Nieodgadnione ścieżki treści, czyli kilka słów o CDN

Wyłączenie odpowiedzialności:
Ten artykuł nie zawiera informacji wcześniej nieznanych czytelnikom zaznajomionym z pojęciem CDN i ma charakter przeglądu technologii.

Pierwsza strona internetowa powstała w 1990 roku i miała rozmiar zaledwie kilku bajtów. Od tego czasu treści są skalowane zarówno pod względem jakości, jak i ilości. Rozwój ekosystemu IT doprowadził do sytuacji, w której nowoczesne strony internetowe mierzone są w megabajtach, a tendencja do zwiększania przepustowości sieci z każdym rokiem staje się coraz silniejsza. Jak dostawcy treści mogą dotrzeć do większych obszarów geograficznych i zapewnić użytkownikom szybki dostęp do informacji wszędzie? Z tymi zadaniami muszą radzić sobie sieci dostarczania i dystrybucji treści, znane również jako sieci CDN.

W Internecie pojawia się coraz więcej 'ciężkich' treści. Wiele badań pokazuje, że użytkownicy nie chcą korzystać z usług internetowych, jeśli te ładują się dłużej niż 4-5 sekund. Zbyt niska prędkość ładowania strony grozi utratą publiczności, co z pewnością prowadzi do zmniejszenia ruchu, konwersji, a tym samym zysków. Teoretycznie sieci dostarczania treści (CDN) mogą rozwiązać te problemy i ich konsekwencje. W praktyce jednak to szczegóły i niuanse konkretnego przypadku decydują o wszystkim, a tych w tej dziedzinie jest pod dostatkiem.

Skąd wzięła się idea sieci rozproszonych.

Zacznijmy od krótkiego wprowadzenia w historię i definicję terminów. CDN to sieć z grupy serwerów, rozmieszczonych w różnych lokalizacjach, aby zapewnić dostęp do treści internetowych dla dużej liczby użytkowników. Idea sieci rozproszonych polega na posiadaniu wielu punktów obecności (PoP), które znajdują się poza pierwotnym serwerem. Taki system szybciej obrobi zgromadzone zapytania, zwiększając responsywność i prędkość przesyłania danych.

Problem z dostarczaniem treści do użytkowników nasilił się u szczytu rozwoju Internetu, czyli w połowie lat 90-tych. ówczesne serwery, których wydajność nie dorównywała nawet współczesnym flagowym laptopom, z trudem wytrzymywały obciążenie i nie mogły sprostać ciągle rosnącemu ruchowi. Microsoft co roku wydawał setki milionów dolarów na badania związane z informacyjną magistralą (od razu przychodzą na myśl słynne 640 KB od Billa Gatesa). W rozwiązaniu tych problemów konieczne było stosowanie hierarchicznego buforowania, przechodzenie z modemów na światłowody oraz szczegółowe analizowanie topologii sieci. Sytuacja przypominała stary lokomotyw, który pędzi po torach i na bieżąco modernizuje się wszystkimi możliwymi środkami w celu zwiększenia prędkości.

Już pod koniec lat 90-tych właściciele portali internetowych zdali sobie sprawę, że aby zredukować obciążenie i zapewnić wymagane żądania, należy używać serwerów pośredniczących. Tak powstały pierwsze CDN, które rozprowadzały statyczną treść z różnych serwerów, geograficznie rozproszonych po świecie. W przybliżeniu w tym samym czasie powstał również biznes na rozproszonych sieciach. Największy (przynajmniej jeden z największych) dostawca CDN na świecie, firma Akamai, stał się pionierem w tej dziedzinie, rozpoczynając swoją działalność w 1998 roku. Kilka lat później CDN stał się masowy, a przychody z dostarczania i kontrybuowania treści sięgały dziesiątek milionów dolarów miesięcznie.

Dziś spotykamy się z CDN za każdym razem, gdy przechodzimy na stronę komercyjną o dużym ruchu lub wchodzimy w interakcje w mediach społecznościowych. Usługę oferują: Amazon, Cloudflare, Akamai oraz wielu innych międzynarodowych dostawców. Co więcej, duże firmy dążą do korzystania z własnych CDN, co przynosi im szereg korzyści w zakresie szybkości i jakości dostarczania treści. Gdyby Facebook nie miał rozproszonych sieci i zadowoliłby się jedynie głównym serwerem znajdującym się w Stanach Zjednoczonych, ładowanie profilu użytkowników w Europie Wschodniej mogłoby zająć znacznie więcej czasu.

Kilka słów o CDN i streamingu

Agencja FutureSource Consulting przeprowadziła analizę przemysłu muzycznego i stwierdziła, że w 2023 roku liczba subskrypcji na serwisach streamingowych osiągnie niemal pół miliarda osób. Ponadto, ponad 90% dochodów serwisy będą czerpać właśnie z audio na żądanie. Sytuacja z wideo wygląda podobnie, w powszechnym użyciu znalazły się już takie terminy jak: letsplay, koncert online i kino online. Własne serwisy streamingowe mają Apple, Google, YouTube i wiele innych firm.

Na początku powszechne było wykorzystanie CDN głównie dla stron z treścią statyczną. Statyką nazywamy informacje, które nie zmieniają się w zależności od działań użytkownika, czasu i innych czynników, to znaczy nie są spersonalizowane. Jednak rozwój serwisów z wideo i audio na żądanie dodał jeszcze jeden popularny scenariusz dla wykorzystania rozproszonych sieci. Serwery pośredniczące, znajdujące się blisko docelowej grupy odbiorców na całym świecie, zapewniają stabilny dostęp do treści w okresach szczytowych obciążeń, eliminując braki w „wąskich gardłach” internetu.

Jak to działa

Istota wszystkich CDN jest mniej więcej taka sama: wykorzystują pośredników, aby móc szybciej dostarczać treści do ostatecznego odbiorcy. Działa to następująco: użytkownik wysyła żądanie pobrania pliku, odbiera je serwer CDN, który jednokrotnie kontaktuje się z oryginalnym serwerem i dostarcza użytkownikowi treść. Równocześnie CDN buforuje pliki na określony czas i wszystkie kolejne żądania obsługuje z własnej pamięci podręcznej. Opcjonalnie potrafią także wstępnie ładować pliki z serwera źródłowego, ustawiać czas przechowywania pamięci podręcznej, kompresować duże pliki i wiele więcej. W idealnej sytuacji, host przekazuje cały ruch do węzła CDN, który wykorzystuje własne zasoby do dostarczania treści użytkownikom. Naturalnie efektywne buforowanie informacji oraz rozdzielanie żądań nie na jeden serwer, a na sieć, prowadzi do bardziej zrównoważonego obciążenia ruchem.

Drugą istotną cechą działania CDN jest zmniejszenie opóźnień w przesyłaniu danych (tzw. RTT – round trip time). Nawiązanie połączenia TCP, przesyłanie multimediów, plików JS, uruchomienie sesji TLS – wszystko to zależy od ping. Oczywiste jest, że im bliżej źródła się znajdujesz, tym szybciej otrzymasz od niego odpowiedź. Nawet prędkość światła ma swoje ograniczenia: około 200 tysięcy km/s w światłowodzie. Oznacza to, że z Moskwy do Waszyngtonu opóźnienie wyniesie około 75 ms w RTT, bez uwzględnienia wpływu urządzeń pośredniczących.

Aby lepiej zrozumieć, jakie zadania realizują sieci dystrybucji treści, przedstawiamy listę aktualnych rozwiązań:

• Google, Yandex, MaxCDN (korzystają z bezpłatnych CDN do dystrybucji bibliotek JS, mają ponad 90 punktów obecności w większości krajów świata);
• Cloudinary, Cloudimage, Google (usługi i biblioteki optymalizacji klienta: obrazy, wideo, czcionki itp.);
• Jetpack, Incapsula, Swarmify itp. (optymalizacja zasobów w systemach zarządzania treścią: bitrix, wordpress itp.);
• CDNVideo, StackPath, NGENIX, MegaFon (CDN do dystrybucji statycznych treści, używane jako sieci ogólnego przeznaczenia);
• Imperva, Cloudflare (rozwiązania przyspieszające ładowanie stron internetowych).

Pierwsze 3 typy CDN z przedstawionej listy są przeznaczone do przesyłania tylko części ruchu z głównego serwera. Pozostałe 2 wykorzystuje się jako pełnoprawne serwery proxy z pełnym przesyłem kanałów z hosta źródłowego.

Komu i jakie korzyści niesie ze sobą ta technologia

Teoretycznie każda strona internetowa sprzedająca swoje towary/usługi klientom biznesowym lub prywatnym (B2B lub B2C) może zyskać na wdrożeniu CDN. Ważne, aby jej docelowa grupa odbiorców, tzn. baza użytkowników, znajdowała się poza ich lokalizacją geograficzną. Ale nawet jeśli tak nie jest, sieci dystrybucji pomogą w równoważeniu obciążenia przy dużych ilościach treści.

Nie jest tajemnicą, że do zapełnienia serwerowego łącza wystarczy kilka tysięcy strumieni. W związku z tym transmitowanie wideo na szeroką skalę nieuchronnie prowadzi do wąskiego gardła – przepustowości łącza internetowego. To samo można zaobserwować, gdy na stronie znajduje się wiele małych, niepołączonych obrazków (na przykład miniaturki produktów). Serwer źródłowy używa jedno połączenie TCP do obsługi dowolnej liczby żądań, co powoduje kolejkowanie obciążenia. Dodanie CDN wiąże się z koniecznością rozdzielenia żądań na kilka domen i wykorzystania kilku połączeń TCP, co odciąża łącze. A wzór opóźnienia okrężnego, nawet w najgorszych warunkach, daje wartość 6-7 RTT i przyjmuje postać: TCP+TLS+DNS. Do tego należy również uwzględnić opóźnienia związane z aktywacją radiokanalu na urządzeniu oraz przesyłaniem sygnału do stacji komórkowych.

Podsumowując mocne strony technologii dla biznesu w internecie, specjaliści wyróżniają następujące punkty:

1. Szybkie skalowanie infrastruktury + zmniejszona przepustowość. Więcej serwerów = więcej punktów, w których przechowywane są informacje. W rezultacie jeden punkt przetwarza mniejsze ilości ruchu w jednostce czasu, co oznacza, że może mieć mniejszą przepustowość. Dodatkowo w grę wchodzą narzędzia optymalizacyjne, które pozwalają radzić sobie z szczytowymi obciążeniami bez utraty czasu.
2. Mniejsze opóźnienia. Już wcześniej wspominaliśmy, że ludzie nie lubią długo czekać w internecie. Dlatego wysokie opóźnienia przyczyniają się do wysokiego wskaźnika odrzuceń. Opóźnienia mogą być spowodowane problemami z przetwarzaniem danych na serwerze, używaniem starego sprzętu lub po prostu nieprzemyślaną topologią sieci. Większość z tych problemów w pewnym stopniu rozwiązują sieci dostarczania treści. Chociaż ważne jest, aby zaznaczyć, że rzeczywista korzyść z wdrożenia technologii będzie widoczna tylko wtedy, gdy „ping użytkownika” przekroczy 80-90 ms, co odpowiada odległości z Moskwy do Nowego Jorku.

   

3. Bezpieczeństwo danych. Ataki DDoS (atak typu „odmowa usługi”) mają na celu zakłócenie pracy serwera w celu uzyskania jakiejkolwiek korzyści. Jeden serwer jest znacznie bardziej podatny na luki w bezpieczeństwie informacji niż rozproszona sieć (zaatakowanie infrastruktury takiego giganta jak CloudFlare to niełatwe zadanie). Dzięki zastosowaniu filtrów i mądremu rozdzieleniu zapytań w sieci można bez problemu zapobiec sztucznie stworzonym trudnościom z dostępem do legalnego ruchu.
4. Szybkie rozpowszechnianie treści i dodatkowe funkcje usługowe. Rozdzielenie dużych zbiorów informacji w sieci serwerowej pozwoli szybciej dotrzeć do końcowego konsumenta. Przykładów nie trzeba szukać daleko – wystarczy wspomnieć Amazon i AliExpress.
5. Możliwość „zamaskowania” problemów z główną stroną. Nie trzeba czekać na aktualizację DNS, można przekierować ją na nową lokalizację, udostępniając wcześniej zbuforowaną treść. To z kolei może poprawić odporność na awarie.

Z przywilejami się zapoznaliśmy. Teraz rozważmy, jakie nisze na tym skorzystają.

Biznes reklamowy

Reklama to motor postępu. Aby silnik nie się przegrzał, trzeba go obciążać w odpowiednich dawkach. Tak samo biznes reklamowy, starając się sprostać współczesnemu cyfrowemu światu, napotyka problemy „ciężkiej treści”. Pod ciężką treścią rozumiemy reklamy multimedialne (głównie animowane banery i filmy wideo), które wymagają wysokiej przepustowości sieci. Strona internetowa z multimediami ładowana jest długo i może zawiesić się, sprawdzając cierpliwość użytkowników. Większość rezygnuje z takich zasobów jeszcze przed pełnym załadowaniem dostępnych informacji. Agencje reklamowe mogą wykorzystać zalety CDN w rozwiązaniu tych problemów.

Sprzedaż

E-commerce potrzebuje stałego zwiększania zasięgu geograficznego. Kolejną istotną kwestią jest walka z konkurencją, której w każdym segmencie rynku jest pod dostatkiem. Jeśli strona internetowa nie spełnia oczekiwań użytkowników (w tym ładowanie trwa zbyt długo), nie zdobędzie popularności i nie będzie w stanie zapewnić stabilnie wysokiej konwersji. Wdrożenie CDN powinno pokazać swoje zalety przy przetwarzaniu zapytań o dane z różnych lokalizacji. Ponadto rozkładanie ruchu pomoże zapobiec jego skokom i związanym z tym awariom serwera.

Platformy z treściami rozrywkowymi

Tutaj pasują wszelkiego rodzaju platformy rozrywkowe, od pobierania filmów i gier po transmisje wideo na żywo. Mimo że technologia działa ze statyką, dane strumieniowe mogą szybciej docierać do użytkowników dzięki retranslatory. Ponownie, cache'owanie informacji CDN jest ratunkiem dla właścicieli dużych portali – magazynów multimedialnych.

Gry online

Gry internetowe należy wyodrębnić jako osobny punkt. Jeśli reklama wymaga dużych przepustowości, to projekty online są jeszcze bardziej wymagające w zakresie zasobów. Dostawcy stają przed problemem, który ma dwa aspekty: prędkość dostępu do serwerów + zapewnienie wysokiej wydajności gier z piękną grafiką. CDN dla gier online to możliwość posiadania tak zwanych „stref push”, w których deweloperzy mogą przechowywać gry na serwerach znajdujących się blisko użytkowników. Dzięki temu zmniejsza się wpływ prędkości dostępu do serwera źródłowego, a to z kolei zapewnia komfortową rozgrywkę wszędzie.

Dlaczego CDN to nie panaceum

Pomimo oczywistych zalet, nie wszyscy i nie zawsze dążą do wdrożenia tej technologii w swoim biznesie. Dlaczego tak się dzieje? Jak to nieparadoksalne, niektóre wady wynikają z zalet, a dodatkowo do tego dochodzi jeszcze kilka punktów związanych z wdrożeniem sieci. Marketerzy pięknie opowiedzą o wszystkich zaletach technologii, zapominając wspomnieć, że wszystkie one tracą sens w szerokim zakresie warunków. Jeśli bliżej przyjrzeć się wadom CDN, warto wyróżnić:

• Pracuje tylko ze statyką. Tak, większość nowoczesnych stron internetowych ma niski procent treści dynamicznej. Ale tam, gdzie strony są spersonalizowane, CDN nie może pomóc (chyba że odciąży dużą ilość ruchu);
• Opóźnienie cachowania. Sama optymalizacja jest jednym z głównych atutów sieci dystrybucyjnych. Jednak przy wprowadzaniu zmian na serwerze źródłowym upływa czas, zanim CDN je ponownie zbuforuje na wszystkich swoich serwerach;
• Masowe blokady. Jeśli z jakiegoś powodu zablokowany zostanie adres IP CDN, to zamykają się wszystkie strony, które są na nim umieszczone;
• W większości przypadków przeglądarka nawiązuje dwa połączenia (z serwerem źródłowym i CDN). A to oznacza dodatkowe milisekundy oczekiwania;
• Przywiązanie do adresu IP projektów (w tym nieistniejących), które wcześniej były do niego przypisane. W rezultacie uzyskujemy skomplikowaną klasyfikację od robotów wyszukiwarek Google i trudności w wypromowaniu strony na szczyt w SEO;
• Węzeł CDN to potencjalny punkt awarii. Jeśli je wykorzystujemy, ważne jest, aby z wyprzedzeniem zrozumieć, jak zorganizowana jest routowanie systemu i jakie błędy mogą wystąpić podczas pracy ze stroną;
• Nie da się ukryć, ale za usługi dostarczania treści trzeba płacić. Ogólnie rzecz biorąc, koszty są proporcjonalne do objętości ruchu, co oznacza, że może być potrzebna kontrola w celu zaplanowania budżetu.

Nie mniej ważny fakt: nawet bliskość CDN do użytkownika nie gwarantuje niskiego pinga. Budowa trasy może się odbywać od klienta do hosta znajdującego się w innym kraju lub nawet na innym kontynencie. Zależy to od polityki routingu konkretnej sieci i jej relacji z operatorami sieciowymi (peering). Wielu dużych dostawców CDN ma kilka taryf, gdzie cena bezpośrednio wpływa na bliskość punktu obecności przy przesyłaniu treści do docelowych użytkowników.

Są możliwości – uruchom własny CDN

Nie podoba Ci się polityka firm świadczących usługi sieci dystrybucji treści, ale biznes potrzebuje rozszerzenia? Jeśli są możliwości, to czemu nie spróbować uruchomić własnego CDN. Ma to sens w następujących sytuacjach:

• Bieżące wydatki na dystrybucję treści nie spełniają oczekiwań i nie są ekonomicznie uzasadnione;
• Potrzebny jest stały cache, bez sąsiedztwa z innymi stronami na serwerze i kanale;
• Docelowa publiczność znajduje się w regionie, gdzie nie ma dostępnych punktów obecności CDN;
• Konieczność personalizacji ustawień przy dostarczaniu treści;
• Wymagana jest przyspieszona dostawa treści dynamicznych;
• Podejrzenia o naruszenie prywatności użytkowników oraz innych nielegalnych działań ze strony zewnętrznych usług;

Uruchomienie CDN wymaga od Ciebie posiadania nazwy domeny, kilku serwerów w różnych regionach (wirtualnych lub dedykowanych) oraz narzędzia do przetwarzania zapytań. Nie zapominaj o instalacji certyfikatów SSL, konfiguracji oraz edytowaniu programów do dostarczania statycznej treści (Nginx lub Apache), a także o efektywnym monitorowaniu całego systemu.

Poprawne skonfigurowanie proxy cache'ujących jest tematem osobnego artykułu, dlatego tutaj nie będziemy szczegółowo opisywać, gdzie i jaki parametr należy ustawić. Biorąc pod uwagę początkowe wydatki i czas na rozwinięcie sieci, korzystanie z gotowych rozwiązań może być bardziej perspektywiczne. Należy kierować się obecnymi trendami i planowaniem na kilka kroków naprzód.

Co z tego wynika

CDN to zestaw dodatkowych zasobów do retransmisji Twojego ruchu do szerokiego grona. Czy są potrzebne w biznesie internetowym? Tak i nie, wszystko zależy od tego, na jaką publiczność jest skierowana treść oraz jakie cele ma właściciel firmy.

Projekty regionalne i wyspecjalizowane będą miały więcej minusów niż plusów z wprowadzenia CDN. Zapytania będą wciąż przychodzić najpierw na serwer źródłowy, ale już przez pośrednika. Stąd wątpliwe zmniejszenie pingu, ale całkiem konkretne comiesięczne wydatki na korzystanie z usługi. Przy posiadaniu dobrego sprzętu sieciowego można swobodnie ulepszać istniejące algorytmy bezpieczeństwa informacji, umieszczać swoje serwery bliżej użytkowników i uzyskiwać optymalizacje i korzyści bez dodatkowych kosztów na stałe.

Firmy, które naprawdę powinny rozważyć serwery pośredniczące, to duże przedsiębiorstwa, których infrastruktura nie radzi sobie z ciągle rosnącym ruchem. CDN doskonale sprawdza się jako technologia umożliwiająca szybkie wdrożenie sieci na szeroką geograficznie skalę użytkowników, zapewnienie komfortowej gry w chmurze lub sprzedaż towarów na dużej platformie handlowej.

Jednak nawet przy szerokiej geografii odbiorców ważne jest, aby z wyprzedzeniem zrozumieć, do czego dokładnie potrzebne są sieci dystrybucji treści. Przyspieszenie strony wciąż pozostaje złożonym zadaniem, które w magiczny sposób nie rozwiązują wdrożenia CDN. Nie można zapominać o takich ważnych funkcjach, jak: wieloplatformowość, adaptacyjność, optymalizacja części serwerowej, kodu, renderingu itd. Wstępny audyt techniczny i odpowiednie działania mające na celu usunięcie problemów wciąż są optymalnym rozwiązaniem dla każdego projektu internetowego, niezależnie od jego kierunku i skali.

Reklama

Aktualnie możesz zamówić wydajne serwery, które korzystają z najnowszych procesorów AMD Epyc. Elastyczne plany — od 1 rdzenia CPU do oszałamiających 128 rdzeni CPU, 512 GB RAM, 4000 GB NVMe.

Źródło: habr.com