Desde seu surgimento nos anos 1990, as CDNs têm sido promovidas como uma solução para reduzir a latência e aumentar a disponibilidade dos sites, fatores que têm um impacto direto nos resultados financeiros dos websites. De acordo com o relatório de 2020 da Deloitte Milliseconds Make Millions, até mesmo uma redução de 0,1s na latência aumenta as conversões no varejo em 8,4%, o valor médio dos pedidos em 9,2%, reduz a taxa de rejeição em 5,7% e aumenta o engajamento do cliente em 5,2%.
No entanto, as atualizações frequentes e o conteúdo dinâmico dos sites atuais são problemáticos para as CDNs tradicionais, que só podem armazenar em cache conteúdo estático e devem encaminhar requisições aos servidores de origem sempre que o conteúdo desatualizado é removido do cache.
Como resultado, surgiu um novo tipo de plataforma de rede distribuída, capaz de entregar conteúdo com a agilidade da Internet atual. Este post explicará o que são CDNs e como funcionam, os fatores que afetam a performance das CDNs, a evolução e transformação das CDNs e como edge computing está revolucionando o mercado, além dos benefícios de usar produtos de edge computing como Edge Application, Edge Functions e Edge Cache da Azion como solução para aplicações modernas.
Evolução da CDN
As CDNs foram introduzidas pela primeira vez no final dos anos 1990 para aliviar os gargalos causados pelo aumento do tráfego na Internet e melhorar a confiabilidade de serviços críticos. Desde então, o tráfego, o conteúdo e a infraestrutura da Internet mudaram consideravelmente, resultando em:
- Necessidade de entrega de conteúdo confiável e de alta velocidade em tempo real
- Expectativas de serviço e a necessidade de maior qualidade de experiência.
- Sites com conteúdo de vídeo e mídia rica.
- Demanda por jogos e streaming de vídeo com baixa latência.
- Uso da Internet e adoção de dispositivos móveis.
Essas mudanças causaram uma transformação no mercado, das CDNs tradicionais para plataformas de edge que executam cargas de trabalho no edge através de tecnologias serverless. Tanto edge computing quanto serverless são mercados em rápido crescimento, superando o CAGR de 14,1% das CDNs, com serverless crescendo a uma CAGR de 22,7% e edge computing crescendo a um impressionante 34,1% entre 2020 e 2025, de acordo com previsões recentes da MarketsandMarkets. Além disso, as CDNs tiveram que evoluir ao longo do tempo, com mais capacidade, ofertas de serviços e melhor tecnologia subjacente.
Capacidade
O uso da Internet aumentou substancialmente desde que a Akamai introduziu a primeira CDN em 1999. Na época, os telefones celulares ainda usavam redes 2G, o smartphone ainda não havia sido introduzido e o termo IoT acabara de ser cunhado. Desde então, a proliferação de dispositivos conectados à Internet explodiu, exigindo capacidade adicional para acomodar bilhões de dispositivos e zettabytes de dados. Além disso, o conteúdo das aplicações web está cada vez mais pesado, incorporando vídeos e imagens de alta definição. Como resultado, as CDNs tiveram que expandir a capacidade de centenas de megabits por segundo e milhões de requisições por dia para dezenas de terabits por segundo e trilhões de requisições por dia.
Serviços
Com o aumento dos dispositivos IoT e móveis, as CDNs tiveram que oferecer uma gama mais ampla de serviços. A proliferação de diferentes dispositivos e tamanhos de tela, juntamente com um aumento de imagens de alta qualidade em sites, impulsionou a necessidade de serviços de otimização de imagens. Ao mesmo tempo, o aumento dos dispositivos IoT, que muitas vezes têm recursos de segurança menos rigorosos que os PCs, e as superfícies de ataque mais amplas das aplicações modernas geraram a necessidade de CDNs capazes de mitigar ataques DDoS e proteger aplicações web. Além disso, o aumento dos IoTs gerou a necessidade de data centers distribuídos capazes de processamento e análise em tempo real, resultando talvez no maior passo na evolução das CDNs até o momento: a transição das CDNs tradicionais para edge computing.
Tecnologia
A infraestrutura de CDN evoluiu de PoPs compostos por servidores de cache para data centers de edge capazes de análise e processamento de dados em tempo real. Essa transição tornou-se cada vez mais necessária à medida que a automação aumenta, substituindo a velocidade humana pela velocidade das máquinas. Como observado no mais recente relatório State of the Edge da LFE, “a Internet atual — embora rápida o suficiente para a maioria dos humanos — parece glacial quando máquinas conversam com máquinas… À medida que mais e mais máquinas entram online, as empresas buscarão aplicar o poder do processamento do lado do servidor aos seus comportamentos. Isso exigirá uma Internet habilitada para o edge que opere em velocidades de máquina”.
Além disso, aplicações de baixa latência como VR, AR, videoconferência e serviços ultra-confiáveis de baixa latência habilitados pelo 5G, exigem cada vez mais capacidades de processamento poderosas no edge, substituindo os PoPs de CDN por data centers de edge. O Open Glossary of Edge Computing da LFE explica que os data centers de edge são “capazes de realizar as mesmas funções que os data centers centralizados, embora em escala menor individualmente”, uma façanha que é possibilitada por “operação autonômica, multi-inquilino, resiliência distribuída e local, e padrões abertos.”
Anatomia de uma CDN
PoPs
Os PoPs são frequentemente confundidos com data centers, já que os dois termos às vezes são usados de forma intercambiável. No entanto, para uma CDN tradicional, os PoPs são geralmente muito menores e menos complexos que os data centers. O Open Glossary of Edge Computing da LFE fornece as seguintes definições para os dois termos:
- PoP: um ponto na infraestrutura de rede onde um provedor de serviços permite conectividade à sua rede por usuários ou parceiros.
- Data center: uma estrutura projetada com o propósito de abrigar múltiplos nós de computação de alto desempenho e armazenamento de dados, de modo que uma grande quantidade de recursos de computação, armazenamento de dados e rede estejam presentes em um único local. Isso geralmente envolve sistemas especializados de rack e gabinete, pisos construídos para esse fim, bem como sistemas adequados de aquecimento, refrigeração, ventilação, segurança, supressão de incêndio e fornecimento de energia.
De forma mais simples, um PoP é qualquer ponto de acesso à rede; pode ser tão pequeno quanto um único servidor com recursos limitados. Até mesmo alguns dispositivos de ponta e equipamentos de rede podem servir como PoPs. Os data centers, por outro lado, abrigam múltiplos servidores que podem se traduzir em milhares de PoPs em um local centralizado.
Devido ao seu tamanho e escala, os data centers podem lidar com muito mais tráfego do que um único PoP e são capazes de realizar funções de computação mais complexas. Um PoP é projetado para executar tarefas mais simplificadas, como armazenar conteúdo em cache, servir conteúdo armazenado em cache e encaminhar requisições que não estão armazenadas no cache.
Servidores de cache
Cada PoP é composto por um ou mais servidores de cache. Os servidores de cache armazenam temporariamente arquivos junto com seu TTL, que informa ao servidor por quanto tempo os arquivos devem permanecer no cache antes de serem excluídos. Isso garante que o conteúdo possa ser removido para eliminar conteúdo antigo, abrir espaço para novo conteúdo e garantir que quaisquer problemas com o carregamento de conteúdo não ocorram indefinidamente. Quando o TTL expira, ou quando um proprietário do site limpa manualmente o cache, os arquivos em cache são excluídos. Na próxima vez que o conteúdo for solicitado do servidor de cache, ele encaminhará a requisição para o servidor de origem para buscar o conteúdo, fornecendo conteúdo atualizado, mas com maior latência.
Recursos do servidor
Os recursos do servidor vêm em duas variedades: persistentes e em memória. A memória de acesso aleatório (RAM) é usada para armazenamento em memória, que pode ser acessada rapidamente pela CPU enquanto os arquivos estão em uso. No entanto, a RAM também é volátil, o que significa que os arquivos não permanecem na memória quando não são necessários ou quando a máquina é desligada. Em contraste, o armazenamento persistente tem mais capacidade e é não volátil, o que significa que os arquivos armazenados nele permanecem no lugar quando o servidor não está ligado. No entanto, o armazenamento persistente leva mais tempo para ser acessado; quanto mais tempo depende do tipo de armazenamento que a máquina está usando.
Servidores mais antigos usam unidades de disco rígido (HDD) para armazenamento persistente, que usa um processo mecânico semelhante a um toca-discos para ler e gravar dados. Como resultado, é mais lento e mais frágil que as unidades de estado sólido (SSD), uma tecnologia mais recente que armazena dados em chips de memória flash interconectados. Como não há partes móveis, os SSDs são mais rápidos e confiáveis que os HDDs. Eles também são melhores no acesso a arquivos fragmentados, que são armazenados em diferentes locais em um disco. A Azion Web Platform usa SSDs para melhorar a performance e a confiabilidade.
- RAM: armazenamento em memória que armazena temporariamente arquivos enquanto estão em uso para que possam ser acessados rapidamente pela CPU.
- HDD: um método de armazenamento persistente que usa um dispositivo mecânico para ler e gravar arquivos em um disco magnético giratório.
- SSD: um método mais recente de armazenamento persistente que armazena e acessa dados via chips de computador.
Virtualização
As CDNs armazenam dados para muitos clientes diferentes, cada um dos quais deve ser isolado para evitar vazamento de dados e problemas de segurança. Além disso, recursos como CPU e largura de banda devem ser segmentados para garantir acesso equitativo e evitar que o tráfego de um único cliente sobrecarregue um servidor. Uma maneira de fazer isso é segmentando um servidor em máquinas virtuais, ou VMs: ambientes virtualizados separados e independentes que têm sua própria interface de rede e sua própria parcela de CPU, memória e armazenamento. Isso também permite que os fornecedores de CDN forneçam recursos mais elásticos, pois as VMs podem ser iniciadas em questão de minutos para atender ao aumento da demanda.
No entanto, os usuários de hoje não esperarão minutos para que uma página carregue; o usuário médio abandonará uma página de carregamento lento em segundos. Para obter mais elasticidade, os recursos podem ser divididos em contêineres, que têm propriedades de isolamento relaxadas que permitem que eles compartilhem o kernel do sistema operacional, em vez de exigir que cada contêiner inclua seu próprio sistema operacional, como as VMs fazem. Como resultado, novos contêineres podem ser implantados em segundos e iniciados em cerca de meio segundo.
Fatores que afetam a performance da CDN
Embora o objetivo de todas as CDNs seja o mesmo — acelerar a entrega de conteúdo, reduzir o uso de recursos e melhorar a confiabilidade — sua capacidade de executar essas tarefas varia consideravelmente. Para começar, a performance da CDN é altamente dependente da localização, distribuição e número de PoPs do fornecedor da CDN. Como as CDNs melhoram a performance reduzindo a distância entre os usuários e o conteúdo que estão solicitando, os PoPs devem estar localizados o mais próximo possível de onde os usuários finais estão concentrados.
Além disso, os PoPs não são criados iguais. Um servidor colocado em um gabinete em um prédio de escritórios não terá a mesma confiabilidade ou segurança que um abrigado em um data center com redundâncias integradas, suporte local para lidar com problemas de segurança e técnicos, e sistemas projetados especificamente para controlar temperatura, umidade e fluxo de ar.
A performance também depende da qualidade e capacidade do equipamento utilizado. HDDs não são tão rápidos ou confiáveis quanto SSDs, e consomem mais energia. A capacidade do servidor também faz diferença, já que servidores com mais armazenamento e memória terão menos falhas de cache, resultando em menor latência.
A performance da CDN depende de muitos fatores:
- Localização e número de PoPs.
- Cobertura regional ou geográfica.
- QoS e capacidade dos IBXs e data centers.
- Qualidade e capacidade do equipamento.
Benefícios do Edge Application
O Edge Application moderniza os serviços tradicionais de CDN incorporando capacidades de edge computing, incluindo soluções para cache, aceleração de aplicações, otimização de imagens e balanceamento de carga. Além disso, pode ser estendido com recursos de segurança e análise em tempo real por meio de proteção avançada de firewall e soluções de monitoramento. Os desenvolvedores também podem criar conteúdo personalizado e aplicações nativas de edge usando funções de computação serverless.
O Edge Cache oferece serviços de cache projetados para o cenário digital atual. Uma rede definida por software monitora e processa continuamente requisições em tempo real, garantindo uma conexão segura e direcionando dinamicamente os usuários finais para o node de edge mais saudável e próximo. A arquitetura serverless permite a criação de lógica personalizada, regras de negócios, estratégias de clustering e mecanismos de cache inteligentes para lidar com altos volumes de requisições e entrega eficiente de conteúdo dinâmico.
Com o Edge Cache, os usuários se beneficiam de:
- Uma robusta primeira linha de defesa contra ataques.
- Carregamentos de página mais rápidos.
- Processamento otimizado de API.
- Gerenciamento de tráfego aprimorado.
- Compliance com regulamentações locais.
- Maior controle e flexibilidade.
- Experiência do usuário aprimorada.
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