане на сайта.
В ситуация със съществуващ DNS сървър в Съединените щати, когато потребител от Съединените щати навигира до даден домейн, той ще се свърже с най-близкия сървър, който ще предостави необходимото IP. Потребителят ще бъде насочен към сървъра, който съдържа съдържанието на сайта, но тъй като сървърите със съдържанието са далече, той няма да го получи бързо.
Ако хоствате CDN сървъри в САЩ с кеширани данни, тогава при зареждане клиентският браузър ще изпрати заявка до най-близкия DNS сървър, който ще изпрати обратно необходимия IP адрес. Браузърът с полученото IP се свързва с най-близкия CDN сървър и основния сървър, а CDN сървърът предоставя кешираното съдържание на браузъра. Докато кешираното съдържание се зарежда, липсващите файлове за зареждане на целия сайт се получават от главния сървър. В резултат на това времето за зареждане на сайта се намалява, тъй като много по-малко файлове се изпращат от главния сървър.
Определянето на точното местоположение на конкретен IP адрес не винаги е лесна задача: има много фактори и собствениците на набор от IP адреси може да решат да го рекламират на другия край на света (тогава ще трябва изчакайте базата данни да се актуализира, за да получите правилното местоположение). Понякога доставчиците на VPS присвояват адреси, за които се предполага, че се намират в САЩ, на VPS в Сингапур.
За разлика от използването на Anycast адреси, разпространението се извършва по време на разрешаване на имената, а не по време на свързване към кеширащия сървър. Ако рекурсивният сървър не поддържа EDNS клиентски подмрежи, тогава се използва местоположението на този рекурсивен сървър, а не потребителят, който ще се свърже с кеширащия сървър.
Клиентските подмрежи в DNS са разширение на DNS (RFC7871), което определя как рекурсивните DNS сървъри могат да изпращат клиентска информация към DNS сървъра, по-специално мрежова информация, която GeoDNS сървърът може да използва за по-точно определяне на местоположението на клиента.
Повечето използват DNS сървъри на своя ISP или DNS сървъри, които са географски близо до тях, но ако някой в САЩ по някаква причина реши да използва DNS резолвер, разположен в Австралия, вероятно ще се окаже с адрес на IP сървър, който е най-близо до Австралия.
Ако искате да използвате GeoDNS, важно е да сте наясно с тези функции, тъй като в някои случаи това може да увеличи разстоянието между кеширащите сървъри и клиента.
Резюме: ако искате да комбинирате няколко VPS в CDN, тогава най-добрата опция за внедряване е да използвате пакет DNS сървър с функцията GeoDNS + Anycast.
Източник: www.habr.com