با افزایش استفاده از اینترنت و نیاز به دسترسی سریع به اطلاعات، CDNها به عنوان راه حلی مؤثر برای کاهش زمان بارگذاری صفحات وب شناخته شدند. سرورهای توزیع شده (CDN) در نقاط جغرافیایی مختلف قرار دارند و محتوا از نزدیک ترین سرور به کاربر ارسال می شود. این امر نه تنها زمان لود سایت بلکه بار ترافیکی روی سرور اصلی را کاهش می دهد. نقاط حضور (PoPs) به عنوان مراکز داده عمل می کنند که در آن ها محتوا ذخیره و به کاربران ارائه می شود. همچنین، سیستم های مدیریت محتوا به CDNها این امکان را می دهند که به طور مؤثر محتوا را ذخیره، به روزرسانی و توزیع کنند. در این مقاله، به بررسی دقیق تر این اجزا و نقش آن ها خواهیم پرداخت و به کسانی که قصد خرید CDN دارند، پیشنهاد می شوند این مقاله را به طور کامل مطالعه کنند.
سرور اصلی (Origin Server)
قلب تپنده هر سرویس آنلاین است. تصور کنید که وبسایت شما تمام فایل ها، دیتابیس ها و محتوای اصلی این سایت دقیقاً روی همین سرور ذخیره شده است. وقتی کاربری آدرس سایت را وارد می کند، درخواستش اول به سمت سرورهای میانی مثل CDN یا کش فرستاده می شود. اگر در این قسمت نسخه هایی از اطلاعات موجود باشد، جواب سریعتر به کاربر می رسد. اگر داده قدیمی باشد یا وجود نداشته باشد، درخواست مثل یک مسافر بدون توقف به مقصد نهایی یعنی همان سرور اصلی می رسد.
این سرور نقش منبع اولیه را دارد. مثلاً وقتی عکس جدیدی در سایت آپلود می شود، اول روی Origin Server ذخیره و بعداً به CDNها منتقل می شود. تنظیمات امنیتی این سرور خیلی حساس است، چرا که هر حمله ی مستقیمی به آن، نفوذ به منبع اصلی داده هاست. به همین علت معمولاً پشت فایروال های قدرتمند، سیستم های تشخیص نفوذ و گاهی حتی شبکه های خصوصی مخفی قرار دارد تا دسترسی غیرمجاز، غیرممکن شود.
در معماری های بزرگ، ممکن است چندین Origin Server پشت Load Balancer فعال باشد تا ترافیک تقسیم شود و از overload جلوگیری کند. در این حالت اگر یک سرور دچار مشکل سخت افزاری شود، بقیه سرورها بتوانند بار را تحمل کنند. نکته ی مهم اینجاست که سرور اصلی همیشه باید به روزرسانی ها و بک آپ های منظم داشته باشد، با توجه به این که یک خطای کوچک در این بخش ممکن است به قطعی و خرابی سرویس منجر شود.
بعضی اوقات از تکنیک هایی مثل Sharding استفاده می شود تا دیتابیس های بزرگ را بین چند Origin Server پخش کنند. این کار عملکرد را بهبود می بخشد ولی پیچیدگی مدیریت را هم زیاد می کند. بدون سرور اصلی، سرویس های آنلاین مثل بدنی بدون قلب هستند. هرچقدر هم که CDNها و کش ها پیشرفته باشند، در نهایت همه چیز به سلامت این بخش وابسته است. پس نگهداری و مانیتورینگ 24 ساعته سرور اصلی، یک ضرورت انکارناپذیر است.
سرورهای لبه (Edge Servers)
نقش کلیدی در بهبود عملکرد سرویس های آنلاین و کاهش تاخیر ایفا می کنند. سرورهای سنتی که در دیتاسنترهای متمرکز قرار دارند، این سرورها در نقاط جغرافیایی نزدیک به کاربران قرار می گیرند. هدف اصلی آن ها پردازش داده ها در نزدیکترین نقطه ممکن به کاربر است.
وقتی شما یک ویدیو را استریم می کنید، درخواستتان به جای ارسال به سرور اصلی که احتمالا فاصله زیادی با شما دارد، ابتدا به نزدیک ترین سرور به شما می فرستد. این نزدیکی جغرافیایی باعث می شود داده ها مسیر کمتری طی کنند که نتیجه آن، بارگذاری سریعتر و قطعی کمتر است. این موضوع برای سرویس هایی مثل بازی های آنلاین، کنفرانس های ویدیویی یا حتی دستگاه های هوشمند خانگی حیاتی است، چون هر میلی ثانیه تاخیر می تواند تجربه کاربر را تحت تاثیر قرار دهد.
به جای تکیه بر یک دیتاسنتر بزرگ، صدها یا هزاران سرور لبه در مناطق مختلف پراکنده می شوند. این معماری نه تنها فشار روی زیرساخت مرکزی را کاهش می دهد بلکه احتمال اختلال گسترده را هم کم می کند. اگر یک سرور لبه از کار بیفتد، ترافیک به سرور مجاور منتقل می شود بدون آن که کاربر متوجه وقفه ها شود.
امنیت هم در این مدل ارتقا پیدا می کند. ازآنجا که بخشی از پردازش ها در لبه انجام می شود، داده های حساس کمتری به سرورهای مرکزی ارسال می شوند. این یعنی حتی در صورت نفوذ به دیتاسنتر اصلی، مهاجمان به اطلاعات کامل دسترسی نخواهند داشت.
چالش های فنی البته وجود دارد. مدیریت هزاران نقطه edge نیازمند سیستم های مانیتورینگ پیشرفته و به روزرسانی های خودکار است. همچنین، توزیع سخت افزار در محیط های مختلف مثل دکل های مخابراتی یا ساختمان های تجاری می تواند نگهداری را پیچیده کند.
سیستم کشینگ CDN
یک جعبه ابزار هوشمند است که بار اصلی سرور را کم می کند. تصور کنید هر بار کاربری بخواهد یک صفحه وب را مشاهده کند، سرور مجبور است از اول همه چیز را پردازش کند. اینجا کش مثل یک حافظه موقت عمل می کند تا داده های پرکاربرد را نزدیک کاربر نگه دارد. برای مثال وقتی عکس پروفایلی را در یک اپلیکیشن میبینی، احتمالاً نسخه کش شده اش در یک سرور نزدیک به شما ذخیره شده است، نه از سرور اصلی که هزاران کیلومتر فاصله دارد.
شکل کار آن به این شکل است که هر درخواست، ابتدا به کش می رسد. اگر جواب موجود باشد (Cache Hit)، در همان لحظه به کاربر پاسخ داده می شود. اگر پاسخی موجود نباشد (cache miss)، درخواست به سرور اصلی فرستاده و از پاسخ جدید، یک کپی در کش برای دفعات بعد، ذخیره می شود. این مکانیزم نه تنها سرعت را افزایش می دهد بلکه ترافیک رو هم بین سرورها پخش می کند.
کش انواع مختلف دارد. برای مثال مرورگر، کش محلی، CDNها کش منطقه ای و حتی دیتابیس ها هم از کش های موقتی مثل Redis استفاده می کنند. داده های کش بعد از مدتی منقضی یا باید دستی پاک شود تا اطلاعات قدیمی به کاربر تحویل داده نشود. برای نمونه در فروشگاه آنلاین، اگر موجودی کالا عوض شده باشد ولی کش آپدیت نباشد، کاربر ممکنه قیمت اشتباهی را مشاهده کند.
برای همین سیستم های پیشرفته از الگوریتم هایی مثل LRU (کمترین استفاده اخیر) استفاده می کنند تا داده های بلااستفاده، خودکار حذف شوند. برای کشینگ باید تعادلی بین سرعت و دقت ایجاد شود که اگر درست تنظیم نشود، منجر به کندی یا ناسازگاری می شود.
سیستم مسیریابی هوشمند
نقشه ی گنجی است که ترافیک اینترنت را به بهترین مسیر هدایت می کند. بدون این سیستم، درخواست ها ممکن است در ترافیک شبکه Lost یا به سرورهای شلوغ فرستاده شوند که باعث تاخیر می شود. کار اصلی این سیستم این است که هر درخواست را بر اساس فاکتورهایی مثل فاصله ی جغرافیایی، بار فعلی سرورها و حتی سرعت اینترنت کاربر، به بهینه ترین مقصد برساند.
مثلاً وقتی کاربر از شیراز به سایتی با سرورهای تبریز وصل می شود، مسیریابی هوشمند ممکن است درخواست را به سرور شیراز همان شرکت منتقل کند که نسخه ی کش شده ای از داده ها را در اختیار دارد. این انتقال گاهی اوقات در حد میلی ثانیه اتفاق می افتد، ابزارهایی مانند Anycast DNS یا سرویس های Load Balancing پیشرفته پایه ی این سیستم ها هستند. Anycast با ارسال درخواست به نزدیکترین سرور بر اساس مسیر شبکه کار می کند، در حالی که Load Balancer ترافیک را بین سرورهای موجود پخش می کند تا از اضافه بار جلوگیری کند.
یکی از چالش های بزرگ، تشخیص “وضعیت واقعی” سرورهاست. بعضی سیستم ها با فرستادن سیگنال های سلامت (Health Checks) هر چند ثانیه یکبار به سرورها، از فعال بودن آن ها مطمئن می شوند. اگر سروری کند جواب بدهد یا قطع باشد، مسیریابی به صورت خودکار مسیرها را اصلاح می کند. برخی سرویس ها حتی پیشرفته تر عمل می کنند و از داده های زنده مثل میزان مصرف CPU سرورها استفاده می کنند تا ترافیک را به سرورهای خلوت تر هدایت کنند.
در سطح جهانی، مسیریابی هوشمند باید حواسش به محدودیت های قانونی یا حتی قطعی های منطقه ای هم باشد. مثلاً اگر خط فیبر نوری بین دو کشور قطع شود، سیستم بلافاصله مسیرهای جایگزین را از طریق کشورهای همسایه فعال می کند. این فرایند آن قدر سریع است که کاربر حتی متوجه تغییر نمی شود.
خطای انسانی در تنظیمات این سیستم می تواند فاجعه بار باشد. یک اشتباه کوچک در لیست IPها یا تنظیمات بخش Geo-Location ممکن است کل ترافیک یک منطقه، به سرورهای اشتباه فرستاده شود. برای همین، بیشتر پلتفرم ها از الگوریتم های خودآموز مثل یادگیری ماشین استفاده می کنند تا الگوهای ترافیک را پیشبینی و بهینه سازی کنند.
توزیع بار
همانند یک مدیر حرفه ای عمل می کند که ترافیک ورودی را بین سرورهای مختلف پخش می کند تا هیچکدام تحت فشار قرار نگیرد. تصور کنید یک فروشگاه آنلاین پرترافیک دارید که هر ثانیه هزاران درخواست ثبت سفارش دریافت می کنید. اگر همه ی این درخواست ها به یک سرور فرستاده شود مثل این است که بخواهید یک کامیون را با یک موتور سیکلت حمل کنند! Load Balancer دقیقاً جلوی این اتفاق را می گیرد.
توزیع بار وظیفه خود را با دو روش اصلی انجام می دهد. به صورت نوبتی (Round Robin) درخواست ها را بین سرورها تقسیم می کند یا هوشمندانه تر عمل می کند و سرورهای با بار کمتر (Least Connections) را انتخاب می کند. بعضی سیستم های پیشرفته حتی میزان استفاده ی CPU و RAM سرورها را هم بررسی می کنند تا بهترین تصمیم را اتخاذ کنند. مثلاً اگر یک سرور در حال آپدیت نرم افزار باشد، Load Balancer موقتاً درخواست ها را به سرورهای دیگر منتقل می کند.
اینجا مفاهیمی مثل Health Check خیلی مهم است. Load Balancer مداوم به سرورها سلامت سنجی می فرستد که اگر سروری جواب ندهد یا کند باشد، آن را از چرخه خارج می کند. حتی در مواقع بحرانی، اگر تمام سرورهای یک منطقه قطع بشوند، ترافیک به سرورهای منطقه دیگری (Failover) منتقل می شود.
انواع مختلف مانند سخت افزاری (مثل دستگاه های اختصاصی F5) یا نرم افزاری (مثل Nginx، HAProxy) دارد. در دنیای ابری، این کار را به صورت خودکار انجام می دهند. یک ویژگی جالب آن «Session Persistence» است که مثلاً اگر کاربری در حال پرداخت آنلاین است، Load Balancer مطمئن می شود تمام درخواست های آن به سروری خاص فرستاده شود تا فرایند قطع نشود.
تنظیمات آن نیاز به دقت بالایی دارد. تقسیم نادرست ترافیک می تواند بعضی سرورها را تا بالاترین حد ممکن بالا ببرد و بعضی ها را بیکار بگذارد. برای همین مانیتورینگ لحظه ای و تنظیم الگوریتم ها بر اساس الگوی ترافیک واقعی ضروری است. بدون Load Balancer، گسترش سرویس های آنلاین درست مثل ساختن آسمانخراش بدون آسانسور، تقریباً غیرممکن می شود.
لایه امنیتی CDN
یک قلعه دیجیتالی است که دور داده ها را می گیرد. اول از همه، حملات DDoS را خنثی می کند. با پخش کردن ترافیک بین سرورهای متعدد، جلوی از کار افتادن سرور اصلی را می گیرد. مثلاً اگر هکری بخواهد با ارسال میلیون ها درخواست جعلی سایت را فلج کند، CDN این ترافیک را فیلتر کرده و فقط درخواست های واقعی را به سرور اصلی می فرستد.
یک بخش مهم آن Web Application Firewall (WAF) است. این سیستم مثل یک فیلتر هوشمند عمل می کند و هر درخواستی را بررسی می کند. اگر کسی بخواهد با دستورات خطرناک (مثل SQL Injection) به دیتابیس نفوذ کند، WAF بلافاصله تشخیص داده و بلاک می کند. حتی حملات XSS که قصد دارند با اسکریپت های مخرب کاربران را هدف قرار بدهند، همینجا متوقف می شوند.
رمزنگاری (SSL/TLS) هم بخش دیگری از آن است. CDNها معمولاً گواهی SSL رایگان ارائه می دهند تا داده ها بین کاربر و سرورهای CDN همیشه رمزگذاری شوند. حتی این امکان وجود دارد تا به شکلی تنظیم شود که ارتباط با سرور اصلی هم فقط از طریق HTTPS باشد.
برای مقابله با ربات های مخرب، لایه امنیتی CDN الگوهای غیرعادی ترافیک را شناسایی می کند. مثلاً اگر رباتی بخواهد هزاران بار صفحه لاگین را تست کند، CDN با چالش هایی مثل CAPTCHA یا محدود کردن درخواست ها جلو آن را می گیرد. بعضی CDNها حتی امکان مسدود کردن دسترسی بر اساس کشور یا IPهای مشکوک را هم فراهم کرده اند. بدون این لایه، CDN مثل ساختمانی است که در آن به روی همه باز است.
نتیجه گیری
اجزای اصلی CDN (سرور اصلی، سرورهای لبه، کشینگ، مسیریابی هوشمند، توزیع بار و لایه امنیتی) مثل چرخ دنده های ساعت با هم هماهنگ کار می کنند. سرور اصلی محتوای خام را میزبانی می کند، کش سرعت را بالا می برد، مسیریابی ترافیک را بهینه می کند، توزیع بار از فشار زیاد روی سیستم جلوگیری می کند و امنیت از حمله ها محافظت می کند. این ترکیب، تحویل محتوا، سریعتر، پایدارتر و امن تر انجام می شود.
