Qu’est-ce que la mise en cache en périphérie ? Définition, fonctionnement et cas d’usage

La mise en cache en périphérie consiste à rapprocher le stockage en mémoire, ou les caches, de la périphérie du réseau plutôt qu’à tout héberger dans un emplacement central. 

Lorsque les utilisateurs finaux accèdent aux données de ces caches en périphérie, ils peuvent les récupérer bien plus efficacement que si elles devaient traverser l’ensemble du réseau. Cette efficacité accrue réduit au bout du compte la charge globale du réseau et la latence, tout en soulageant le centre de données.

C’est là qu’intervient la mise en cache en périphérie. Lorsqu’une ressource numérique, des données temporaires ou des fichiers sont mis en cache sur un serveur en périphérie, la ressource demandée par un utilisateur est directement fournie depuis le cache, au lieu que la requête soit traitée sur la périphérie ou par un serveur distant. 

Pour comprendre la mise en cache en périphérie, il est essentiel de comprendre le monde numérique global et la technologie qui le rend possible. Cet article explique les principes des serveurs en périphérie et de l’edge computing, le fonctionnement de la mise en cache en périphérie, ses avantages et ses inconvénients, et présente enfin quelques exemples d’utilisation de cette technologie dans les réseaux actuels.

Qu’est-ce que l’edge computing ?

L’edge computing est une architecture réseau distribuée dans laquelle les fournisseurs de services applicatifs et de données rapprochent le traitement effectué par les serveurs le plus près possible des utilisateurs finaux. 

Les centres de données distants à forte capacité jouent depuis longtemps un rôle essentiel dans l’écosystème numérique, mais la distance qui les sépare des utilisateurs qui y accèdent peut entraîner des perturbations du réseau, des limitations de bande passante et des problèmes de latence, en particulier à l’ère du Big Data et des réseaux de diffusion de contenu (CDN).

L’edge computing résout ce problème en créant des centres de données en périphérie plus proches de l’utilisateur, ce qui réduit la latence et améliore les performances et la sécurité.  

Bien que l’edge computing soit un concept de réseau vieux de plusieurs décennies, associé à l’informatique distante, ce n’est qu’au cours du nouveau millénaire que sa valeur a été pleinement reconnue. La prolifération des appareils mobiles et des objets connectés (IoT), ainsi que leurs capacités, n’a été possible que grâce à l’augmentation des ressources de stockage et de traitement disponibles à la périphérie du réseau. 

En tant que secteur commercial, les fournisseurs d’edge computing proposent des solutions pour construire des réseaux distribués qui fournissent une puissance de calcul localisée et enrichissent la connectivité avec les utilisateurs finaux.

Que sont les serveurs en périphérie ?

Un serveur en périphérie est un équipement matériel physique placé stratégiquement à la périphérie d’un réseau. Il s’agit généralement d’un petit serveur monté en rack équipé de ressources de calcul hautes performances, comme un processeur et un GPU puissants. Il peut toutefois aussi être déployé sur d’autres appareils plus petits. 

Les serveurs en périphérie sont conçus pour traiter et stocker les données générées à la périphérie du réseau, notamment par les appareils IoT, les caméras et les capteurs. Pour rapprocher les données de l’utilisateur, ils sont généralement déployés sous forme de nœuds de réseau.  

Les serveurs en périphérie sont peut-être plus petits que les centres de données cloud, mais ils ont le même objectif : stocker et traiter les données. En outre, alors que les centres de données cloud sont centralisés, les serveurs en périphérie sont distribués. Parmi les principaux fournisseurs de serveurs en périphérie et d’edge computing figurent Microsoft, IBM, Amazon Web Services (AWS), Google Cloud Platform, NVIDIA, Dell et d’autres.   

Types de serveurs en périphérie

• Périphérie des appareils : Composants ou extensions d’un appareil utilisateur final
• Périphérie sur site : Nœuds physiquement situés dans le réseau ou les locaux
• Périphérie du réseau : Nœuds propres au réseau, comme les stations de base et les centres de données des opérateurs 
• Périphérie régionale : Centres de données traditionnels desservant les plus grandes régions géographiques

Comment fonctionne la mise en cache en périphérie ?

La mise en cache en périphérie consiste à rapprocher les ressources fréquemment consultées de l’utilisateur final qui y accède, afin de limiter le trafic réseau redondant ou répétitif et d’accélérer les temps de chargement.

Pour y parvenir, les centres de données, les serveurs en périphérie et les composants de mémoire locale collaborent afin de créer une hiérarchie de mémoire. 

Bien que les centres de données traditionnels disposent de la plus grande capacité, leurs ressources sont les moins consultées par les utilisateurs finaux du réseau dans le contexte de l’edge computing. Les serveurs en périphérie, en revanche, ont une capacité moindre, mais stockent les ressources les plus fréquemment utilisées. 

Enfin, le stockage local dispose de l’espace le plus limité, mais contient les contenus et les ressources les plus souvent nécessaires. 

Lorsqu’elle est déployée efficacement, la mise en cache en périphérie améliore les performances des points d’accès tout en soulageant les centres de données distants grâce à l’ équilibrage de charge.

La mise en cache en action : les navigateurs web

Pour la plupart des utilisateurs finaux, les navigateurs web sont l’exemple le plus visible des caches en action. Les caches de navigation web, notamment la mise en cache en périphérie, suivent généralement les étapes suivantes :

1. L’utilisateur final accède à un site web ou à une application spécifique.
2. Le navigateur web télécharge le contenu à afficher à l’utilisateur.
3. L’utilisateur consulte le même site web ultérieurement.
4. Le navigateur récupère le contenu du site web d’origine depuis la mémoire cache, au lieu de devoir télécharger à nouveau toutes les données.
5. Le navigateur analyse la page web à la recherche de nouveau contenu et met à jour la ressource si nécessaire.

Au lieu de recharger le contenu statique d’une page web à chaque visite de l’utilisateur, les caches permettent de mettre à jour de façon adaptative le nouveau contenu dynamique. Les mêmes principes s’appliquent à la mise en cache en périphérie. 

Avantages de la mise en cache en périphérie 

De la vitesse et de l’efficacité à la sécurité et à la fiabilité, la mise en cache en périphérie présente de nombreux avantages. 

La mise en cache en périphérie peut : 

• Améliorer les performances et réduire la latence. 
• Permettre des réponses en temps réel pour diverses applications, des véhicules autonomes à la diffusion en direct, en passant par les réseaux sociaux et le commerce en ligne.
• Réduire la bande passante et améliorer la sécurité. 
• Déployer des algorithmes efficaces pour réduire la quantité de données à transférer. 
• Optimiser les structures de données afin d’améliorer les performances des requêtes. 
• Exploiter le traitement parallèle et l’informatique distribuée pour améliorer l’évolutivité des systèmes d’edge computing.

Inconvénients de la mise en cache en périphérie 

La mise en cache en périphérie est un excellent moyen d’améliorer les performances et l’évolutivité d’un réseau, mais elle présente aussi certains inconvénients. 

Les principaux défis de la mise en cache en périphérie sont les suivants :

• Stockage et configuration : Les caches présentent des limitations de stockage et des difficultés de configuration. Les administrateurs ou les utilisateurs doivent généralement libérer de l’espace ou reconfigurer le cache afin de rétablir son fonctionnement après un dysfonctionnement.
• Coût accru : La mise en cache en périphérie nécessite le déploiement de matériel et de logiciels supplémentaires, ce qui peut augmenter le coût d’un réseau.
• Complexité accrue : La mise en cache en périphérie peut ajouter de la complexité à un réseau, rendant sa gestion et sa maintenance plus difficiles.
• Contrôle réduit : La mise en cache en périphérie peut réduire le contrôle d’un administrateur réseau sur le réseau, car les décisions relatives à la mise en cache sont prises à la périphérie du réseau.

Où et comment la mise en cache en périphérie est-elle utilisée ?

La mise en cache en périphérie est déployée au moyen de plusieurs types de serveurs en périphérie, notamment des serveurs CDN, sans fil et IoT, dans de nombreux secteurs, des usines de fabrication intelligente aux points de contact du commerce de détail et aux centres de santé.

Les serveurs de mise en cache en périphérie

Les types de serveurs en périphérie les plus courants sont les suivants :

• Serveurs périphériques CDN : Les serveurs périphériques CDN servent à fournir du contenu, comme des pages web, des vidéos et des images, aux utilisateurs finaux. Ils sont généralement situés dans des emplacements stratégiques du monde entier où les utilisateurs du CDN sont les plus nombreux.
• Serveurs périphériques sans fil : Les serveurs périphériques sans fil servent à fournir une connectivité et des ressources de calcul aux appareils sans fil, comme les smartphones, les tablettes et les ordinateurs portables. Ils sont généralement situés à la périphérie d’un réseau cellulaire.
• Serveurs périphériques IoT : Les serveurs périphériques IoT servent à collecter et à traiter les données provenant d’appareils IoT, comme les capteurs et les actionneurs. Ils sont positionnés à proximité des appareils IoT.
• Serveurs d’edge computing : Les serveurs d’edge computing exécutent des tâches exigeantes en calcul à la périphérie du réseau. Ils sont positionnés à proximité des utilisateurs finaux..

Le type de serveur en périphérie le mieux adapté à une application donnée dépend de plusieurs facteurs, notamment du type de contenu diffusé, de l’emplacement des utilisateurs finaux et des exigences de performance de l’application.

Secteurs qui utilisent la mise en cache en périphérie

Les secteurs et les nouvelles technologies qui utilisent les caches en périphérie comprennent : 

• Usines intelligentes et sites de production
• Entrepôts
• IA et apprentissage automatique (ML)
• Biométrie (identification faciale et par empreintes digitales)
• Agrotechnologie
• Réalité augmentée et virtuelle (AR et VR)
• Villes intelligentes
• Robotique, IoT et IoT industriel
• Points de contact du commerce de détail
• Énergie
• 5G et Open RAN
• Santé
• Défense

Caches en périphérie matérielles ou logicielles

En outre, la mise en cache en périphérie peut être créée physiquement sous forme de caches matériels ou déployée virtuellement sous forme de caches logiciels, chacun présentant ses avantages et ses inconvénients. 

Les développeurs doivent évaluer les coûts, la complexité, la sécurité et les performances des caches logiciels par rapport aux caches matériels avant de choisir la solution la mieux adaptée à leur cas d’usage. 

Les exemples de caches logiciels comprennent : 

• Systèmes d’exploitation
• Systèmes de noms de domaine (DNS)
• Bases de données
• Serveurs d’applications web

Les caches matériels peuvent être : 

• CPU ou GPU
• Disques durs (HDD)
• SSD

En résumé : les caches en périphérie rendent possible le réseau moderne

Sans l’edge computing, le monde numérique tel que nous le connaissons et les services en ligne utilisés chaque jour par des milliards de personnes n’existeraient pas. L’emplacement des données et la vitesse à laquelle elles peuvent être traitées et transférées sont devenus essentiels pour notre société, et la mise en cache en périphérie joue un rôle majeur dans cette évolution. 

Alors que la quantité de données produites dans le monde continue d’augmenter, l’edge computing et la mise en cache en périphérie deviendront toujours plus nécessaires à notre écosystème numérique hautement innovant. L’expansion des infrastructures en périphérie continuera d’accroître les capacités de mise en cache, permettant une diffusion toujours plus rapide et plus fiable.

Sam Ingalls a contribué à ce guide.

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