پردازش لبه

در این مقاله به بررسی پردازش لبه و کارکردهای آن در شبکه‌های توزیع محتوا می‌پردازیم. پردازش لبه نگاهی جدید برای شبکه‌های توزیع محتواست که هدف آن بهبود زمان پاسخ به درخواست‌های پردازشی و صرفه‌جویی در پهنای باند است. این رویکرد مکمل روال‌های توزیع در شبکه‌های توزیع محتوای گسترده قبلی می‌باشد.

چالش صرفه‌جویی در پهنای باند

از سال‌‎های اولیه گسترش اینترنت، چالش صرفه‌جویی در مصرف پهنای باند همواره از موارد بسیار مهم برای دسترسی تعداد بیشتر کاربران بوده است. دانشگاه‌های دنیا اولین مصرف‌کننده‌های عمده اینترنت بوده و اینترنت را با خطوط Dial-Up و ISDN دریافت نموده و برای کاربران زیادی به اشتراک می‌گذاشتند. به مرور و به دلیل نیازهای مشترک کاربران به دریافت صفحات تکراری در اینترنت، مکانیزم‌های کَش (Web Cache) ایجاد شد. این مکانیزم‌ها جهت نگهداری محتوای مشترک در سرورهای میانی برای پیشگیری از بارگذاری چندباره محتوای مشترک پیشنهاد شد. بر اساس این مکانیزم سعی شد مانند شکل زیر محتوای مشترک یکبار از سرور مبدأ بارگذاری و ذخیره شود. برای کاربران بعدی از محتوای ذخیره شده استفاده می‌شود و تا زمان انقضای محتوا یا پر شدن فضا در سرور واسط ذخیره بماند.

این روش، علاوه بر صرفه‌جویی در پهنای باند، سرعت بارگذاری صفحات را برای کاربران انتهایی بالاتر می‌برد. علاوه بر این رضایت بیشتر کاربران را هم به همراه دارد. محتوای پویا در شبکه اینترنت و صفحات متغیر که براساس کاربران مختلف در نسل‌های جدید وب طراحی می‌شد به مرور افزایش یافت. لذا به تدریج این سازوکار از سوی صاحبان محتوا با تغییراتی در تنظیمات سرورهای مبدأ پیگیری شد. این باعث شد زمان انقضای صفحات بسیار کوتاه شود تا کاربران مجبور شوند محتوای به روز را از سرور مبدأ بارگزاری کنند. در سال‌های بعد، با انتقال حجم عمده‌ای از ترافیک دنیا از پروتکل http به https با هدایت و حمایت غول‌های فناوری اطلاعات دنیا، این ساز و کار به بیشترین کارایی در صرفه جویی پهنای باند و بهبود زمان پاسخ رسید.

ذخیره‌سازی موقت در نقاط میانی

با وجود گسترش پهنای باند اینترنت در دنیا و ارتقاء اتصالات ارتباطی و مفاصل ارتباطی اینترنت در دنیا، نیاز به صرفه‌جویی در پهنای باند و کاهش زمان پاسخ، مرتفع نشد و این موضوع به نظر می‌آید که با گسترش اینترنت هرگز مرتفع نخواهد شد. لذا، در طی سالیان مختلف راهکارهای مختلف ذخیره‌سازی موقت محتوا در نقاط میانی اتصال مطابق شکل زیر پیشنهاد شد تا این دو مورد مهم بهبود یابند.

در روال ذخیره موقت قدیمی احتمال این وجود داشت که اطلاعات درست به کاربر نهایی منتقل نشود. لذا نوع جدیدی از این ساز و کار به نام شبکه توزیع محتوا (CDN) معرفی شد. در این روال محتوای قابل ذخیره‌سازی موقت با انتخاب و مدیریت مالک خدمت در سرورهای میانی ذخیره می‌شود. این محتوا به کاربران مختلف دنیا در مکانی نزدیک به کاربر با کمترین زمان پاسخ ارسال می شود. در این روش، محتوای پویا، باز هم به صورت غیرقابل شناسائی برای کاربر از سوی سرور مبدأ ارسال می‌شود. همچنین تنها محتوای ثابت از مخزن ذخیره موقت منطقه‌ای به کاربر ارسال می‌شود. با این وجود کاربران سامانه برای تمامی درخواست‌های خود تنها به سرور منطقه‌ای خود مراجعه می‌کنند. شکل زیر نشان دهنده این روال است.

روش‌های هدایت کاربران به نزدیک‌ترین سرور

شبکه‌های توزیع محتوا از روش‌های مختلفی برای هدایت کاربران به نزدیک‌ترین سرورهای خود استفاده می‌کنند. دو روش اصلی در این زمینه، استفاده از آی‌پی‌های Anycast و استفاده از GeoDNS‌ است.

در روش اول یک آی پی مانند ۸.۸.۸.۸ در نقاط مختلف دنیا روی سرورهای مختلف وجود داشته و پاسخ داده می‌شود. درخواست کاربر از طریق مسیریاب‌های جهانی به نزدیک ترین سرور هدایت می‌شود و از آن پاسخ می گیرد. در این روش امکان انتخاب سرور کاملاً از کاربر گرفته می‌شود و با انتخاب مسیریاب‌های موجود تعیین می‌شود. این روش امکان حمله گسترده جهانی به سرور اصلی و اختلال شدید جهانی را پایین می‌آورد. با این وجود در این روش احتمال دارد که سرورهای منطقه‌ای با مشکل مواجه شوند و خدمت مورد نظر در آن منطقه خاص با اختلال مواجه شود. چرا که تغییر و به‌روزرسانی روال مسیریابی در شبکه بین‌الملل فرایندی زمانبر است.

در روش GeoDNS، به کاربر درخواست دهنده براساس منطقه جغرافیایی درخواست DNS، آی‌پی مربوط به نزدیک‌ترین سرور مربوط به CDN بازگردانده می‌شود. در ادامه به نزدیک‌ترین سرور که زمان پاسخ کوتاه‌تری را می‌تواند فراهم نماید متصل می‌شود و به دریافت خدمت می‌پردازد. مزایای این روش در سهل‌الوصول بودن آن با تنظیمات سرور نام خدمت مورد نظر است که نیازی به توافقات بین‌المللی با مسیریاب‌های جهانی نخواهد داشت.

خدمت‌دهندگان پردازش لبه

با این وجود کاربر تا حدی می‌تواند در انتخاب سرور نزدیک خود دخیل بوده و باعث افزایش یا کاهش کیفیت سرویس شود. به صورتی که اگر تنظیمات سرور کاربر به شکلی باشد که در خواست‌های خود را بجای سرورهای DNS منطقه‌ای به DNS سرورهای بین المللی مثل 8.8.8.8 ، 4.2.2.4 ،1.1.1.1 ارسال نماید، بجای اتصال به سرورهای منطقه‌ای CDN، به سرورهای جغرافیایی دور از خود متصل شده و بدترین کیفیت سرویس را دریافت نماید. این موضوع در بسیاری از کشورها از جمله ایران به دلیل نبود سرورهای DNS‌ قابل اعتماد در مقابل اختلال و همچنین فرهنگ عمومی کاربران بسیار رخ داده و باعث تجربه پایینی از اینترنت جهانی برای کاربر خواهد گردید.

در سراسر دنیا شرکت های مختلفی از قبیل Akamai، Cloudflare، Fastly، Amazon در این زمینه تأسیس شده و خدمت‌‎رسانی جهانی به کاربران و شرکت‌های تولید محتوا را انجام داده و به صرفه‌جویی پهنای باند و کاهش زمان پاسخ خدمت یاری می‌نمایند. در طی سال‌های گسترش این زمینه، شرکت های موجود خدمت‌های ارزش افزوده دیگری نیز به سبد خدمات خود افزوده‌اند. از این جمله می‌توان به فایروالینگ اپلیکیشن (WAF) و حفاظت در مقابل حملات دیداس (DDOS) اشاره نمود.

همانطور که در کنفرانس MWC2023 نیز مطرح شد، یکی از استفاده‌کنندگان بزرگ این راهکار در دنیا، شرکت Netflix می‌باشد. این شرکت در بیش از ۶۰۰۰ نقطه دنیا سرورهای توزیع محتوای خود را مستقر کرده است.

شبکه‌های توزیع محتوا در ایران

در ایران نیز از سال‌های گذشته، شرکت‌های مختلفی در زمینه‌های ابری فعالیت خود را آغاز کرده‌اند. شرکت ابرآروان از معروف‌ترین آنهاست که تأسیس آن به سال ۱۳۹۴ برمی‌گردد. از جمله سایر شرکت‌ها می‌توان از ابر‌زس، ابرآمد، آسیاتک، پارس پک و ابر دراگ نام برد. این شرکت‌ها در حال توسعه و بومی‌سازی این روش‌ها جهت توزیع محتوا درون کشور و اینترنت بین‌الملل هستند.

گسترش استفاده سال‌های اخیر از نقاط تبادل کشوری اینترنت در کشور (IXP) باعث کوتاه شدن مسیر و بهبود زمان پاسخ سرویس‌های داخلی شده و کیفیت بهتری از اینترنت در کشور برای کاربران ایجاد نموده است. روال بومی‌سازی خدمات مورد استفاده عموم مردم در کشور باعث افزایش کیفیت استفاده از اینترنت و رضایت کاربران نهایی خواهد شد. در این میان، در صورت حضور توزیع‌کنندگان محتوای بین‌المللی در داخل کشور و نقاطی نزدیک‌تر به کاربر نهایی، کیفیت خدمات جهانی اینترنت را نیز ارتقاء خواهد داد. این موضوع در همکاری و استفاده شرکت تلگرام از سرورهای توزیع محتوای خود در داخل ایران به وضوح در برهه سرویس‌دهی به ایرانیان، قابل لمس بوده است. یکی دیگر از استفاده‌کنندگان عمده کشوری در ایران از این راهکار، سکوهای نمایش خانگی و آپارات هستند که عمده حجم ترافیک تبادل شده در مراکز تبادل را در سال‌های اخیر تشکیل داده‌اند.

پردازش لبه و آینده

با توجه به گسترش نیازهای پردازشی و تولید محتوای پویا برای کاربر در کوتاه‌ترین زمان و با بالاترین پهنای باند ممکن، شبکه‌های تولید محتوا نیز از حالت خدمت‌دهی محتوای غیرپویا به سمت پردازش در نزدیک‌ترین لبه شبکه به کاربر هستند تا بتوانند محتوای پویا را بدون تاخیر پردازش نموده و نتیجه پردازشی را با کیفیت بالا به کاربرتحویل دهند. از کارکردهای این موضوع می‌توان به خرده‌فروشی‌های نوین (بدون صندوق فروش مانند Amazon Go)، جراحی‌های رباتیک، هدایت خودکار خودرو، پردازش تصویر و واقعیت افزوده اشاره کرد.