邊緣計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)如何加速？

邊緣計(jì)算：一種流行的理解是將計(jì)算和存儲(chǔ)服務(wù)放在網(wǎng)絡(luò)邏輯邊緣節(jié)點(diǎn)上的分散架構(gòu)。通過(guò)將原始的集中服務(wù)分散到邊緣節(jié)點(diǎn)處理，數(shù)據(jù)的操作和存儲(chǔ)更接近數(shù)據(jù)源，減少網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量和訪問(wèn)延遲。它不僅關(guān)注邊緣節(jié)點(diǎn)，而且關(guān)注節(jié)點(diǎn)之間的連接，因此它與網(wǎng)絡(luò)加速相匹配。

我們?yōu)樵S多城市運(yùn)營(yíng)商的機(jī)房（節(jié)點(diǎn)）提供計(jì)算和存儲(chǔ)資源，利用動(dòng)態(tài)加速技術(shù)優(yōu)化節(jié)點(diǎn)之間的傳輸網(wǎng)絡(luò)，在機(jī)房和服務(wù)器層面建立邊緣計(jì)算平臺(tái)(UODN)。該方法適用于網(wǎng)絡(luò)音視頻教育、醫(yī)療數(shù)據(jù)分析等可以存儲(chǔ)或操作數(shù)據(jù)源并更依賴網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)。

邊緣計(jì)算平臺(tái)和動(dòng)態(tài)加速網(wǎng)絡(luò)也依賴于路由，DNS對(duì)于一些基本服務(wù)，幾種產(chǎn)品之間的關(guān)系如下圖所示：

從上到下，邊緣計(jì)算平臺(tái)由分布在各個(gè)城市和運(yùn)營(yíng)商的節(jié)點(diǎn)組成，節(jié)點(diǎn)之間的物理網(wǎng)絡(luò)可以需要進(jìn)一步優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)，則依賴于動(dòng)態(tài)加速網(wǎng)絡(luò)，除了加速服務(wù)器本身，還需要路由服務(wù)DNS提供路由和域名分析等數(shù)據(jù)的服務(wù)。此外，路由和DNS也為CDN、直播平臺(tái)提供基本服務(wù)。

然后，邊緣計(jì)算、動(dòng)態(tài)加速、路由/DNS如何實(shí)現(xiàn)這些關(guān)鍵服務(wù)？首先，我們來(lái)看看邊緣計(jì)算。

邊緣計(jì)算

邊緣計(jì)算的核心概念是將數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、傳輸、計(jì)算和安全性交給邊緣節(jié)點(diǎn)進(jìn)行處理。邊緣計(jì)算不是讓終端負(fù)責(zé)所有計(jì)算，而是部署邊緣平臺(tái)靠近終端。終端通信可以有多種形式，以避免集中云計(jì)算中心的網(wǎng)絡(luò)延遲和傳輸帶寬問(wèn)題。

在實(shí)現(xiàn)邊緣計(jì)算時(shí)，我們提供了開放式分發(fā)節(jié)點(diǎn)UODN，通過(guò)虛擬化、Docker提供計(jì)算和存儲(chǔ)資源，用戶可以通過(guò)軟件定制內(nèi)容分發(fā)服務(wù)。

在計(jì)算、存儲(chǔ)等資源分配方面，建議在邊緣節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)部分實(shí)施決策和獨(dú)立合作過(guò)程等實(shí)時(shí)需要交互的計(jì)算，大數(shù)據(jù)挖掘、大規(guī)模學(xué)習(xí)等需要集中處理的計(jì)算繼續(xù)移交給數(shù)據(jù)中心。

在國(guó)內(nèi)環(huán)境下，邊緣節(jié)點(diǎn)的計(jì)算和存儲(chǔ)可以上傳和訪問(wèn)附近的數(shù)據(jù)。節(jié)點(diǎn)之間只傳輸核心的計(jì)算結(jié)果，可以減少不必要的網(wǎng)絡(luò)傳輸造成的延遲。然而，在跨國(guó)、跨運(yùn)營(yíng)商等弱網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，鏈路質(zhì)量差，節(jié)點(diǎn)之間的網(wǎng)絡(luò)傳輸仍可能影響業(yè)務(wù)，需要整合動(dòng)態(tài)，加快網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化傳輸。

動(dòng)態(tài)加速

區(qū)別于CDN，動(dòng)態(tài)加速網(wǎng)絡(luò)不依賴于緩存數(shù)據(jù)，而是通過(guò)優(yōu)化路由和協(xié)議來(lái)加速，因此在質(zhì)量差的跨國(guó)和跨運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)中表現(xiàn)良好。下圖是由分布在各地的加速點(diǎn)組成的動(dòng)態(tài)加速網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D。

其加速原理和實(shí)現(xiàn)過(guò)程主要包括四點(diǎn)：

首先，設(shè)置了接入模式HTTP(S)、TCP、UDP三種模式：

將域名CNAME到達(dá)加速平臺(tái)后，加速點(diǎn)服務(wù)器可以接收用戶數(shù)據(jù)包，HTTP通過(guò)域名（TCP/UDP根據(jù)端口搜索配置)，服務(wù)器根據(jù)配置獲取源站、到源站、到路由的信息，并選擇路由將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到目標(biāo)源站。

其次，加快網(wǎng)絡(luò)內(nèi)私有協(xié)議的統(tǒng)一使用UTP傳輸數(shù)據(jù)：

每個(gè)加速點(diǎn)都具有接入和中轉(zhuǎn)的雙重身份直接將用戶客戶端或源站定義為接入點(diǎn)。接入點(diǎn)收到的數(shù)據(jù)通常通過(guò)UTP協(xié)議發(fā)送到中轉(zhuǎn)點(diǎn)，中轉(zhuǎn)點(diǎn)之間也通過(guò)UTP傳輸。UTP是UCloud在UDP實(shí)現(xiàn)可信傳輸協(xié)議，支持流量控制、擁塞控制、快速重傳等，可消除握手時(shí)間，使傳輸控制更加靈活。

然后，與邊緣計(jì)算平臺(tái)相結(jié)合，動(dòng)態(tài)加速用戶的透明度：

我們將為邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)提供加速IP，使用用戶程序IP無(wú)需域名配置和修改程序，即可使用地址加速網(wǎng)。TCP、UDP內(nèi)核模塊在數(shù)據(jù)中捕獲和修改TCP/IP將數(shù)據(jù)包發(fā)送到加速網(wǎng)，同時(shí)在加速網(wǎng)注冊(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶的透明動(dòng)態(tài)加速。

最后，如何達(dá)到更好的加速效果主要有以下想法：

鏈路層/網(wǎng)絡(luò)層：選擇更好的鏈路，主要是基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)；

傳輸層：對(duì)傳輸協(xié)議進(jìn)行優(yōu)化如下：1）加速網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部采用UDP實(shí)現(xiàn)可信傳輸，優(yōu)化握手時(shí)間；2)調(diào)整擁塞控制，采用更靈活的發(fā)送策略，如UTP；3）根據(jù)鏈路MTU切片發(fā)送大小，減少報(bào)文重組；

應(yīng)用層：優(yōu)化業(yè)務(wù)程序，盡量使用長(zhǎng)連接傳輸，減少頻繁建立短連接的時(shí)間和失敗概率。

路由服務(wù)

路由是指根據(jù)數(shù)據(jù)包的目的地地址，從一個(gè)接口收到數(shù)據(jù)包并轉(zhuǎn)發(fā)到另一個(gè)接口的過(guò)程。路由和域名分析服務(wù)主要提供動(dòng)態(tài)加速的外部接口CDN使用。

在路由計(jì)算方面，建議重復(fù)測(cè)試任何節(jié)點(diǎn)之間的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量數(shù)據(jù)，包括ping延遲，丟包率，UDP包裝丟包率等，然后計(jì)算出所有節(jié)點(diǎn)之間的最優(yōu)、次優(yōu)路徑，最后根據(jù)歷史數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)最優(yōu)路由。

在這里，需要特別注意的是，路由計(jì)算的結(jié)果可能因時(shí)間段和數(shù)據(jù)包大小而異。

總結(jié)

本文主要闡述了邊緣計(jì)算和動(dòng)態(tài)加速網(wǎng)絡(luò)的一些實(shí)現(xiàn)技術(shù)和優(yōu)化方案，以幫助實(shí)現(xiàn)計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)等資源的平衡。在邊緣計(jì)算方面，主要是通過(guò)虛擬化技術(shù)提高邊緣節(jié)點(diǎn)資源利用率，使資源管理更有效；動(dòng)態(tài)加速網(wǎng)絡(luò)是通過(guò)優(yōu)化路由和協(xié)議來(lái)優(yōu)化兩點(diǎn)之間的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。

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