Les voies du contenu sont insondables, ou un mot sur le CDN

Avertissement:
Cet article ne contient pas d'informations inconnues des lecteurs familiers avec le concept de CDN, mais a pour but de donner un aperçu de la technologie.

La première page web est apparue en 1990 et faisait quelques octets. Depuis, le contenu s'est développé tant en qualité qu'en quantité. L'évolution de l'écosystème informatique a fait en sorte que les pages web modernes se mesurent en mégaoctets et la tendance à l'augmentation de la bande passante des réseaux se renforce chaque année. Comment les fournisseurs de contenu peuvent-ils atteindre de vastes échelles géographiques et garantir aux utilisateurs un accès rapide à l'information partout ? Ce sont des tâches que doivent relever les réseaux de livraison et de distribution de contenu, également appelés Content Delivery Network ou simplement CDN.

Il y a de plus en plus de contenu « lourd » sur Internet. De nombreuses études montrent que les utilisateurs ne souhaitent pas interagir avec des services web si ceux-ci mettent plus de 4 à 5 secondes à se charger. Une vitesse de chargement trop lente risque de faire fuir l'audience, entraînant ainsi une diminution du trafic, des conversions, et donc des profits. En théorie, les réseaux de livraison de contenu (CDN) permettent d'éliminer ces problèmes et leurs conséquences. Mais en pratique, ce sont souvent les détails et les nuances de chaque cas qui font toute la différence, et il y en a beaucoup dans ce domaine.

D'où vient l'idée des réseaux distribués

Commençons par un bref aperçu historique et une définition des termes. Un CDN est un réseau constitué d'un ensemble de serveurs répartis à différents endroits pour fournir un accès au contenu Internet à un grand nombre d'utilisateurs. L'idée des réseaux distribués réside dans la présence de plusieurs points de présence (PoP) qui se trouvent en dehors du serveur d'origine. Un tel système peut traiter plus rapidement le volume de requêtes entrantes, améliorant ainsi la réactivité et la vitesse de transmission des données.

Le problème de la livraison de contenu aux utilisateurs est apparu de manière aiguë lors du pic du développement d'Internet, c'est-à-dire au milieu des années 90. Les serveurs de l'époque, dont les performances ne rivalisaient même pas avec celles des ordinateurs portables haut de gamme modernes, peinaient à supporter la charge et ne pouvaient pas faire face à un trafic en constante augmentation. Microsoft dépensait chaque année des centaines de millions de dollars pour des recherches liées à l'autoroute de l'information (on se souvient immédiatement des célèbres 640 Ko de Bill Gates). Pour résoudre ces problèmes, il a fallu recourir à la mise en cache hiérarchique, passer des modems à la fibre optique et analyser en détail la topologie des réseaux. La situation ressemblait à un vieux locomotive qui file sur des rails et qui est modernisée par tous les moyens possibles pour augmenter sa vitesse.

Déjà à la fin des années 90, les propriétaires de portails web ont compris que, pour réduire la charge et garantir les demandes requises, il était nécessaire d'utiliser des serveurs intermédiaires. C'est ainsi qu'ont vu le jour les premiers CDN, distribuant du contenu statique depuis différents serveurs géographiquement répartis dans le monde. À peu près à la même époque, un marché pour les réseaux distribués est apparu. Le plus grand (au moins l'un des plus grands) fournisseur de CDN au monde, la société Akamai, est devenu un pionnier dans ce domaine, commençant son parcours en 1998. Quelques années plus tard, le CDN est devenu courant et les revenus de la livraison et de la contribution de contenu s'élevaient à des dizaines de millions de dollars par mois.

Aujourd'hui, nous sommes confrontés à des CDN chaque fois que nous accédons à une page commerciale à fort trafic ou que nous interagissons sur les réseaux sociaux. Les services sont fournis par : Amazon, Cloudflare, Akamai, ainsi que de nombreux autres fournisseurs multinationaux. De plus, les grandes entreprises s'efforcent d'utiliser leurs propres CDN, ce qui leur apporte divers avantages en termes de vitesse et de qualité de livraison de contenu. Si Facebook n'avait pas de réseaux distribués et se contentait d'un seul serveur, situé aux États-Unis, le chargement du profil des utilisateurs d'Europe de l'Est prendrait beaucoup plus de temps.

Quelques mots sur les CDN et le streaming

L'agence FutureSource Consulting a mené une analyse de l'industrie musicale et a conclu qu'en 2023, le nombre d'abonnements aux services de streaming musical atteindra presque un demi-milliard de personnes. De plus, plus de 90 % des revenus proviendront spécifiquement de l'audio en streaming. La situation est similaire pour la vidéo, avec des termes populaires comme letsplay, concert en ligne et cinéma en ligne qui s'établissent dans le vocabulaire courant. Des services de streaming sont disponibles chez Apple, Google, YouTube et de nombreuses autres entreprises.

Au départ, le CDN était principalement utilisé pour des sites avec du contenu statique. On désigne par 'statique' les informations qui ne changent pas en fonction des actions des utilisateurs, du temps ou d'autres facteurs, c'est-à-dire qui ne sont pas personnalisées. Toutefois, le développement des services de vidéo et d'audio en streaming a ajouté un autre scénario courant d'utilisation des réseaux distribués. Les serveurs intermédiaires, en étant proches du public cible à travers le monde, permettent d'assurer un accès stable au contenu pendant les périodes de forte demande, évitant ainsi le manque de 'goulots d'étranglement' sur Internet.

Comment cela fonctionne

Le principe des CDN est approximativement le même : utiliser des intermédiaires pour pouvoir livrer le contenu plus rapidement au consommateur final. Voici comment cela fonctionne : un utilisateur envoie une requête pour télécharger un fichier, celle-ci est reçue par le serveur CDN, qui contacte une fois le serveur d'origine et fournit le contenu à l'utilisateur. Parallèlement, le CDN met en cache les fichiers pendant une durée déterminée et traite toutes les requêtes suivantes à partir de son propre cache. En option, ils peuvent également précharger des fichiers à partir du serveur d'origine, définir la durée de stockage du cache, compresser des fichiers lourds et bien plus encore. Dans la situation idéale, l'hôte transmet tout le flux à un nœud CDN, qui utilise alors ses propres ressources pour livrer le contenu aux utilisateurs. Il va de soi qu'un cache efficace des informations ainsi qu'une distribution des requêtes non pas sur un seul serveur, mais sur un réseau, conduira à une charge de trafic plus équilibrée.

Une autre caractéristique importante du fonctionnement des CDN est la réduction des latences dans la transmission des données (aussi appelées RTT - round trip time). L'établissement d'une connexion TCP, le chargement de contenu multimédia, des fichiers JS, le démarrage d'une session TLS, tout cela dépend du ping. Évidemment, plus vous êtes proche de la source, plus vous pouvez recevoir une réponse rapidement. Après tout, même la vitesse de la lumière a ses limites : environ 200 000 km/s à travers la fibre optique. Cela signifie que le délai entre Moscou et Washington sera d'environ 75 ms en RTT, sans prendre en compte l'influence du matériel intermédiaire.

Pour mieux comprendre quelles tâches résolvent les réseaux de distribution de contenu, nous allons énumérer une liste de solutions pertinentes aujourd'hui :

• Google, Yandex, MaxCDN (utilisent des CDN gratuits pour distribuer des bibliothèques JS, possèdent plus de 90 points de présence dans la plupart des pays du monde) ;
• Cloudinary, Cloudimage, Google (services et bibliothèques d'optimisation côté client : images, vidéos, polices, etc.) ;
• Jetpack, Incapsula, Swarmify, etc. (optimisation des ressources dans les systèmes de gestion de contenu : bitrix, wordpress, etc.) ;
• CDNVideo, StackPath, NGENIX, Megafon (CDN pour la distribution de contenu statique, utilisés comme réseaux polyvalents) ;
• Imperva, Cloudflare (solutions pour accélérer le chargement des sites web).

Les trois premiers types de CDN de la liste fournie sont conçus pour transmettre uniquement une partie du trafic depuis le serveur principal. Les deux suivants sont utilisés comme des serveurs proxy complets avec transmission totale des canaux depuis l'hôte d'origine.

À qui et quels avantages la technologie offre-t-elle

Théoriquement, tout site vendant ses produits/services à des clients d'entreprise ou des particuliers (B2B ou B2C) peut tirer profit de l'implémentation d'un CDN. Il est important que son audience cible, c'est-à-dire sa base d'utilisateurs, soit située en dehors de leur emplacement géographique. Mais même si ce n'est pas le cas, les réseaux de distribution aideront à équilibrer la charge lors de volumes de contenu importants.

Il n'est pas secret qu'il suffit de quelques milliers de flux pour saturer une bande passante serveur. Par conséquent, diffuser une vidéo à un large public conduira inévitablement à un goulot d'étranglement – la bande passante de la connexion Internet. Cela se produit également lorsque le site contient de nombreuses petites images non fusionnées (comme les aperçus de produits, par exemple). Le serveur source utilise une seule connexion TCP pour traiter un nombre illimité de requêtes, ce qui met la charge en attente. L'ajout d'un CDN nécessite de répartir les requêtes sur plusieurs domaines et d'utiliser plusieurs connexions TCP, soulageant ainsi la bande passante. Et la formule de latence circulaire, même dans les scénarios les plus défavorables, donne une valeur de 6-7 RTT et s'exprime sous la forme : TCP+TLS+DNS. Il est également juste d'inclure ici les latences liées à l'activation du canal radio sur l'appareil et à la transmission du signal vers les antennes relais.

En résumant les points forts de la technologie pour les affaires en ligne, les spécialistes identifient les éléments suivants :

1. Une mise à l'échelle rapide de l'infrastructure + une réduction de la bande passante. Plus de serveurs = plus de points où l'information est stockée. En conséquence, un point traite moins de trafic par unité de temps, ce qui signifie qu'il peut avoir une bande passante inférieure. De plus, des outils d'optimisation sont utilisés, ce qui permet de gérer les pics de charge sans perte de temps.
2. Un ping réduit. Nous avons déjà mentionné que les gens n'aiment pas attendre longtemps sur Internet. Par conséquent, un ping élevé entraîne des taux d'abandon élevés. La latence peut être causée par des problèmes de traitement des données sur le serveur, l'utilisation de matériel ancien ou simplement une topologie réseau mal conçue. La plupart de ces problèmes sont partiellement résolus par les réseaux de distribution de contenu. Bien qu'il soit important de noter ici que le véritable avantage de l'implémentation de la technologie ne sera visible que lorsque le « ping consommateur » dépasse 80-90 ms, ce qui représente la distance entre Moscou et New York.

   

3. Sécurité des données. Les attaques DDoS (ou attaques par déni de service) visent à provoquer une panne du serveur dans le but d'obtenir un bénéfice quelconque. Un serveur est beaucoup plus exposé aux failles de sécurité qu'un réseau distribué (déjouer l'infrastructure d'un géant comme CloudFlare n'est pas une tâche facile). Grâce à l'utilisation de filtres et à une distribution judicieuse des demandes à travers le réseau, il est possible d'éviter sans problèmes les difficultés artificiellement créées pour accéder au trafic légitime.
4. Diffusion rapide du contenu et fonctions de service supplémentaires. La distribution de grands volumes d'informations sur le réseau de serveurs permettra de transmettre plus rapidement l'offre au consommateur final. Pour les exemples, il n'est pas nécessaire d'aller loin – il suffit de penser à Amazon et AliExpress.
5. Possibilité de « masquer » les problèmes du site principal. Il n'est pas nécessaire d'attendre que les DNS se mettent à jour, il est possible de le rediriger vers un nouvel emplacement en distribuant du contenu précédemment mis en cache. Cela peut, à son tour, améliorer la résilience.

Nous avons examiné les avantages. Maintenant, regardons quels secteurs en bénéficient.

Secteur de la publicité

La publicité est le moteur du progrès. Mais pour que le moteur ne surchauffe pas, il doit être sollicité avec modération. Ainsi, le secteur publicitaire, en essayant de s'adapter au monde numérique moderne, est confronté à des problèmes de « contenu lourd ». Par contenu lourd, on entend la publicité multimédia (principalement des bannières animées et des vidéos), qui nécessite une bande passante élevée. Un site web avec des éléments multimédias met beaucoup de temps à charger et peut faire des pauses, testant la patience des utilisateurs. La plupart des gens abandonnent de tels sites avant même que toute l'information ne soit complètement chargée. Les agences publicitaires peuvent tirer parti des CDN pour résoudre ces problèmes.

Ventes

Le commerce électronique nécessite une expansion continue de sa couverture géographique. Un autre aspect important est la concurrence, qui est abondante dans chaque segment de marché. Si un site web ne répond pas aux exigences des utilisateurs (y compris un temps de chargement long), il ne sera pas populaire et ne pourra pas générer une conversion élevée et stable. La mise en œuvre d'un CDN devrait montrer ses avantages lors du traitement des demandes de données provenant de différents endroits. De plus, la répartition du trafic aidera à prévenir les pics et les pannes qui en résultent au niveau du serveur.

Plateformes de contenu de divertissement

Cela inclut divers types de plateformes de divertissement, allant du téléchargement de films et de jeux à la vidéo en streaming. Bien que la technologie fonctionne avec des données statiques, les données en streaming peuvent atteindre plus rapidement l'utilisateur via des relais. Encore une fois, le cache des informations CDN est une aubaine pour les propriétaires de grands portails – des bibliothèques multimédias.

Jeux en ligne

Les jeux Internet doivent être traités séparément. Si la publicité nécessite une bande passante importante, les projets en ligne le sont encore davantage en termes de ressources. Les fournisseurs sont confrontés à un problème à double face : la vitesse d'accès aux serveurs + garantir une haute performance de jeu avec de beaux graphismes. Un CDN pour les jeux en ligne permet d'avoir ce qu'on appelle des « zones de push », où les développeurs peuvent stocker des jeux sur des serveurs proches des utilisateurs. Cela permet de réduire l'impact de la vitesse d'accès au serveur d'origine, garantissant ainsi un gameplay confortable partout.

Pourquoi le CDN n'est pas une panacée

Malgré ses évidents avantages, tout le monde ne s'empresse pas de mettre en œuvre cette technologie dans son entreprise. Pourquoi ? Étrangement, certains inconvénients découlent des avantages, sans oublier quelques autres points liés au déploiement du réseau. Les marketeurs évoquent avec charme tous les atouts de la technologie, oubliant de mentionner que tous perdent leur sens dans un large éventail de conditions. Si l'on examine de plus près les inconvénients du CDN, il convient de souligner :

• Travail uniquement avec le statique. Oui, la plupart des sites modernes ont un faible pourcentage de contenu dynamique. Mais là où les pages sont personnalisées, un CDN ne pourra rien faire (sauf alléger un grand volume de trafic);
• Délai de mise en cache. L'optimisation elle-même est l'un des principaux avantages des réseaux de distribution. Mais lorsque des modifications sont apportées sur le serveur d'origine, il faut du temps avant que le CDN ne les recache sur tous ses serveurs;
• Blocages massifs. Si pour une raison quelconque l'adresse IP du CDN est bannie, tous les sites hébergés dessus se fermeront;
• Dans la plupart des cas, le navigateur établira deux connexions (avec le serveur d'origine et le CDN). Cela entraîne quelques millisecondes d'attente supplémentaires;
• Liens à l'adresse IP des projets (y compris ceux qui ne sont plus actifs) qui étaient précédemment associés. Cela complique le classement par les robots de recherche de Google et rend difficile l'atteinte des sommets en SEO;
• Un nœud CDN est un point de défaillance potentiel. Si vous les utilisez, il est important de comprendre à l'avance comment est structurée la routage du système et quelles erreurs peuvent survenir lors de l'utilisation du site;
• C'est banal, mais il faut payer pour les services de livraison de contenu. En général, les coûts sont proportionnels au volume de trafic, ce qui signifie qu'un contrôle pourrait être nécessaire pour planifier le budget.

Fait important : même la proximité du CDN avec l'utilisateur ne garantit pas un faible ping. La construction de la route peut se faire du client au serveur, situé dans un autre pays ou même sur un autre continent. Cela dépend de la politique de routage du réseau spécifique et de ses relations avec les opérateurs de télécommunications (peering). De nombreux grands fournisseurs de CDN ont plusieurs tarifs, où le coût influence directement la proximité du point de présence lors de la transmission de contenu aux utilisateurs cibles.

Si vous avez les ressources, lancez votre propre CDN

Vous n'êtes pas satisfait de la politique des entreprises fournissant des services de réseaux de distribution de contenu, mais votre entreprise a besoin d'expansion ? Si vous avez les moyens, pourquoi ne pas essayer de lancer votre propre CDN. Cela a du sens dans les cas suivants :

• Les dépenses actuelles pour la distribution de contenu ne correspondent pas à vos attentes et ne sont pas économiquement viables;
• Un cache permanent est nécessaire, sans cohabitation avec d'autres sites sur le serveur et le canal ;
• Le public cible se trouve dans une région où il n'y a pas de points de présence de CDN disponibles pour vous ;
• Nécessité de personnaliser les paramètres lors de la livraison de contenu ;
• Il est nécessaire d'accélérer la livraison de contenu dynamique ;
• Suspicion de violations de la confidentialité des utilisateurs et d'autres actions répréhensibles de la part de services tiers.

Le lancement d'un CDN nécessitera un nom de domaine, plusieurs serveurs dans différentes régions (virtuels ou dédiés) et un outil de traitement des demandes. N'oublions pas l'installation de certificats SSL, la configuration et la modification des programmes pour la livraison de contenu statique (Nginx ou Apache), ainsi qu'une surveillance efficace de l'ensemble du système.

La bonne configuration des proxies de mise en cache constitue le sujet d'un article à part entière, c'est pourquoi nous ne détaillerons pas ici : où et quel paramètre doit être correctement défini. Compte tenu des coûts de démarrage et du temps de déploiement du réseau, l'utilisation de solutions prêtes à l'emploi peut être plus prometteuse. Mais il est nécessaire de se guider par la conjoncture existante et de planifier plusieurs étapes à l'avance.

Qu'en est-il finalement

Un CDN est un ensemble de capacités supplémentaires pour retransmettre votre trafic à grande échelle. Sont-elles nécessaires pour les entreprises en ligne ? Oui et non, tout dépend du public ciblé par le contenu et des objectifs poursuivis par le propriétaire de l'entreprise.

Les projets régionaux et spécialisés bénéficieront davantage des implémentations de CDN, mais auront plus de inconvénients que d'avantages. Les requêtes continueront d'arriver d'abord sur le serveur d'origine, mais déjà à travers un intermédiaire. D'où un doute sur la réduction du ping, mais des coûts mensuels conséquents pour l'utilisation du service. Avec un bon équipement réseau, il est possible d'améliorer les algorithmes de sécurité de l'information existants, de placer ses serveurs plus près des utilisateurs et d'obtenir des optimisations et des bénéfices gratuitement de manière permanente.

Les grandes entreprises dont l'infrastructure ne peut pas gérer le flux de trafic en constante augmentation devraient vraiment envisager d'utiliser des serveurs intermédiaires. Le CDN s'avère être une technologie efficace pour déployer rapidement un réseau sur une large géographie d'utilisateurs, permettant un cloud gaming agréable ou la vente de produits sur de grandes plateformes commerciales.

Cependant, même avec une large géographie d'audience, il est crucial de comprendre à quoi servent spécifiquement les réseaux de diffusion de contenu. L'accélération des sites reste une tâche complexe qui ne se résout pas magiquement par l'implémentation d'un CDN. Il ne faut pas négliger des fonctionnalités importantes telles que : la compatibilité multiplateforme, l'adaptabilité, l'optimisation de la partie serveur, du code, du rendu, etc. Un audit technique préalable et des mesures adéquates pour résoudre les problèmes demeurent la solution optimale pour tout projet en ligne, quel que soit son domaine et sa taille.

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Source : habr.com