🥇Cesty obsahu jsou nevyzpytatelné, nebo o CDN prohodíme slovo

Vyloučení odpovědnosti:
Tento článek neobsahuje informace, které by byly dosud neznámé čtenářům obeznámeným s pojmem CDN, a má charakter přehledu technologie

První webová stránka vznikla v roce 1990 a měla velikost v řádu bajtů. Od té doby se obsah rozšiřuje jak kvalitativně, tak kvantitativně. Rozvoj IT ekosystému vedl k tomu, že moderní webové stránky mají velikost v megabajtech, a tendence k zvyšování propustnosti sítí se každým rokem jen posiluje. Jak mohou poskytovatelé obsahu oslovit široké geografické oblasti a zajistit uživatelům vysokou rychlost přístupu k informacím po celém světě? S těmito úkoly si musí poradit sítě pro doručování a distribuci obsahu, známé jako Content Delivery Network, nebo jednoduše CDN.

Na internetu je stále více "těžkého" obsahu. Mnohé studie ukazují, že uživatelé nechtějí mít co do činění s webovými službami, pokud se načítají déle než 4-5 sekund. Příliš nízká rychlost načítání webové stránky je spojena se ztrátou publika, což nevyhnutelně povede ke snížení návštěvnosti, konverze a tedy i zisku. Sítě pro doručování obsahu (CDN) by teoreticky měly tyto problémy a jejich následky eliminovat. Ale ve skutečnosti vše obvykle řeší detaily a nuance konkrétní situace, kterých je v této oblasti více než dost.

Odkud přišla myšlenka distribuovaných sítí

Začněme krátkým exkurzem do historie a definic. CDN – je síť skupiny serverových strojů umístěných na různých místech za účelem poskytování přístupu k internetovému obsahu s dosahem velkého počtu uživatelů. Myšlenka distribuovaných sítí spočívá v přítomnosti několika bodů přítomnosti (PoP), které se nacházejí mimo původní server. Takový systém rychleji zpracovává velké množství přicházejících požadavků, což zvyšuje odezvu a rychlost přenosu dat.

Problém s doručením obsahu uživatelům se stal akutním na vrcholu rozvoje internetu, tj. v polovině 90. let. Tehdejší servery, jejichž výkon ani zdaleka nedosahoval moderních vlajkových notebooků, jen s obtížemi odolávaly zátěži a nedokázaly se vyrovnat s neustále rostoucím provozem. Microsoft ročně utrácel stovky milionů dolarů na výzkum související s informačními dálnicemi (hned se vybavují slavné 640 kB od Billa Gatese). Na cestě k řešení těchto problémů bylo nutné využívat hierarchické cache, přecházet z modemů na optická vlákna a podrobně rozebírat topologii sítí. Situace připomínala starou lokomotivou, která uhání po kolejích a na své cestě se modernizuje všemi dostupnými prostředky pro zvýšení rychlosti.

Už na konci 90. let vlastníci webových portálů pochopili, že pro snížení zátěže a zajištění požadovaných požadavků je třeba používat prostředníky servery. Tak se objevily první CDN, které distribuovaly statický obsah z různých serverů geograficky rozložených po celém světě. Přibližně ve stejnou dobu se objevila i podnikání na distribuovaných sítích. Největší (alespoň jeden z největších) poskytovatelů CDN na světě, společnost Akamai, se stala průkopníkem v této oblasti a začala svou cestu v roce 1998. O pár let později se CDN stalo masovým a příjmy z doručení a distribuce obsahu se počítaly v desítkách milionů dolarů měsíčně.

Dnes se s CDN setkáváme pokaždé, když navštívíme komerční stránku s vysokým provozem nebo komunikujeme na sociálních sítích. Služby poskytují: Amazon, Cloudflare, Akamai a také řada dalších nadnárodních poskytovatelů. Velké společnosti se snaží využívat vlastní CDN, což jim přináší řadu výhod v rychlosti a kvalitě doručení obsahu. Kdyby Facebook neměl distribuované sítě a spokojil by se pouze s výchozím serverem umístěným ve Spojených státech, načítání profilu uživatelů ve východní Evropě by mohlo trvat mnohem déle.

Několik slov o CDN a streamování

Agentura FutureSource Consulting provedla analýzu hudebního průmyslu a dospěla k závěru, že v roce 2023 dosáhne počet předplatných služeb pro streamování hudby téměř půl miliardy lidí. Přičemž více než 90 % příjmů služby získají právě z audio streamingu. Situace s videem je podobná, k veřejnému slovníku se již pevně usadily pojmy jako: let’s play, online koncert a online kino. Vlastní streamovací služby mají Apple, Google, YouTube a mnoho dalších společností.

V raném pojetí byl CDN převážně používán pro weby se statickým obsahem. Statický obsah označuje informace, které se nemění v závislosti na akcích uživatele, čase a dalších faktorech, tedy nejsou personalizované. Ale vývoj streamovacích video a audio služeb přidal další běžný scénář pro použití distribuovaných sítí. Mediální servery, nacházející se blízko cílového publika po celém světě, umožňují zajistit stabilní přístup k obsahu v obdobích špičkových zátěží, čímž se vyhýbají nedostatku „úzkých míst“ internetu.

Jak to funguje

Podstata všech CDN je přibližně stejná: využívat zprostředkovatele, aby bylo možné rychleji doručovat obsah koncovému spotřebiteli. Funguje to takto: uživatel odešle žádost o stažení souboru, kterou obdrží server CDN, jenž jednorázově kontaktuje původní server a vrátí uživateli obsah. Současně s tím CDN ukládá soubory na určenou dobu a všechny následující žádosti zpracovává z vlastního CACHE. Nepovinně také umí předběžně načítat soubory z originálního serveru, nastavovat dobu uchování CACHE, komprimovat velké soubory a mnoho dalšího. V ideální situaci hostitel předává celý tok uzlu CDN, který již využívá své vlastní zdroje pro doručování obsahu uživatelům. Samozřejmě, že efektivní ukládání informací do mezipaměti, stejně jako rozdělení žádostí nejen na jeden server, ale na síť, povede k vyváženější zátěži provozu.

Druhou důležitou vlastností fungování CDN je snížení latence při přenosu dat (také známé jako RTT – round trip time). Navázání TCP spojení, načítání mediálního obsahu, JS souboru, zahájení TLS relace, to vše závisí na pingu. Je zřejmé, že čím blíže jste k zdroji, tím rychleji se od něj můžete dočkat reakce. I světlo má své limity: přibližně 200 tisíc km/s v optických vláknech. To znamená, že latence mezi Moskvou a Washingtonem bude přibližně 75 ms v RTT, a to bez vlivu prostředního vybavení.

Abychom lépe porozuměli, jaké úkoly řeší sítě pro distribuci obsahu, uvedeme seznam aktuálních řešení:

Google, Yandex, MaxCDN (používají bezplatné CDN k distribuci JS knihoven, mají více než 90 bodů přítomnosti v většině zemí světa);
Cloudinary, Cloudimage, Google (služby a knihovny pro optimalizaci klienta: obrázky, videa, písma atd.);
Jetpack, Incapsula, Swarmify atd. (optimalizace zdrojů v systémech správy obsahu: bitrix, wordpress atd.);
CDNVideo, StackPath, NGENIX, MTS (CDN pro distribuci statického obsahu, používají se jako univerzální sítě);
Imperva, Cloudflare (řešení pro urychlení načítání webových stránek).

První 3 typy CDN z uvedeného seznamu jsou zaměřeny na přenos pouze části provozu z hlavního serveru. Zbylé 2 se používají jako plnohodnotné proxy servery s kompletními přenosovými kanály od původního hostitele.

Komu a jaké výhody poskytuje technologie

Teoreticky může mít jakýkoli web, který prodává své zboží/služby korporátním klientům nebo fyzickým osobám (B2B nebo B2C), prospěch z implementace CDN. Důležité je, aby jeho cílová skupina, tj. uživatelská základna, byla mimo jejich geografickou polohu. I když tomu tak není, sítě pro distribuci pomohou s vyvážením zátěže při velkých objemech obsahu.

Není tajemstvím, že pro zaplnění serverového kanálu stačí pár tisíc toků. Proto distribuce živého vysílání širokým masám nevyhnutelně povede k vytvoření úzkého místa – propustnosti internetového kanálu. To stejné pozorujeme, když na webu existuje mnoho drobných nepropojených obrázků (např. náhledy produktů). Zdrojový server používá jedno TCP připojení při zpracování libovolného počtu požadavků, což způsobí, že se zatížení dostane do fronty. Přidání CDN znamená potřebu rozložit požadavky na několik domén a využít více TCP připojení, čímž se odlehčí kanálu. A vzorec kruhové latence, i při nejhorších scénářích, dává hodnotu 6-7 RTT a nabývá tvaru: TCP+TLS+DNS. Toto lze také spravedlivě zahrnout do zpoždění spojeného s aktivací rádiového kanálu na zařízení a přenosem signálu na mobilní stanice.

Shrneme-li silné stránky technologie pro podnikání na internetu, odborníci vyzdvihují následující body:

Rychlé škálování infrastruktury + snížení propustnosti. Více serverů = více míst, na kterých je uložená informace. Výsledkem je, že jeden bod zpracovává méně datového toku za jednotku času, a proto může mít menší propustnost. Dále přicházejí do hry nástroje optimalizace, které umožňují zvládat špičkové zatížení bez ztráty času.
Nižší ping. Již jsme zmínili, že lidé nemají rádi dlouhé čekání na internetu. Vysoký ping tedy přispívá k vysokým mírám odchodu. Zpoždění může být způsobeno problémy se zpracováním dat na serveru, používáním zastaralého vybavení nebo jednoduše nepřesně promyšlenou topologií sítě. Většinu těchto problémů částečně řeší sítě pro distribuci obsahu. Je však důležité poznamenat, že skutečný prospěch z zavedení technologie bude vidět pouze tehdy, když "spotřebitelský ping" překročí 80-90 ms, což je vzdálenost z Moskvy do New Yorku.
Bezpečnost dat. DDoS útoky (virtuální útoky typu „Odmítnutí služby“) směřují k selhání serveru s cílem získat nějaký zisk. Jeden server je mnohem více náchylný k zranitelnostem informační bezpečnosti než distribuovaná síť (položit infrastrukturu takového giganta jako CloudFlare, to není jednoduchý úkol). Díky použití filtrů a rozumnému rozložení požadavků v síti lze bez problémů zabránit uměle vytvořeným potížím s přístupem k legitimnímu provozu.
Rychlé šíření obsahu a další servisní funkce. Distribuce velkých objemů informací na serverovou síť umožní rychleji doručit nabídku koncovému uživateli. Příklady není třeba hledat daleko – stačí si vzpomenout na Amazon a AliExpress.
Možnost „zamaskovat“ problémy s hlavním webem. Není třeba čekat na aktualizaci DNS, lze jej přepnout na novou lokaci s distribucí dříve cacheovaného obsahu. To může na druhou stranu zlepšit odolnost proti výpadkům.

S výhodami jsme se seznámili. Nyní zvažme, jaké oborům to prospívá.

Reklamní byznys

Reklama je motorem pokroku. Aby motor nevyhořel, je třeba ho zatěžovat přiměřeně. Reklamní byznys se v úsilí vyhovět modernímu digitálnímu světu setkává s problémy „těžkého obsahu“. Těžkým se rozumí multimediální reklama (hlavně animované bannery a videa), která vyžaduje vysokou šířku pásma sítě. Webové stránky s multimédii se načítají pomalu a mohou zamrzat, což testuje nervy uživatelů. Většina se vzdává takových zdrojů ještě předtím, než se načte veškerý dostupný obsah. Reklamní společnosti mohou využít přednosti CDN k řešení těchto problémů.

Prodeje

Elektronický obchod potřebuje neustálé rozšiřování geografického pokrytí. Důležitým faktorem je také boj s konkurencí, které je na každém segmentu trhu dostatek. Pokud web nesplňuje požadavky uživatelů (včetně dlouhé doby načítání), nebude populární a nebude schopen přinášet stabilně vysokou konverzi. Implementace CDN by měla ukázat svou výhodu při zpracování datových požadavků z různých míst. Rozdělení provozu také pomůže předejít jeho špičkám a následným výpadkům serveru.

Platformy s zábavním obsahem

Sem spadají nejrůznější zábavní platformy, od stahování filmů a her až po streamování videa. I když technologie pracuje se statickými daty, streamované údaje mohou rychleji dosáhnout uživatele díky retranslátorům. Opět, cachování informací CDN je spásou pro vlastníky velkých portálů – multimediálních úložišť.

Online hry

Internetové hry je třeba vyčlenit do samostatné kategorie. Pokud reklama vyžaduje větší propustnost, online projekty jsou ještě náročnější na zdroje. Poskytovatelé čelí problému, který má dvě stránky: rychlost přístupu k serverům a zajištění vysokého herního výkonu s krásnou grafikou. CDN pro online hry je možnost mít takzvané "push-zóny", kde vývojáři mohou ukládat hry na serverech blízko uživatelů. To snižuje vliv rychlosti přístupu k původnímu serveru, a tedy zajišťuje komfortní hraní pro všechny.

Proč CDN není panacea

Přes zjevné výhody ne všichni a ne vždy usilují o implementaci technologie do svého podnikání. Proč tomu tak je? Jak to paradoxně je, některé nevýhody plynou z výhod, navíc se přidává ještě pár bodů souvisejících s nasazením sítě. Marketers krásně hovoří o všech výhodách technologie, přičemž zapomínají zmínit, že všechny ztrácejí smysl v širokém spektru podmínek. Pokud se podrobněji podíváme na nevýhody CDN, stojí za to vyzdvihnout:

Práce pouze se statickým obsahem. Ano, většina moderních webů má nízké procento dynamického obsahu. Ale tam, kde jsou stránky personalizovány, CDN nemůže pomoci (pokud nezmírní objem provozu);
Zpoždění cache. Optimalizace je sama o sobě jednou z hlavních výhod distribučních sítí. Ale když dojde ke změnám na původním serveru, trvá chvíli, než CDN tyto změny převezme na všech svých serverech;
Hromadné blokace. Pokud je z jakéhokoli důvodu zablokována IP adresa CDN, uzavřou se všechny weby, které na ní běží;
Ve většině případů si prohlížeč naváže dvě spojení (s původním serverem a CDN). To znamená dodatečné milisekundy čekání;
Vazba na IP adresy projektů (včetně neexistujících), které byly dříve k němu přiřazeny. Výsledkem je komplikovanější hodnocení od vyhledávacích robotů Google a potíže s umístěním webu do vrcholových pozic při SEO propagaci;
Uzly CDN jsou potenciálním bodem selhání. Pokud je využíváte, je důležité předem pochopit, jak je uspořádána routovací struktura systému a jaké chyby se mohou při práci s webem vyskytnout;
Banalita, ale za služby dodávání obsahu je třeba platit. Náklady jsou zpravidla úměrné objemu provozu, a proto může být nutná kontrola pro plánování rozpočtu.

Nedůležitější fakt: i blízkost CDN k uživateli nezaručuje nízký ping. Trasa může být vedena od klienta k hostiteli, který se nachází v jiné zemi nebo dokonce na jiném kontinentu. To závisí na routovací politice konkrétní sítě a jejích vztazích s telekomunikačními operátory (peerování). Mnoho velkých poskytovatelů CDN má několik tarifů, kde cena přímo ovlivňuje blízkost bodu přítomnosti při přenosu obsahu koncovým uživatelům.

Pokud máte možnosti – spusťte vlastní CDN

Nelíbí se vám politika firem poskytujících služby distribučních sítí, ale podnikání potřebuje expanzi? Pokud existují možnosti, proč nezkusit spuštění vlastního CDN? Má to smysl v následujících případech:

Současné náklady na distribuci obsahu neodpovídají očekáváním a nejsou ekonomicky odůvodněné;
Potřebujete stálou cache, bez sousedství s jinými weby na serveru a kanálu;
Cílová skupina se nachází v oblasti, kde nejsou dostupné CDN na vaší straně;
Potřeba personalizovat nastavení při dodávání obsahu;
Je nutné urychlit dodání dynamického obsahu;
Podezření na porušení soukromí uživatelů a další nezákonné jednání ze strany třetích služeb.

Spuštění CDN bude vyžadovat doménové jméno, několik serverů v různých regionech (virtuálních nebo dedikovaných) a nástroj pro zpracování požadavků. Nezapomeňte na instalaci SSL certifikátů, nastavení a úpravu programů pro dodávku statického obsahu (Nginx nebo Apache), a také na efektivní monitorování celého systému.

Správné konfigurace cache proxy je materiál na samostatný článek, a proto zde nebudeme podrobně popisovat: kde a jaký parametr správně nastavit. Vzhledem k počátečním nákladům a času na nasazení sítě mohou být hotová řešení perspektivnější. Musíte se řídit aktuální situací a plánovat několik kroků dopředu.

Co nakonec

CDN je soubor dodatečných kapacit pro retranslaci vašeho provozu na široké masy. Jsou pro podnikání na internetu potřebné? Ano i ne, záleží na tom, na jakou cílovou skupinu je obsah zaměřen a jaké cíle si vlastník podnikání klade.

Regionální a specializované projekty získají při implementaci CDN více nevýhod než výhod. Požadavky stále přicházejí nejprve na původní server, ale už přes zprostředkovatele. Zde pochybné snížení pingu, ale zcela jasné měsíční náklady na využívání služby. Při dobrém síťovém vybavení lze bez problémů zlepšit stávající algoritmy informační bezpečnosti, umístit své servery blíže k uživatelům a získávat optimalizace a profit zdarma na trvalé bázi.

Tím, kdo by si měl opravdu promyslet použití mezilehlých serverů, jsou velké společnosti, jejichž infrastruktura nezvládá neustále rostejší tok provozu. CDN se osvědčuje jako technologie, která umožňuje rychle rozvinout síť na širokou geografii uživatelů, zajistit pohodlné cloudové hraní nebo prodávat zboží na velkých obchodních platformách.

Ale i při široké geografii publika je důležité předem pochopit, k čemu konkrétně jsou sítě pro distribuci obsahu potřebné. Zrychlení webu zůstává stále komplexním úkolem, který se magicky nevyřeší implementací CDN. Je třeba nezapomínat na tak důležité funkce jako: multiplatformnost, přizpůsobivost, optimalizaci serverové části, kódu, renderování apod. Předběžný technický audit a adekvátní opatření k odstranění problémů jsou také optimálním řešením pro jakýkoliv online projekt, bez ohledu na jeho zaměření a měřítko.

Na základě reklamy

Právě teď si můžete objednat výkonné servery, které využívají nejnovější procesory AMD Epyc. Flexibilní tarify — od 1 jádra CPU až po šílených 128 jader CPU, 512 GB RAM, 4000 GB NVMe.

Zdroj: habr.com