Кіріспе

Интернет экожүйесіндегі қиындықтарды шешетін қабат. Контент жеткізу желісі немесе контент тарату желісі (CDN) – прокси-серверлер мен олардың дерек орталықтарының географиялық тұрғыдан таратылған желісі. Мақсаты – қызметті соңғы пайдаланушыларға кеңістіктік жағынан жақындату арқылы жоғары қолжетімділік пен өнімділікті қамтамасыз ету. CDN 1990 жылдардың соңында Интернет адамдар мен кәсіпорындар үшін өте маңызды ортаға айнала бастаған кезде, Интернеттің өнімділік қиындықтарын жеңілдету құралы ретінде пайда болды. Содан бері CDN бүгінгі күні Интернет мазмұнының үлкен бөлігін қамтамасыз етеді, оның ішінде веб-объектілер (мәтін, графика және скрипттер), жүктеуге болатын объектілер (медиа файлдары, бағдарламалық қамтамасыз ету, құжаттар), қосымшалар (электрондық коммерция, порталдар), тікелей эфирдегі медиа, сұраныс бойынша медиа және әлеуметтік желілер сайттары. CDN – интернет экожүйесінің бір қабаты. Медиа компаниялар мен электрондық коммерция операторлары сияқты контент иелері өз контентін соңғы пайдаланушыларға жеткізу үшін CDN операторларына төлейді. Өз кезегінде CDN интернет-провайдерлерге (ISP), операторларға және желі операторларына өз дерек орталықтарында серверлерін орналастыру үшін төлейді. CDN – бейне ағындысы, бағдарламалық жасақтаманы жүктеу, веб және мобильді контентті жеделдету, лицензиялық/басқарылатын CDN, мөлдір кэш, CDN өнімділігін өлшеу, жүктемені теңестіру, бірнеше CDN-ге ауысу, талдау және бұлтты интеллект сияқты контент жеткізу қызметтерінің әртүрлі түрлерін қамтитын кең термин. CDN жеткізушілері қауіпсіздік, DDoS қорғанысы және веб-қосымшалардың қауіпсіздік қабырғасы (WAF) және WAN-ды оңтайландыру сияқты басқа салаларға көшуі мүмкін.

Технология

CDN түйіндері әдетте көптеген жерлерде, көбінесе бірнеше Интернет магистральдары арқылы орналастырылады. Бұған жолақтық кеңдігінің шығындарын азайту, беттерді жүктеу жылдамдығын арттыру және мазмұнның жаһандық қолжетімділігін жоғарылату сияқты артықшылықтары жатады. CDN құрамына кіретін түйіндер мен серверлердің саны архитектурасына байланысты өзгереді, кейбіреулері көптеген қашықтағы нүктелерде (PoP) ондаған мың сервері бар мыңдаған түйіндерге жетеді. Ал басқалары жаһандық желі құрып, географиялық PoP-тардың аз санын пайдаланады. Мазмұнға жасалған сұраулар әдетте алгоритмдік түрде қандай да бір жағынан оңтайлы түйіндерге бағытталады. Егер өнімділікті оңтайландыру мақсаты болса, пайдаланушыға мазмұнды жеткізу үшін ең қолайлы жерлер таңдалуы мүмкін. Бұл ең аз санды қадамдар, сұрау жіберген клиентке ең жақын желілік қашықтық немесе сервердің өнімділігі тұрғысынан ең жоғары қолжетімділік (қазіргі және тарихи деректер бойынша) арқылы өлшенуі мүмкін, бұл жергілікті желілер арқылы жеткізуді оңтайландыруға бағытталған. Егер шығындарды оңтайландыру мақсаты болса, керісінше, ең төмен бағалы жерлер таңдалуы мүмкін. Ең жақсы жағдайда, бұл екі мақсат үйлеседі, себебі желінің шетіндегі соңғы пайдаланушыға жақын орналасқан шеттік серверлер өнімділік немесе шығындар тұрғысынан артықшылыққа ие болуы мүмкін. Көптеген CDN провайдерлері өз қызметтерін әртүрлі, белгілі бір PoP жиынтығы арқылы ұсынады, бұл қажетті қамту деңгейіне байланысты, мысалы, АҚШ, Халықаралық, Әлемдік, Азия-Тынық мұхиты және т.б. болып табылады. PoP-тардың мұндай жиынтықтарын «шеттер», «шеттік түйіндер», «шеттік серверлер» немесе «шеттік желілер» деп атауға болады, өйткені олар CDN активтерінің соңғы пайдаланушыға ең жақын орналасқан бөлігі болып табылады.

Қауіпсіздік және жеке өмір

CDN провайдерлері өз желілерін пайдаланатын контент провайдерлерінен тікелей төлемдер алу арқылы немесе клиенттердің веб-сайттарына олардың браузерлерінде скрипттері жүктеліп жатқанда жиналатын пайдаланушы аналитикасы және деректерді бақылау арқылы табыс табады. Осы себепті, бұл қызметтер мінез-құлыққа бағытталған мақсаттар үшін жеке құпияны бұзу мүмкіндігі ретінде қарастырылып, ресурстарды бір бастаудан беру және кэштеуді қалпына келтіру үшін шешімдер әзірленуде. Атап айтқанда, CDN пайдаланатын веб-сайт Еуроодақтың Жалпы деректерді қорғау ережесін (GDPR) бұзуы мүмкін. Мысалы, 2021 жылы Германия соты университет веб-сайтында CDN пайдалануға тыйым салды, себебі бұл пайдаланушының IP-адресін CDN-ге жіберуге алып келді, бұл GDPR-ді бұзу болып табылады. JavaScript-ті жеткізіп отыратын CDN-дер оларды пайдаланатын беттерге қауіпті мазмұн енгізу үшін де мақсатқа алынған. Бетке жүктелетін скрипт мазмұны веб-сайт авторы көрсеткен хэшпен белгілі және шектелген болуын қамтамасыз ету үшін Субресурс тұтастығы механизмі құрылды.

Контентті желілеу әдістері

Интернет "соңғы нүктеден соңғы нүктеге" принципі бойынша құрылған. Бұл принцип негізгі желіні салыстырмалы түрде қарапайым ұстайды және интеллектіні мүмкіндігінше желінің соңғы нүктелеріне – хосттар мен клиенттерге – жылжытады. Нәтижесінде негізгі желі мамандандырылған, қарапайым және тек дерек пакеттерін жіберу үшін оңтайландырылған. Контент жеткізу желілері контентті жеткізуді оңтайландыруға арналған әдістерді қолданатын әртүрлі интеллектуалды қосымшаларды тарату арқылы соңғы нүктеден соңғы нүктеге тасымалдау желісін толықтырады. Соның салдарынан, тығыз интеграцияланған жамылғы веб-кэштеуді, серверлік жүктемені теңестіруді, сұрауды бағыттауды және контенттік қызметтерді пайдаланады. Веб-кэштер сұранысқа ие серверлерде танымал контентті сақтайды. Бұл ортақ желілік құрылғылар өткізу қабілетіне қойылатын талаптарды азайтады, серверлік жүктемені төмендетеді және кэште сақталған контентке клиенттің жауап беру уақытын жақсартады. Веб-кэштер пайдаланушылардың сұраныстары негізінде (кэштен тарту) немесе контенттік серверлерден таратылған алдын ала жүктелген контент негізінде (кэшті толтыру) толтырылады. Серверлік жүктемені теңестіру бір немесе бірнеше әдістерді пайдаланады, соның ішінде қызметке негізделген (жалпы жүктемені теңестіру) немесе аппараттық негізделген (яғни, 4-7 қабатты коммутаторлар, сондай-ақ веб-коммутатор, контенттік коммутатор немесе көп қабатты коммутатор) трафикті бірнеше серверлер немесе веб-кэштер арасында бөлу үшін. Мұнда коммутаторға бір виртуалды IP-адрес тағайындалады. Коммутаторға келіп түсетін трафик содан кейін коммутаторға қосылған нақты веб-серверлердің біріне бағытталады. Бұл жүктемені теңестіру, жалпы сыйымдылықты арттыру, масштабталуды жақсарту және сәтсіз веб-сервердің жүктемесін қайта бөлу және сервердің жұмыс жағдайын тексеру арқылы сенімділікті арттырудың артықшылығын береді. Контенттік кластер немесе қызмет торабы желідегі бірнеше серверлер немесе бірнеше веб-кэштердегі жүктемені теңестіру үшін 4-7 қабатты коммутаторды пайдаланып құрылуы мүмкін. Сұрауды бағыттау клиенттік сұрауларды сұрауды ең жақсы қамтамасыз ете алатын контент көзіне бағыттайды. Бұл клиенттік сұрауды клиентке ең жақын немесе ең көп сыйымдылығы бар қызмет торабына бағыттауды қамтиды. Сұрауды бағыттау үшін әртүрлі алгоритмдер қолданылады. Оларға Global Server Load Balancing, DNS негізіндегі сұрауды бағыттау, динамикалық метафайл жасау, HTML қайта жазу және кез келген тарату кіреді. Жақындықты – ең жақын қызмет торабын таңдауды – реактивті зондтау, проактивті зондтау және қосылыстарды бақылау сияқты әртүрлі әдістерді қолдана отырып бағалауға болады. Бұл қосымша серверлерді қосу үшін ашық стандартты ұсынады. Жақында анықталған және сенімді шешімді Open Pluggable Edge Services (OPES) протоколы ұсынады. Бұл архитектура OPES процессордың өзінде немесе Callout серверінде қашықтан орындалуы мүмкін OPES қызметтік қосымшаларын анықтайды. Edge Side Includes немесе ESI – бұл шеттік деңгейдегі динамикалық веб-контентті құрастыруға арналған шағын таңбалау тілі. Веб-сайттардың құрастырылған контентке ие болуы жиі кездеседі. Бұл каталогтар мен форумдар сияқты мазмұнның өзгеруінен немесе жекелендіруден болуы мүмкін. Бұл кэштеу жүйелері үшін қиындық туғызады. Осы мәселені шешу үшін компаниялар тобы ESI-ді құрды.

P2P CDN-лер

P2P контент жеткізу желілерінде клиенттер ресурстарды ұсынады және пайдаланады. Бұл клиент-сервер жүйелерінен өзгеше, контентке бағытталған желілер пайдаланушылар саны артқан сайын тиімдірек жұмыс істей алады (әсіресе Bittorrent сияқты, пайдаланушылардың контентті бөлісуін қажет ететін протоколдарда). Осы қасиет P2P желілерін пайдаланудың маңызды артықшылығы болып табылады, себебі бұл бастапқы контентті таратушы үшін құрылымдық және жұмыс істеу шығындарын едәуір төмендетеді.

Жеке CDN-лер

Егер контент иелері коммерциялық CDN қызметтерінің мүмкіндіктеріне немесе құнына қанағаттанбаса, олар өз CDN-ін құра алады. Бұл жеке CDN деп аталады. Жеке CDN тек иесіне ғана контент ұсынатын PoP (болғандық нүктелері) тұрады. Бұл PoP кэш серверлер, кері проксилер немесе қолданба жеткізу контроллерлері болуы мүмкін. Ол екі кэш серверінен де тұруы мүмкін. Ірі контент тарату желілері тіпті кэш орналасқан жерлерге контент көшірмелерін тарату үшін өздерінің жеке желілерін құрып, орнатуы мүмкін. Мұндай жеке желілер көбінесе қоғамдық желілермен бірге, жеке желінің сыйымдылығы жеткіліксіз болғанда немесе сыйымдылықты азайтатын қателіктер туғанда қосымша опция ретінде қолданылады. Бірдей контентті көптеген жерлерге тарату қажет болғандықтан, өткізу қабілетін азайту үшін әртүрлі көп тарату (мультикаст) техникаларын пайдалануға болады. Жеке желілерде қолданылатын желілік сыйымдылықты тиімдірек пайдалану үшін желілік жүктеме жағдайларына сәйкес көп тарату ағаштарын таңдау ұсынылған.

Телекоммуникациялық CDN-дің пайда болуы

Видео ағыны трафигінің қарқынды өсуі кеңжолақты провайдерлердің осы сұранысты қанағаттандыру және абоненттерді сақтап қалу үшін, оларға жеткілікті жақсы сапалы қызмет көрсету мақсатында, үлкен капиталдық шығындарға түсуіне себеп болады. Осы мәселені шешу үшін телекоммуникация операторлары желі магистраліна түсетін жүктемені азайту және инфрақұрылымға инвестицияларды қысқарту мақсатында өздерінің контент жеткізу желілерін іске қосуды бастады.

Telco CDN артықшылықтары

Телекоммуникациялық CDN-дер бейне мазмұны таратылатын желілерге ие болғандықтан, дәстүрлі CDN-дерге қарағанда артықшылықтары бар. Олар соңғы байланыс тізбегін (last mile) иеленеді және мазмұнды соңғы пайдаланушыға жақынрақ жеткізе алады, себебі ол олардың желілерінде терең кэште сақталуы мүмкін. Бұл терең кэштеу бейне деректерінің жалпы интернет арқылы жүретін қашықтығын қысқартады және оларды жылдамырақ әрі сенімді жеткізеді. Телекоммуникациялық CDN-дерде сондай-ақ баға бойынша артықшылық бар, өйткені дәстүрлі CDN-дер олардан өткізу қабілетін (bandwidth) жалға алады және оператордың үстемесін (margin) өздерінің баға моделіне қосуға мәжбүр. Сонымен қатар, телекоммуникациялық операторлар өздерінің мазмұн жеткізу инфрақұрылымын пайдалану арқылы өздерінің ресурстарын пайдалануды жақсырақ бақылай алады. CDN-дер жүзеге асыратын мазмұн басқару операциялары көбінесе желі туралы ақпаратсыз (немесе өте шектеулі) қолданылады (мысалы, топологиясы, жүктемесі және т.б.), олармен өзара әрекеттесетін немесе іскерлік қарым-қатынаста болатын телекоммуникациялық операторлар үшін. Бұл операциялар ресурстарды пайдалануға тигізетін әсеріне қарсы шектеулі мүмкіндіктерге ие телекоммуникациялық операторларға бірқатар қиындықтар туғызады. Керісінше, телекоммуникациялық CDN-дерді енгізу операторларға өздерінің мазмұн басқару операцияларын жүзеге асыруға мүмкіндік береді, бұл оларға өздерінің ресурстарын пайдалануды жақсырақ бақылауға және осылайша соңғы пайдаланушыларға қызмет көрсету сапасын және тәжірибесін жақсартуға мүмкіндік береді.

Федерацияланған CDN және ашық кэш

2011 жылдың маусым айында StreamingMedia.com TSP тобы өздерінің желілерін өзара байланыстыру және Akamai және Limelight Networks сияқты бүкіл әлемде кең таралған PoP-тары бар ірі дәстүрлі CDN-дермен тікелей бәсекелесу үшін Operator Carrier Exchange (OCX) құрғандығын хабарлады. Осылайша, телекоммуникациялық компаниялар Федерацияланған CDN ұсынысын құруда, бұл контент провайдері үшін контентті осы федерацияның біріккен аудиториясына жеткізуге ынталандырады. Жақын арада басқа телекоммуникациялық CDN федерациялары құрылуы мүмкін. Олар федерацияға жаңа телекоммуникациялық компаниялардың қосылуымен, олардың желілік мүмкіндіктерімен және интернет-абоненттерімен өседі. Streaming Media Alliance ұйымының Open Caching спецификациясы контент провайдеріне бірнеше CDN-ді үйлесімді түрде пайдалануға және осы API арқылы әрбір CDN провайдерін бірдей қарастыруға мүмкіндік беретін API жиынтығын анықтайды.

DNS кеңейту механизмдерін қолдану арқылы CDN өнімділігін жақсарту

[[Файл:Түпкі пайдаланушы картасының күнделікті орташа саяхат уақытына әсері. pdf|thumb|2014 жылғы сәуір айында CDN EDNS0 кеңейтуін іске қосқанда, жергілікті емес шешімдеушілері бар клиенттердегі кідіріс (RTT) ("жоғары") күрт төмендеді, ал жергілікті шешімдеушілері бар клиенттердің кідірісіне ешқандай өзгеріс ("төмен") енбеді. Көптеген елдерде жалпы қолданыстағы DNS шешімдеушілер кеңінен таралған, сондықтан клиенттер мен олардың рекурсивті DNS шешімдеушілері арасындағы орташа қашықтық мың шақырымға дейін жетеді. 2011 жылдың тамызында Google жетекшілігімен жетекші интернет-провайдерлерінің жаһандық консорциумы DNS шешімдеріне жауаптарды дәл локализациялауға бағытталған edns клиенттік желісі IETF Internet Draft-ты ресми түрде іске асырды. Бұл бастамаға Google Public DNS сияқты жетекші DNS қызметтерін ұсынатын және CDN қызметтерін ұсынатын бірнеше компания қатысады. EDNS0 клиенттік желісі EDNS0 опциясы арқылы CDN-дер DNS сұрауларын шешу кезінде сұрау тікелей келген клиенттің желісінің IP-мекенжайын пайдалана алады. Бұл тәсіл – түпкі пайдаланушы картасы деп аталады.