Många har säkert hört talas om Anycast. I denna metod för nätverksadressering och routing tilldelas en enda IP-adress till flera servrar i ett nätverk. Dessa servrar kan till och med placeras i datacenter på avstånd från varandra. Tanken med Anycast är att, beroende på platsen för förfrågningskällan, data skickas till närmaste (enligt nätverkstopologin, mer exakt, BGP-routingprotokollet) server. På så sätt kan du minska antalet nätverkshopp och latens.
I huvudsak annonseras samma rutt från flera datacenter runt om i världen. Således kommer klienter att skickas till "bästa" och "närmast" baserat på BGP-rutter, datacentret. Varför Anycast? Varför använda Anycast istället för Unicast?
Unicast är verkligen lämplig för en webbplats med en webbserver och en måttlig mängd trafik. Men om en tjänst har miljontals prenumeranter använder den vanligtvis många webbservrar, var och en med samma IP-adress. Dessa servrar distribueras geografiskt för att betjäna förfrågningar optimalt.
I det här scenariot kommer Anycast att förbättra prestanda (trafik skickas till användaren med minimal fördröjning), säkerställa tjänstens tillförlitlighet (tack vare backupservrar) och lastbalansering - routing till flera servrar kommer effektivt att fördela belastningen mellan dem, vilket förbättrar hastigheten av webbplatsen.
Operatörer erbjuder sina kunder olika typer av lastbalansering baserat på Anycast och DNS. Klienter kan ange IP-adresser till vilka förfrågningar kommer att skickas baserat på den geografiska platsen för webbplatsen. Detta gör det möjligt att distribuera användarförfrågningar mer flexibelt.
Anta att det finns flera sajter mellan vilka du behöver fördela belastningen (användare), till exempel en webbutik med 100 000 förfrågningar per dag eller en populär blogg. För att begränsa den region från vilken användare kommer åt en specifik webbplats kan du använda alternativet Geo Community. Det låter dig begränsa den region inom vilken operatören kommer att annonsera rutten.
Anycast och Unicast: skillnader
Anycast används ofta i applikationer som DNS (Domain Name System) och CDN (Content Delivery Networks), vilket möjliggör routingbeslut som förbättrar nätverkets prestanda. Innehållsleveransnätverk använder Anycast eftersom de hanterar stora trafikvolymer, och Anycast ger ett antal fördelar i det här fallet (mer om dem nedan). I DNS låter Anycast dig avsevärt öka nivån på tillförlitlighet och feltolerans för tjänsten.
I Anycast IP, när du använder BGP, finns det flera rutter till en specifik värd. Dessa är faktiskt kopior av värdar i flera datacenter, som används för att upprätta anslutningar med lägre latens.
Så i ett Anycast-nätverk annonseras samma IP-adress från olika platser, och nätverket bestämmer vart användarens begäran ska dirigeras baserat på "kostnaden" för rutten. Till exempel används BGP ofta för att bestämma den kortaste vägen för dataöverföring. När en användare skickar en Anycast-förfrågan bestämmer BGP den bästa rutten för tillgängliga Anycast-servrar på nätverket.
Fördelar med Anycast
Minska latensen
System med Anycast kan minska latensen vid behandling av användarförfrågningar eftersom de tillåter dig att ta emot data från närmaste server. Det vill säga, användare kommer alltid att ansluta till den "närmaste" (ur ett routingprotokollsynpunkt) DNS-server. Som ett resultat minskar Anycast interaktionstiden genom att minska nätverksavståndet mellan klienten och servern. Detta minskar inte bara latensen utan ger också lastbalansering.
Скорость
Eftersom trafik dirigeras till närmaste nod och latensen mellan klienten och noden minskar, blir resultatet optimerad leveranshastighet, oavsett var klienten begär information ifrån.
Ökad stabilitet och feltolerans
Om flera servrar runt om i världen använder samma IP, kommer trafiken att omdirigeras till närmaste server om en av servrarna misslyckas eller kopplas bort. Som ett resultat gör Anycast tjänsten mer motståndskraftig och ger bättre nätverksåtkomst/latens/hastighet.
Således, genom att ha flera servrar ständigt tillgängliga för användarna, förbättrar till exempel Anycast DNS-stabiliteten. Om en nod misslyckas kommer användarförfrågningar att omdirigeras till en annan DNS-server utan manuellt ingripande eller omkonfigurering. Anycast ger praktiskt taget transparent byte till andra webbplatser genom att helt enkelt ta bort rutterna för den problematiska webbplatsen.
Lastbalansering
I Anycast är nätverkstrafiken fördelad över olika servrar. Det vill säga, den fungerar som en lastbalanserare, vilket förhindrar att någon enskild server tar emot huvuddelen av trafiken. Lastbalansering kan användas till exempel när det finns flera nätverksnoder på samma geografiska avstånd från förfrågningskällan. I detta fall fördelas belastningen mellan noderna.
Minska effekten av DoS-attacker
En annan funktion hos Anycast är dess DDoS-motstånd. Det är osannolikt att DDoS-attacker kommer att kunna få ner ett Anycast-system, eftersom de skulle behöva överväldiga alla servrar i ett sådant nätverk med en lavin av förfrågningar.
DDoS-attacker använder ofta botnät, som kan generera så mycket trafik att det överbelastas den attackerade servern. Fördelen med att använda Anycast i den här situationen är att varje server kan "absorbera" en del av attacken, vilket minskar belastningen på just den servern. En överbelastningsattack kommer troligen att lokaliseras till servern och kommer inte att påverka hela tjänsten.
Hög horisontell skalbarhet
Anycast-system är väl lämpade för tjänster med stora trafikvolymer. Om en tjänst som använder Anycast kräver nya servrar för att hantera ökad trafik, kan nya servrar läggas till nätverket för att hantera det. De kan placeras på nya eller befintliga webbplatser.
Om en viss plats upplever en stor ökning av trafiken hjälper det att lägga till en server att balansera belastningen för den webbplatsen. Att lägga till en server på en ny plats kommer att minska väntetiderna genom att skapa en ny kortaste väg för vissa användare. Båda metoderna hjälper också till att förbättra tjänstens stabilitet när nya servrar blir tillgängliga på nätverket. På så sätt, om en server är överbelastad, kan du helt enkelt distribuera en annan på en plats som tillåter den att acceptera en del av den överbelastade serverns förfrågningar. Detta kräver ingen konfiguration från klienternas sida.
Endast på detta sätt kan terabitar av trafik och ett mycket stort antal användare betjänas när servern bara har några 10 eller 25 Gbps portar. 100 värdar med en IP-adress kommer att göra det möjligt att bearbeta trafikvolymer i terabit.
Enkel konfigurationshantering
Som nämnts ovan är en intressant användning av Anycast DNS. Du kan placera flera olika DNS-servrar på nätverksnoder, men använd en DNS-adress. Beroende på var källan finns dirigeras förfrågningar till närmaste nod. Detta ger viss trafikbalansering och redundans i händelse av ett DNS-serverfel. På så sätt, istället för att konfigurera olika DNS-servrar beroende på var de finns, kan konfigurationen av en DNS-server spridas till alla noder.
Anycast-nätverk kan konfigureras för att dirigera förfrågningar inte bara baserat på avstånd, utan också på parametrar som närvaron av en server, antalet etablerade anslutningar. eller svarstid.
Inga speciella servrar, nätverk eller speciella komponenter krävs på klientsidan för att använda Anycast-teknik. Men Anycast har också sina baksidor. Man tror att implementeringen är en komplex uppgift som kräver ytterligare utrustning, pålitliga leverantörer och korrekt trafikdirigering.
Långt från ren källa till skönhet
Även om Anycast dirigerar användare baserat på minst hopp, betyder detta inte nödvändigtvis den lägsta latensen. Latens är ett mer komplext mått eftersom det kan vara högre för en övergång än för tio.
Exempel: Interkontinental kommunikation kan involvera ett enda hopp med mycket hög latens.
Anycast används främst för UDP-baserade tjänster som DNS. Användarförfrågningar dirigeras till "bästa" och "närmaste" datacenter baserat på BGP-rutter.
Exempel: En DNS-klientarbetsstation med Anycast DNS IP-adress 123.10.10.10 utför DNS-upplösning till den närmaste av tre DNS-namnservrar som distribueras med samma Anycast IP-adress. Om router R1 eller server A misslyckas, kommer DNS-klientpaket automatiskt att vidarebefordras till nästa närmaste DNS-server via routrarna R2 och R3. Dessutom kommer rutten till vår server A att tas bort från routingtabellerna, vilket förhindrar ytterligare användning av den namnservern.
Implementeringsscenarier
Det finns två allmänna scheman som används för att bestämma vilken server en användare ansluter till:
- Anycast nätverkslager. Ansluter användaren till närmaste server. Nätverksvägen från användaren till servern är viktig här.
- Applikationsnivå anycast. Detta schema har mer beräknade mätvärden, inklusive servertillgänglighet, svarstid, antal anslutningar, etc. Detta beror på en extern monitor som tillhandahåller nätverksstatistik.
CDN baserat på Anycast
Låt oss nu återgå till att använda Anycast i innehållsleveransnätverk. Anycast är verkligen ett intressant nätverkskoncept och vinner ökande acceptans bland nästa generations CDN-leverantörer.
CDN är ett distribuerat nätverk av servrar som levererar innehåll till slutanvändare med hög tillgänglighet och låg latens. Nätverk för leverans av innehåll spelar en viktig roll idag som ryggraden i många onlinemedietjänster, och konsumenter är allt mindre toleranta mot långsamma nedladdningshastigheter. Video- och röstapplikationer är särskilt känsliga för nätverksjitter och latens.
Ett CDN kopplar alla servrar till ett nätverk och säkerställer snabbare laddning av innehåll. Ibland går det att minska användarens väntetid med 5-6 sekunder. Syftet med ett CDN är att optimera leveransen genom att servera innehåll från den server som är närmast slutanvändaren. Detta är väldigt likt Anycast, där den närmaste servern väljs baserat på slutanvändarens plats. Det verkar som att varje CDN-tjänsteleverantör skulle använda Anycast som standard, men i verkligheten är det inte så.
Applikationer som använder protokoll som HTTP/TCP är beroende av att anslutningen upprättas. Om en ny Anycast-nod väljs (till exempel på grund av ett serverfel) kan tjänsten avbrytas. Det är därför Anycast tidigare rekommenderades för anslutningslösa tjänster som UDP och DNS. Anycast fungerar dock också bra för anslutningsorienterade protokoll, till exempel fungerar TCP bra i Anycast-läge.
Vissa CDN-leverantörer använder Anycast-baserad routing, andra föredrar DNS-baserad routing: den närmaste servern väljs baserat på var användarens DNS-server finns.
Hybrid- och multidatacenterinfrastrukturer är ett annat exempel på användningen av Anycast. IP-adressen för lastbalansering som tas emot från leverantören låter dig fördela belastningen mellan IP-adresserna för olika klienttjänster i leverantörens datacenter. Tack vare vilken enhetsteknik som helst ger den bättre prestanda under tung trafik, feltolerans och hjälper till att optimera svarstiden när man har att göra med ett stort antal användare.
I hybrid infrastruktur för multidatacenter kan du distribuera trafik över servrar eller till och med virtuella maskiner på dedikerade servrar.
Det finns alltså ett enormt urval av tekniska lösningar för att bygga infrastruktur. Du kan också konfigurera lastbalansering över IP-adresser över flera datacenter, inrikta dig på vilken enhet som helst i en grupp för att optimera webbplatsens prestanda.
Du kan distribuera trafik enligt dina egna regler och definiera "vikten" för var och en av de distribuerade servrarna i varje datacenter. Denna konfiguration är särskilt användbar när det finns en distribuerad serverpark och prestanda för tjänster är ojämn. Detta kommer att tillåta trafik att distribueras oftare för att förbättra serverns prestanda.
För att skapa ett övervakningssystem med ping-kommandot är det möjligt att konfigurera sonder. Detta gör att administratören kan definiera sina egna övervakningsprocedurer och få en tydligare bild av statusen för varje komponent i infrastrukturen. På så sätt kan tillgänglighetskriterier definieras.
Det är möjligt att bygga en hybridinfrastruktur: ibland är det bekvämt att lämna backoffice i företagsnätverket och lägga ut gränssnittsdelen till leverantören.
Det är möjligt att lägga till SSL-certifikat för lastbalansering, kryptering av överförda data och säkerhet för kommunikation mellan webbplatsbesökare och företagsinfrastruktur. Vid lastbalansering mellan datacenter kan även SSL användas.
Anycast-tjänst med adressbelastningsbalansering kan erhållas från din leverantör. Den här funktionen hjälper till att förbättra hur användare interagerar med appar baserat på plats. Det räcker med att meddela vilka tjänster som finns tillgängliga i datacentret, så kommer trafiken att omdirigeras till närmaste infrastruktur. Om det finns dedikerade servrar, till exempel i Frankrike eller Nordamerika, kommer klienter att dirigeras till närmaste server i nätverket.
Ett av alternativen för att använda Anycast är det optimala valet av en operatörs närvaropunkt (PoP). Låt oss ge . LinkedIn (blockerad i Ryssland) strävar inte bara efter att förbättra prestandan och hastigheten för sina produkter – mobil- och webbapplikationer, utan också att förbättra sin nätverksinfrastruktur för snabbare innehållsleverans. För denna dynamiska innehållsleverans använder LinkedIn aktivt PoPs – points of presence. Anycast används för att dirigera användare till närmaste PoP.
Anledningen är att i Unycasts fall har varje LinkedIn PoP en unik IP-adress. Användare tilldelas sedan till PoP baserat på deras geografiska plats med hjälp av DNS. Problemet är att när man använder DNS omdirigerades cirka 30 % av användarna i USA till en suboptimal PoP. Med den stegvisa implementeringen av Anycast minskade suboptimala PoP-tilldelningar från 31 % till 10 %.
Resultaten av pilottestet visas i grafen, där Y-axeln är procentandelen av optimal PoP-tilldelning. När Anycast ökade, såg många delstater i USA en förbättring av andelen trafik mot den optimala PoP.
Anycast nätverksövervakning
Anycast-nätverk är enkla i teorin: flera fysiska servrar tilldelas samma IP-adress, som BGP använder för att bestämma rutten. Men implementeringen och designen av Anycast-plattformar är komplex, och feltoleranta Anycast-nätverk är särskilt kända för detta. Ännu mer utmanande är att effektivt övervaka ett Anycast-nätverk för att snabbt identifiera och isolera fel.
Om tjänster använder en tredje parts CDN-leverantör för att leverera sitt innehåll, är det mycket viktigt för dem att övervaka och verifiera nätverkets prestanda. Anycast-baserad CDN-övervakning fokuserar på att mäta end-to-end latens och näst sista hoppprestanda för att förstå vilket datacenter som betjänar innehållet. Att analysera HTTP-serverhuvuden är ett annat sätt att avgöra var data kommer ifrån.
Exempel: HTTP-svarsrubriker som anger platsen för CDN-servern.
Till exempel använder CloudFlare sin egen CF-Ray-header i HTTP-svarsmeddelanden, som inkluderar en indikation på det datacenter som begäran gjordes till. När det gäller Zendesk är CF-Ray-huvudet för Seattle-regionen CF-RAY: 2a21675e65fd2a3d-SEA, och för Amsterdam är det CF-RAY: 2a216896b93a0c71-AMS. Du kan också använda HTTP-X-rubriker från HTTP-svaret för att avgöra var innehållet finns.
Andra adresseringsmetoder
Det finns andra adresseringsmetoder för att dirigera användarförfrågningar till en specifik nätverksändpunkt:
unicast
Det mesta av internet idag använder denna metod. Unicast - unicast-överföring, IP-adressen är associerad med endast en specifik nod på nätverket. Detta kallas en-till-en-matchning.
multicast
Multicast använder en en-till-många- eller många-till-många-relation. Multicast tillåter att en begäran från en avsändare skickas samtidigt till olika utvalda slutpunkter. Detta ger klienten möjlighet att ladda ner en fil i bitar från flera värdar samtidigt (vilket är användbart för att strömma ljud eller video). Multicast förväxlas ofta med Anycast, men den största skillnaden är att Anycast dirigerar avsändaren till en specifik nod, även om flera noder är tillgängliga.
Broadcast
Ett datagram från en enda avsändare vidarebefordras till alla slutpunkter som är associerade med sändningsadressen. Nätverket replikerar automatiskt datagram för att kunna nå alla mottagare i sändningen (vanligtvis på samma subnät).
Geocast
Geocast påminner något om Multicast: förfrågningar från avsändaren skickas till flera slutpunkter samtidigt. Skillnaden är dock att adressaten bestäms av dess geografiska läge. Detta är en specialiserad form av multicast som används av vissa routingprotokoll för mobila ad hoc-nätverk.
En geografisk router beräknar sitt serviceområde och approximerar det. Georouter, byta serviceytor, bygga routingtabeller. Georoutersystemet har en hierarkisk struktur.
Unicast, Multicast och Broadcast.
Att använda Anycast-teknik ökar nivån på tillförlitlighet, feltolerans och säkerhet för DNS. Med denna teknik erbjuder operatörer sina kunder tjänster för olika typer av lastbalansering baserad på DNS. I kontrollpanelen kan du ange IP-adresser som förfrågningar ska skickas till beroende på geografisk plats. Detta kommer att ge kunderna möjlighet att distribuera användarförfrågningar mer flexibelt.
Vissa operatörer implementerar ruttövervakningsfunktioner vid varje närvaropunkt (POP): systemet analyserar automatiskt de kortaste lokala och globala rutterna för närvaropunkter och dirigerar dem genom de geografiska platserna med lägst latens utan stilleståndstid.
För tillfället är Anycast den mest stabila och pålitliga lösningen för att bygga höglastade DNS-tjänster, som har höga krav på stabilitet och tillförlitlighet.
.ru-domänen stöder 35 Anycast DNS-servrar, grupperade i 20 noder, fördelade på fem Anycast-moln. I detta fall används principen om konstruktion baserad på geografiska egenskaper, d.v.s. Geocast. När du placerar DNS-noder är det tänkt att de kommer att flyttas till geografiskt spridda platser nära de mest aktiva användarna, den maximala koncentrationen av ryska leverantörer vid den punkt där noden är belägen, samt tillgången till ledig kapacitet och enkel interaktion med webbplatsen.
Hur bygger man ett CDN?
CDN är ett nätverk av servrar som påskyndar leveransen av innehåll till användarna. förenar alla servrar till ett nätverk och säkerställer snabbare innehållsladdning. Avståndet från servern till användaren spelar en viktig roll för laddningshastigheten.
CDN låter dig använda servrar som är närmast målgruppen. Detta minskar väntetiden och hjälper till att påskynda inläsningen av webbplatsinnehåll för alla besökare, vilket är särskilt viktigt för webbplatser med stora filer eller multimediatjänster. Typiska tillämpningar för CDN är e-handel och underhållning.
Nätverket av ytterligare servrar som skapas i CDN-infrastrukturen, som är placerade så nära användarna som möjligt, bidrar till en stabilare och snabbare dataleverans. Enligt statistik minskar användningen av ett CDN fördröjningen vid åtkomst till en webbplats med mer än 70 % jämfört med webbplatser utan ett CDN.
hur? Att sätta upp ett CDN med Anycasts egen lösning kan vara ett ganska dyrt projekt, men det finns billigare alternativ. Du kan till exempel använda GeoDNS och vanliga servrar med unika IP-adresser. Med hjälp av GeoDNS-tjänster kan du skapa ett CDN med geolokaliseringsmöjligheter, där beslut fattas baserat på den faktiska platsen för besökaren, snarare än platsen för DNS-upplösaren. Du kan konfigurera din DNS-zon för att visa amerikanska server-IP-adresser för amerikanska besökare, men europeiska besökare kommer att se den europeiska IP-adressen.
Med GeoDNS kan du returnera olika DNS-svar beroende på användarens IP-adress. För att göra detta är DNS-servern konfigurerad att returnera olika IP-adresser beroende på källans IP-adress i begäran. Vanligtvis används en GeoIP-databas för att bestämma den region från vilken en begäran görs. Geolokalisering med DNS låter dig skicka innehåll till användare från en närliggande webbplats.
GeoDNS bestämmer IP-adressen för klienten som skickade DNS-förfrågan, eller IP-adressen för leverantörens rekursiva DNS-server, som används vid bearbetning av klientförfrågan. Landet/regionen bestäms av klientens IP- och GeoIP-databas. Klienten får då IP-adressen till närmaste CDN-server. Du kan läsa mer om hur du ställer in GeoDNS.
Anycast eller GeoDNS?
Även om Anycast är ett bra sätt att leverera innehåll på global nivå, saknar det specificitet. Det är här GeoDNS kommer till undsättning. Den här tjänsten låter dig skapa regler som skickar användare till unika slutpunkter baserat på deras plats.
Exempel: Användare från Europa dirigeras till en annan slutpunkt.
Du kan också neka åtkomst till domäner genom att ignorera alla förfrågningar. Detta är i synnerhet ett snabbt sätt att skära bort inkräktare.
GeoDNS ger mer exakta svar än Anycast. Om i fallet med Anycast den kortaste rutten bestäms av antalet hopp, så sker i GeoDNS routing för slutanvändare beroende på deras fysiska plats. Detta minskar latensen och förbättrar noggrannheten när du skapar detaljerade routingregler.
När du navigerar till en domän kontaktar webbläsaren närmaste DNS-server, som beroende på domän utfärdar en IP-adress för att ladda sajten. Låt oss anta att en onlinebutik är populär i USA och Europa, men DNS-servrar för den är endast tillgängliga i Europa. Då kommer amerikanska användare som vill använda butikens tjänster att tvingas skicka en förfrågan till närmaste server, och eftersom det är väldigt långt borta kommer de att behöva vänta länge på ett svar - sidan laddas inte snabbt.
När en GeoDNS-server finns i USA kommer användarna redan åt den. Svaret kommer att vara snabbt, vilket kommer att påverka sajtens laddningshastighet.
I en situation med en befintlig DNS-server i USA, när en användare från USA navigerar till en viss domän, kommer han att kontakta närmaste server som kommer att tillhandahålla den nödvändiga IP-adressen. Användaren kommer att dirigeras till servern som innehåller webbplatsens innehåll, men eftersom servrarna med innehållet är långt borta kommer han inte att ta emot det snabbt.
Om du är värd för CDN-servrar i USA med cachad data kommer klientens webbläsare att skicka en förfrågan till närmaste DNS-server när den laddas, som skickar tillbaka den erforderliga IP-adressen. Webbläsaren med den mottagna IP-adressen kontaktar närmaste CDN-server och huvudservern, och CDN-servern serverar det cachade innehållet till webbläsaren. Medan det cachade innehållet laddas tas filerna som saknas för att ladda hela webbplatsen emot från huvudservern. Som ett resultat minskar laddningstiden för webbplatsen, eftersom mycket färre filer skickas från huvudservern.
Att bestämma den exakta platsen för en specifik IP-adress är inte alltid en lätt uppgift: det är många faktorer som spelar in, och ägarna av en rad IP-adresser kan besluta att marknadsföra den på andra sidan jorden (då måste du vänta på att databasen uppdateras för att få rätt plats). Ibland tilldelar VPS-leverantörer adresser som förmodas belägna i USA till VPS i Singapore.
Till skillnad från att använda Anycast-adresser sker distributionen under namnupplösning snarare än när man ansluter till cacheservern. Om den rekursiva servern inte stöder EDNS-klientsubnät, används platsen för den rekursiva servern istället för användaren som kommer att ansluta till cacheservern.
Klientundernät i DNS är en förlängning av DNS (RFC7871) som definierar hur rekursiva DNS-servrar kan skicka klientinformation till DNS-servern, särskilt nätverksinformation som GeoDNS-servern kan använda för att mer exakt bestämma klientens plats.
De flesta använder sin ISP:s DNS-servrar eller DNS-servrar som ligger geografiskt nära dem, men om någon i USA av någon anledning bestämmer sig för att använda en DNS-resolver som finns i Australien, kommer de sannolikt att få en IP-serveradress närmast Australien.
Om du vill använda GeoDNS är det viktigt att vara medveten om dessa funktioner, eftersom det i vissa fall kan öka avståndet mellan cachningsservrarna och klienten.
Sammanfattning: om du vill kombinera flera VPS till ett CDN, är det bästa distributionsalternativet att använda en DNS-serverbunt med GeoDNS + Anycast-funktionen direkt.
Källa: will.com