Die Wege des Contents sind unergründlich, oder ein Wort über CDN

Haftungsausschluss:
Dieser Artikel enthält keine Informationen, die den Lesern zuvor unbekannt waren, die mit dem Konzept von CDN vertraut sind, sondern bietet einen Überblick über die Technologie.

Die erste Webseite erschien 1990 und bestand nur aus wenigen Bytes. Seitdem skaliert der Inhalt sowohl qualitativ als auch quantitativ. Die Entwicklung des IT-Ökosystems hat dazu geführt, dass moderne Webseiten in Megabyte gemessen werden, und der Trend zur Erhöhung der Netzwerkbandbreite nimmt von Jahr zu Jahr zu. Wie können Content-Anbieter große geografische Bereiche abdecken und den Nutzern überall schnellen Zugang zu Informationen bieten? Diese Aufgaben müssen von Netzwerken zur Übertragung und Verteilung von Inhalten, den sogenannten Content Delivery Networks oder einfach CDN, bewältigt werden.

Im Internet gibt es immer mehr 'schweren' Inhalt. Zahlreiche Studien zeigen, dass Nutzer keine Webdienste in Anspruch nehmen möchten, wenn diese länger als 4-5 Sekunden laden. Eine zu niedrige Ladegeschwindigkeit der Webseite führt zu einem Verlust von Publikum, was unweigerlich auch zu einem Rückgang von Traffic, Konversion und damit Gewinn führt. Content Delivery Networks (CDN) sollten theoretisch diese Probleme und deren Folgen beseitigen. In der Praxis entscheiden jedoch wie so oft die Details und Nuancen des jeweiligen Falls, von denen es in diesem Bereich mehr als genug gibt.

Woher stammt die Idee der verteilten Netzwerke?

Beginnen wir mit einem kurzen Exkurs in die Geschichte und den Begriffserklärungen. CDN ist ein Netzwerk aus einer Gruppe von Servermaschinen, die an verschiedenen Standorten positioniert sind, um Zugang zu Internetinhalten für eine große Anzahl von Nutzern bereitzustellen. Die Idee der verteilten Netzwerke basiert auf der Existenz mehrerer Points of Presence (PoP), die außerhalb des ursprünglichen Servers liegen. Ein solches System wird in der Lage sein, eine Vielzahl an eingehenden Anfragen schneller zu bearbeiten und die Reaktionszeit sowie die Übertragungsgeschwindigkeit von Daten zu erhöhen.

Das Problem mit der Zustellung von Inhalten an die Nutzer trat akut an der Spitze der Internetentwicklung auf, also Mitte der 90er Jahre. Die damaligen Server, deren Leistung nicht einmal mit den modernen Spitzen-Laptops konkurrieren konnte, hatten Mühe, die Last zu bewältigen und konnten dem ständig wachsenden Datenverkehr nicht standhalten. Microsoft gab jährlich Hunderte Millionen Dollar für Forschung zu Informationstransportnetzen aus (man denkt sofort an die berühmten 640 KB von Bill Gates). Um diese Fragen zu lösen, musste man hierarchisches Caching einsetzen, den Übergang von Modems zu Glasfaser vollziehen und die Netzwerktopologien im Detail analysieren. Die Situation erinnerte an eine alte Lokomotive, die auf Schienen rast und mithilfe aller möglichen Mittel modernisiert wird, um die Geschwindigkeit zu erhöhen.

Bereits Ende der 90er Jahre erkannten die Betreiber von Webportalen, dass sie zur Reduzierung der Last und zur Sicherstellung der erforderlichen Anfragen Vermittlungsserver einsetzen mussten. So entstanden die ersten CDNs, die statische Inhalte von verschiedenen, geografisch verstreuten Servern weltweit bereitstellten. Ungefähr zur gleichen Zeit entstand auch das Geschäft mit verteilten Netzwerken. Der größte (mindestens einer der größten) CDN-Anbieter der Welt, die Firma Akamai, wurde zum Pionier in diesem Bereich und begann ihren Weg im Jahr 1998. Ein paar Jahre später wurde CDN zum Massenphänomen, und die Einnahmen aus der Bereitstellung und Verbreitung von Inhalten beliefen sich monatlich auf mehrere zehn Millionen Dollar.

Heute begegnen wir CDNs jedes Mal, wenn wir auf eine kommerzielle Seite mit hohem Datenverkehr gehen oder in sozialen Netzwerken kommunizieren. Die Dienste werden bereitgestellt von: Amazon, Cloudflare, Akamai und vielen anderen multinationalen Anbietern. Dabei streben große Unternehmen an, eigene CDNs zu nutzen, was ihnen eine Reihe von Vorteilen in puncto Geschwindigkeit und Qualität der Inhaltslieferung bringt. Hätte Facebook keine verteilten Netzwerke und wäre auf nur den ursprünglichen Server in den USA angewiesen, würde das Laden von Profilen bei Nutzern aus Osteuropa deutlich länger dauern.

Ein paar Worte zu CDN und Streaming

Die Agentur FutureSource Consulting hat eine Analyse der Musikindustrie durchgeführt und kommt zu dem Schluss, dass die Zahl der Abonnements für Musikstreaming-Dienste im Jahr 2023 fast eine halbe Milliarde Menschen erreichen wird. Dabei werden über 90 % der Einnahmen der Dienste aus Audio-Streaming stammen. Die Situation bei Videos ist ähnlich; im Sprachgebrauch haben sich Begriffe wie Let’s Play, Online-Konzert und Online-Kino etabliert. Auch Apple, Google, YouTube und viele andere Unternehmen bieten ihre eigenen Streaming-Dienste an.

In der frühen Vorstellung wurde CDN hauptsächlich für Websites mit statischen Inhalten verwendet. Statische Inhalte sind Informationen, die sich nicht abhängig von Nutzeraktionen, Zeit und anderen Faktoren ändern, d.h. sie sind nicht personalisiert. Die Entwicklung von Streaming-Video- und Audiodiensten hat jedoch ein weiteres verbreitetes Szenario für die Nutzung verteilter Netzwerke geschaffen. Mittels Servern, die in der Nähe der Zielgruppe weltweit liegen, wird ein stabiler Zugang zu Inhalten in Zeiten hoher Nachfrage gewährleistet, wodurch Engpässe im Internet vermieden werden.

Die DANE-Spezifikation ist in

Die Grundidee aller CDN ist im Wesentlichen gleich: Intermediäre zu nutzen, um Inhalte schneller an den Endverbraucher zu liefern. So funktioniert es: Der Nutzer sendet eine Anfrage zum Herunterladen einer Datei, die von einem CDN-Server empfangen wird, welcher einmalig auf den Originalserver zugreift und den Inhalt an den Nutzer ausliefert. Gleichzeitig speichert das CDN die Dateien für einen bestimmten Zeitraum im Cache und verarbeitet alle nachfolgenden Anfragen aus diesem Cache. Optional können sie auch Dateien vom Ursprungsserver vorab herunterladen, die Speicherfrist des Caches festlegen, große Dateien komprimieren und vieles mehr. Im optimalen Fall überträgt der Host den gesamten Datenstrom an den CDN-Knoten, der bereits eigene Ressourcen für die Auslieferung von Inhalten an die Nutzer nutzt. Es versteht sich von selbst, dass effizientes Caching von Informationen sowie die Verteilung der Anfragen nicht nur auf einen Server, sondern auf ein Netzwerk zu einer ausgewogeneren Lastenverteilung des Traffics führen werden.

Eine zweite wichtige Eigenschaft von CDN ist die Reduzierung der Latenz bei der Datenübertragung (auch bekannt als RTT – Round Trip Time). Die Einrichtung einer TCP-Verbindung, das Laden von Mediainhalten, das Abrufen einer JS-Datei und der Start einer TLS-Session hängen alle von der Ping-Zeit ab. Offensichtlich gilt: Je näher Sie sich an der Quelle befinden, desto schneller erhalten Sie eine Antwort. Selbst Lichtgeschwindigkeit hat ihre Grenzen: etwa 200.000 km/s über Glasfaser. Das bedeutet, dass die Verzögerung von Moskau nach Washington etwa 75 ms in RTT betragen wird, und das ohne Berücksichtigung von Zwischenhardware.

Um besser zu verstehen, welche Aufgaben Content Delivery Networks lösen, hier eine Liste aktueller Lösungen:

• Google, Yandex, MaxCDN (verwenden kostenlose CDN, um JS-Bibliotheken bereitzustellen und haben über 90 Punkte in den meisten Ländern der Welt);
• Cloudinary, Cloudimage, Google (Dienste und Bibliotheken zur Optimierung von Clients: Bilder, Videos, Schriftarten usw.);
• Jetpack, Incapsula, Swarmify usw. (Ressourcenoptimierung in Content Management-Systemen: Bitrix, WordPress usw.);
• CDNVideo, StackPath, NGENIX, Megafon (CDN zur Bereitstellung statischer Inhalte, verwendet als allgemeine Netzwerkressourcen);
• Imperva, Cloudflare (Lösungen zur Beschleunigung des Ladens von Websites).

Die ersten drei Typen von CDN aus der genannten Liste sind darauf ausgelegt, nur einen Teil des Traffics vom primären Server zu übertragen. Die verbleibenden zwei werden als vollwertige Proxy-Server verwendet, die die gesamten Kanäle vom Ursprungs-Host übertragen.

Wem und welche Vorteile die Technologie bietet

Theoretisch kann jede Website, die ihre Produkte/Dienstleistungen an Unternehmenskunden oder Privatpersonen verkauft (B2B oder B2C), von der Implementierung eines CDN profitieren. Wichtig ist, dass sich die Zielgruppe, also die Nutzerbasis, außerhalb ihres geografischen Standorts befindet. Aber selbst wenn dies nicht der Fall ist, werden Content Delivery Networks helfen, die Last bei großen Datenvolumina zu verteilen.

Es ist kein Geheimnis, dass für die Auslastung eines Serverkanals ein paar tausend Streams ausreichen. Daher wird die Verbreitung von Videoübertragungen an eine breite Masse unweigerlich zu einem Engpass führen – der Bandbreite des Internetkanals. Das gleiche beobachten wir, wenn auf einer Website viele kleine, nicht zusammenhängende Bilder (z. B. Produktvorschauen) vorhanden sind. Der Ursprungsserver nutzt eine TCP-Verbindung bei der Verarbeitung einer beliebigen Anzahl von Anfragen, was die Last in eine Warteschlange bringt. Die Hinzufügung von CDN erfordert es, die Anfragen auf mehrere Domains zu verteilen und mehrere TCP-Verbindungen zu verwenden, um den Kanal zu entlasten. Die Formel für die runde Verzögerung ergibt selbst unter den ungünstigsten Bedingungen eine Größe von 6-7 RRT und nimmt die Form an: TCP+TLS+DNS. Hier sollten auch die Verzögerungen in Betracht gezogen werden, die mit der Aktivierung des Funkkanals auf dem Gerät und der Signalübertragung an Mobilfunkmasten verbunden sind.

Zusammenfassend haben Experten die Stärken der Technologie für das Internetgeschäft hervorgehoben:

1. Schnelles Skalieren der Infrastruktur + Verringerung der Bandbreite. Mehr Server = mehr Punkte, an denen Informationen gespeichert werden. In der Folge verarbeitet ein Punkt weniger Traffic in einer Zeiteinheit und kann daher eine geringere Bandbreite haben. Darüber hinaus kommen Optimierungswerkzeuge zum Einsatz, die es ermöglichen, mit Spitzenlasten umzugehen, ohne Zeit zu verlieren.
2. Geringerer Ping. Wir haben bereits erwähnt, dass Menschen im Internet nicht gerne lange warten. Daher führt ein hoher Ping zu hohen Abbruchraten. Die Verzögerung kann durch Probleme mit der Datenverarbeitung auf dem Server, den Einsatz veralteter Hardware oder einfach durch eine schlecht durchdachte Netzwerktopologie verursacht werden. Die meisten dieser Probleme werden teilweise durch Content Delivery Networks gelöst. Es ist jedoch wichtig zu betonen, dass der tatsächliche Nutzen der Implementierung der Technologie nur sichtbar wird, wenn der "Kunden-Ping" 80-90 ms übersteigt, was die Entfernung von Moskau nach New York betrifft.

   

3. Datensicherheit. DDos-Attacken (Distributed Denial-of-Service-Angriffe) zielen darauf ab, den Betrieb von Servern zu stören, um irgendeinen Gewinn zu erzielen. Ein einzelner Server ist viel anfälliger für Sicherheitsanfälligkeiten als ein verteiltes Netzwerk (eine Infrastruktur eines Giganten wie CloudFlare zu überlasten, ist keine leichte Aufgabe). Durch den Einsatz von Filtern und die intelligente Verteilung von Anfragen im Netzwerk können künstlich geschaffene Zugangsprobleme zum legitimen Verkehr problemlos vermieden werden.
4. Schnelle Verbreitung von Inhalten und zusätzliche Servicefunktionen. Die Verteilung großer Datenmengen auf ein Servernetzwerk ermöglicht es, das Angebot schneller an den Endverbraucher zu bringen. Um wieder Beispiele zu nennen, muss man nicht weit suchen – es genügt, sich an Amazon und AliExpress zu erinnern.
5. Möglichkeit, Probleme mit der Hauptwebsite zu "verschleiern". Man muss nicht warten, bis sich die DNS aktualisieren, man kann sie auf einen neuen Standort umleiten und zuvor zwischengespeicherte Inhalte bereitstellen. Dies kann wiederum die Ausfallsicherheit verbessern.

Wir haben die Vorteile besprochen. Nun lassen Sie uns untersuchen, für welche Nischen dies vorteilhaft ist.

Werbegeschäft

Werbung ist der Motor des Fortschritts. Damit der Motor nicht überhitzt, muss er angemessen belastet werden. So sieht sich das Werbegeschäft, das versucht, mit der modernen digitalen Welt Schritt zu halten, Problemen mit „schweren Inhalten“ gegenüber. Unter schweren Inhalten versteht man multimediale Werbung (hauptsächlich animierte Banner und Videos), die hohe Bandbreiten erfordert. Eine Website mit Multimedia benötigt lange zum Laden und kann die Nerven der Benutzer strapazieren. Die meisten Nutzer verzichten auf solche Ressourcen, bevor sie alle bereitgestellten Informationen geladen haben. Werbeagenturen können die Vorteile eines CDN nutzen, um diese Probleme zu lösen.

Verkäufe

E-Commerce benötigt eine ständige Erweiterung der geografischen Abdeckung. Ein weiterer wichtiger Punkt ist der Wettbewerb, dessen Überfluss in jedem Marktsegment spürbar ist. Entspricht eine Website nicht den Benutzeranforderungen (einschließlich langsamer Ladezeiten), wird sie nicht populär sein und keine konstant hohe Conversion erzielen. Der Einsatz von CDN sollte seine Vorteile beim Verarbeiten von Datenanfragen aus verschiedenen Orten zeigen. Auch die Traffic-Verteilung hilft, Spitzenlasten zu verhindern und nachfolgende Serverausfälle zu vermeiden.

Unterhaltungsplattformen

Hierzu zählen verschiedene Unterhaltungsplattformen, von Film- und Spiel-Downloads bis hin zu Streaming-Videos. Obwohl die Technologie mit Statischen Inhalten arbeitet, können Streaming-Daten schneller zu den Nutzern über Repeater gelangen. Zudem ist das Caching von Informationen durch CDN eine Rettung für Betreiber großer Portale – Multimedia-Speicher.

Online-Spiele

Internetspiele sollten gesondert aufgeführt werden. Während Werbung hohe Bandbreiten benötigt, sind Online-Projekte noch ressourcenintensiver. Anbieter sehen sich einem Problem mit zwei Seiten gegenüber: Serverzugangsgeschwindigkeit + Gewährleistung einer hohen Spielerleistung mit ansprechender Grafik. CDN für Online-Spiele ermöglicht es, sogenannte "Push-Zonen" zu haben, in denen Entwickler Spiele auf Servern speichern können, die sich in der Nähe der Nutzer befinden. Dies reduziert den Einfluss der Zugangszeit zum Ursprungsserver und sorgt für ein insgesamt angenehmes Spielerlebnis.

Warum CDN keine Allheilmittel sind

Trotz ihrer offensichtlichen Vorteile streben nicht alle und nicht immer danach, diese Technologie in ihr Geschäft zu integrieren. Warum ist das so? Paradoxerweise ergeben sich einige Nachteile aus den Vorteilen, hinzukommen weitere Punkte, die mit dem Aufbau des Netzwerks verbunden sind. Vermarkter werden schön über alle Vorteile der Technologie sprechen, dabei aber vergessen zu erwähnen, dass all diese Vorteile unter einem breiten Spektrum von Bedingungen ihre Bedeutung verlieren. Wenn man die Nachteile von CDN genauer betrachtet, sollten folgende Punkte hervorgehoben werden:

• Arbeiten nur mit statischen Inhalten. Ja, die meisten modernen Websites haben einen niedrigen Anteil an dynamischem Inhalt. Aber wo die Seiten personalisiert sind, kann das CDN nicht helfen (außer es entlastet ein hohes Verkehrsaufkommen);
• Cache-Verzögerung. An sich ist die Optimierung eines der Hauptmerkmale von Content Delivery Networks. Aber wenn Änderungen am Ursprungsserver vorgenommen werden, dauert es eine Weile, bis das CDN dies auf all seinen Servern erneut cacht;
• Massenblockaden. Wenn aus irgendeinem Grund die IP-Adresse des CDNs gesperrt wird, sind alle Websites, die darauf gehostet werden, ebenfalls betroffen;
• In den meisten Fällen wird der Browser zwei Verbindungen herstellen (eine zum Ursprungsserver und eine zum CDN). Das sind zusätzliche Millisekunden Wartezeit;
• Bindung an die IP-Adresse von Projekten (einschließlich nicht existierender), die zuvor daran gebunden waren. Infolgedessen ergibt sich eine komplizierte Rangfolge durch die Google-Crawler und Schwierigkeiten bei der Auffindung der Website im Top-Ranking bei SEO;
• Ein CDN-Knoten ist ein potenzieller Ausfallpunkt. Wenn sie verwendet werden, ist es wichtig, im Voraus zu verstehen, wie das Routing-System funktioniert und welche Fehler während der Arbeit mit der Website auftreten können;
• Banal, aber für die Bereitstellung von Inhalten müssen Gebühren gezahlt werden. Die Kosten sind in der Regel proportional zum Traffic-Volumen, was bedeutet, dass möglicherweise eine Überwachung erforderlich ist, um das Budget zu planen.

Ein nicht unwichtiger Fakt: Selbst die Nähe des CDNs zum Benutzer garantiert keinen niedrigen Ping. Der Weg kann vom Client zu einem Host führen, der in einem anderen Land oder sogar auf einem anderen Kontinent liegt. Dies hängt von der Routing-Politik des jeweiligen Netzwerks und seiner Beziehungen zu den Betreibern (Peering) ab. Viele große CDN-Anbieter haben verschiedene Tarife, bei denen die Kosten direkten Einfluss auf die Nähe des Bereitstellungspunktes bei der Inhaltsübertragung an Zielnutzer haben.

Wenn es die Möglichkeiten gibt – starte dein eigenes CDN.

Unzufrieden mit der Politik der Unternehmen, die Dienste für Content-Delivery-Netzwerke anbieten, aber dein Geschäft benötigt eine Expansion? Wenn Möglichkeiten vorhanden sind, warum nicht versuchen, ein eigenes CDN zu starten? Das macht in folgenden Fällen Sinn:

• Die aktuellen Ausgaben für die Bereitstellung von Inhalten rechtfertigen nicht die Erwartungen und sind wirtschaftlich nicht tragbar.
• Ein permanenter Cache ist erforderlich, ohne Nachbarschaft zu anderen Websites auf dem Server und dem Kanal;
• Die Zielgruppe befindet sich in einer Region, in der es keine für Sie verfügbaren CDN-Punkte gibt;
• Es besteht die Notwendigkeit, die Einstellungen bei der Bereitstellung von Inhalten zu personalisieren;
• Es ist erforderlich, die Bereitstellung dynamischer Inhalte zu beschleunigen;
• Verdacht auf Verletzung der Privatsphäre der Benutzer und andere unrechtmäßige Handlungen durch Drittanbieterdienste.

Der Start eines CDN erfordert von Ihnen einen Domainnamen, mehrere Server in verschiedenen Regionen (virtuell oder dediziert) und ein Tool zur Bearbeitung von Anfragen. Vergessen Sie nicht die Installation von SSL-Zertifikaten, die Konfiguration und Bearbeitung von Programmen zur Bereitstellung statischer Inhalte (Nginx oder Apache) sowie das effektive Monitoring des gesamten Systems.

Die richtige Konfiguration von Caching-Proxys ist Thema eines separaten Artikels, daher werden wir hier nicht im Detail erläutern, wo und welche Parameter richtig eingestellt werden sollten. Angesichts der Anfangskosten und der Zeit für den Aufbau eines Netzwerks kann die Verwendung von fertigen Lösungen vielversprechender sein. Es ist jedoch wichtig, sich an der gegebenen Marktsituation und einer mehrstufigen Planung zu orientieren.

Was am Ende

CDN ist eine Sammlung zusätzlicher Kapazitäten zur Übertragung Ihres Traffics an ein breites Publikum. Sind sie für das Internetgeschäft notwendig? Sowohl ja als auch nein, es hängt alles davon ab, auf welches Publikum die Inhalte ausgerichtet sind und welche Ziele der Eigentümer des Unternehmens verfolgt.

Regionale und spezialisierte Projekte werden durch die Implementierung von CDN mehr Nachteile als Vorteile haben. Die Anfragen kommen weiterhin zuerst auf den Ursprungsserver, jedoch bereits über einen Vermittler. Daraus resultiert zwar ein fraglicher Ping, jedoch ganz klare monatliche Kosten für die Nutzung des Dienstes. Bei Vorhandensein guter Netzwerkausrüstung können bestehende Informationen Sicherheitsalgorithmen ruhig verbessert, die eigenen Server näher an den Benutzern platziert und ständig Optimierungen und Gewinne kostenfrei erzielt werden.

Doch Unternehmen, deren Infrastruktur mit dem ständig wachsenden Datenverkehr nicht mithalten kann, sollten wirklich über Zwischenserver nachdenken. CDN zeigt sich als hervorragende Technologie, die es ermöglicht, ein Netzwerk schnell über eine breite geografische Nutzerbasis zu implementieren, komfortables Cloud-Gaming zu gewährleisten oder Produkte auf einer großen Handelsplattform zu verkaufen.

Aber selbst bei einer breiten geografischen Abdeckung ist es wichtig, im Voraus zu verstehen, wofür genau die Content Delivery Networks benötigt werden. Die Beschleunigung von Webseiten bleibt nach wie vor eine komplexe Aufgabe, die nicht magisch durch die Implementierung von CDN gelöst werden kann. Man darf nicht die wichtigen Funktionen wie: Plattformübergreifendes Arbeiten, Anpassungsfähigkeit, Optimierung der Serverkomponenten, des Codes, des Renderings usw. vergessen. Eine technische Voruntersuchung und geeignete Maßnahmen zur Problemlösung sind nach wie vor die optimale Lösung für jedes Online-Projekt, unabhängig von dessen Ausrichtung und Umfang.

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Quelle: habr.com