Как Google распределяет запросы между серверами для оптимизации кэширования и повышения безопасности

Описание

Какую задачу решает

Патент решает инфраструктурную задачу балансировки между эффективностью кэширования и безопасностью/распределением нагрузки в поисковой системе. Для максимальной эффективности кэширования один и тот же запрос должен направляться на один и тот же back-end server. Однако такое статическое распределение создает уязвимость: злоумышленники могут идентифицировать, какие запросы обрабатывает конкретный сервер, и перегрузить его (DDoS-атака). Также это может приводить к неравномерной нагрузке, если определенные серверы постоянно обрабатывают самые популярные запросы.

Что запатентовано

Запатентован метод выбора бэкенд-сервера для обработки запроса с использованием time-dependent hashing (хеширования, зависящего от времени). Система комбинирует запрос с числом, уникальным для текущего временного интервала, и хеширует результат для определения целевого сервера. Ключевой особенностью, описанной в Claims, является использование рандомизированной длины интервала и рандомизированного «семени» (random seed) для хеширования, что делает изменение маршрутизации непредсказуемым.

Как это работает

Система работает на уровне front-end servers, которые получают запросы от пользователей. Запрос конвертируется в число (Query Number). Параллельно система определяет текущий временной интервал (длина которого может быть случайной) и уникальное число для этого интервала (Second Number или Random Seed). Query Number и Random Seed комбинируются и хешируются. Результат хеширования определяет, какой back-end server обработает запрос. В течение этого временного интервала маршрутизация стабильна, что позволяет бэкенд-серверу эффективно кэшировать результаты. По истечении интервала генерируются новые параметры (длина и семя), и маршрутизация запросов меняется.

Актуальность для SEO

Высокая (с точки зрения инфраструктуры). Эффективное кэширование, балансировка нагрузки и защита от DDoS являются критически важными задачами для любой крупномасштабной распределенной системы, такой как поиск Google. Подобные механизмы динамической маршрутизации, вероятно, используются в продакшене.

Важность для SEO

Влияние на SEO минимальное (1/10). Патент имеет исключительно инфраструктурное значение. Он описывает внутренние механизмы маршрутизации запросов Google для оптимизации производительности (скорости ответа за счет кэширования) и безопасности. Он не содержит информации об алгоритмах ранжирования, понимания запросов или оценки качества контента и не предоставляет никаких действенных рекомендаций для SEO-специалистов по оптимизации сайтов.

Детальный разбор

Термины и определения

Back-end server (Бэкенд-сервер)

Сервер, который выполняет основную обработку запроса — поиск в индексе или базе данных (Datastore), вычисление результатов и их кэширование.

Cache (Кэш)

Временное хранилище на бэкенд-сервере, где сохраняются результаты для конкретных запросов. Позволяет быстро отвечать на повторяющиеся запросы без повторного вычисления.

Front-end server (Фронтенд-сервер)

Сервер, который принимает запросы от пользователей (или других систем) и распределяет их между бэкенд-серверами.

Hash collision (Хеш-коллизия)

Ситуация, когда разные входные данные (в данном случае, разные запросы) приводят к одному и тому же хеш-значению.

Hash table (Хеш-таблица)

Структура данных, которая связывает хеш-значения (индексы) с записями (в данном случае, с идентификаторами бэкенд-серверов).

Hash value (Хеш-значение / Индекс)

Результат операции хеширования. Используется как индекс для выбора сервера в хеш-таблице.

Hashing operation (Операция хеширования)

Процесс преобразования входных данных (комбинации запроса и временного семени) в хеш-значение.

Present time interval (Текущий временной интервал)

Период времени, в течение которого параметры хеширования (Random Seed) остаются постоянными. Длина этого интервала может быть фиксированной или случайной.

Query Number (Числовое представление запроса)

Результат конвертации текста запроса в числовой формат (например, ASCII, Unicode), пригодный для хеширования.

Random seed (Случайное семя)

Случайное число, генерируемое в начале временного интервала. Используется как второй компонент при хешировании запроса для обеспечения временно-зависимой маршрутизации.

Second number / Time-dependent number (Второе число / Число, зависящее от времени)

Общий термин для числа, которое комбинируется с запросом при хешировании. Может быть детерминированным (на основе временной метки time-stamp) или случайным (Random Seed).

Ключевые утверждения (Анализ Claims)

Основным защищаемым ядром изобретения является метод выбора сервера с использованием рандомизации как длительности временного интервала, так и параметра хеширования.

Claim 1 (Независимый пункт): Описывает метод выбора сервера для обработки запроса.

1. Определение длины текущего временного интервала на основе вывода первого генератора случайных чисел.
2. Определение случайного семени (random seed) для текущего временного интервала на основе вывода второго генератора случайных чисел.
3. Конвертация запроса в query number.
4. Выполнение операции хеширования над комбинацией query number и random seed для генерации hash value.
5. Выбор сервера из множества серверов на основе hash value.
6. Отправка запроса на выбранный сервер.
7. Повторное определение длины временного интервала (с новым случайным значением) и повторное определение random seed (с новым случайным значением) по истечении текущего временного интервала.

Ядром изобретения является использование двух уровней рандомизации (длительность интервала и семя для хеширования) для обеспечения стабильной маршрутизации запросов в течение непредсказуемого периода времени, с последующим непредсказуемым изменением этой маршрутизации. Это позволяет эффективно использовать кэш (пока интервал длится), одновременно защищая систему от атак, которые полагаются на знание того, какой сервер обрабатывает конкретные запросы (поскольку это знание быстро устаревает непредсказуемым образом).

Где и как применяется

Патент описывает инфраструктурный процесс маршрутизации, который происходит после получения запроса пользователем и до начала его фактической обработки (понимания и ранжирования).

Этапы поиска:

Система не относится напрямую к этапам CRAWLING или INDEXING.

Она функционирует как механизм диспетчеризации перед этапами QUNDERSTANDING и RANKING. Front-end server использует описанный механизм, чтобы определить, какой именно back-end server будет выполнять работу по пониманию запроса, отбору кандидатов и ранжированию.

Взаимодействие компонентов:

• Фронтенд-серверы: Принимают запрос, генерируют (или получают) параметры временного интервала и random seed, выполняют хеширование и маршрутизируют запрос.
• Бэкенд-серверы: Принимают маршрутизированный запрос, проверяют локальный кэш, вычисляют результат (если его нет в кэше) и возвращают ответ.

Входные данные:

• Текст входящего запроса.
• Параметры текущего временного интервала (длина и Random Seed), сгенерированные случайным образом.
• (В альтернативном варианте): Текущая временная метка (timestamp) и количество бэкенд-серверов.

Выходные данные:

• Идентификатор бэкенд-сервера, выбранного для обработки запроса.

На что влияет

Это универсальный механизм маршрутизации инфраструктуры.

• Типы контента, запросы, ниши, языки: Влияет на обработку абсолютно всех запросов равномерно. Механизм не анализирует содержание запроса или его тематику для принятия решения о маршрутизации; он использует запрос только как входные данные для хеш-функции.

Когда применяется

• Условия работы: Алгоритм выбора сервера применяется при получении каждого запроса фронтенд-сервером.
• Триггеры активации: Изменение маршрутизации активируется по истечении текущего временного интервала. Поскольку длина интервала случайна (согласно Claim 1), время изменения маршрутизации непредсказуемо.

Пошаговый алгоритм

Описание процесса на основе рандомизированного подхода (Claim 1).

1. Инициализация Интервала: Система определяет длину для нового временного интервала, используя генератор случайных чисел.
2. Инициализация Семени: Система определяет случайное семя (Random Seed) для этого интервала, используя другой (или тот же) генератор случайных чисел.
3. Получение Запроса: Фронтенд-сервер получает входящий запрос.
4. Конвертация: Запрос конвертируется в числовое представление (Query Number). Например, путем преобразования текста в ASCII или Unicode.
5. Хеширование: Выполняется операция хеширования над комбинацией (например, суммой или конкатенацией) Query Number и текущего Random Seed.
6. Выбор Сервера: Результат хеширования (Hash Value) используется как индекс в хеш-таблице для выбора конкретного бэкенд-сервера. Может применяться операция взятия остатка от деления на количество доступных серверов.
7. Маршрутизация: Запрос отправляется на выбранный бэкенд-сервер.
8. Обработка (на бэкенде): Бэкенд-сервер проверяет локальный кэш на наличие готового результата для этого запроса.
   • Если есть: Возвращает кэшированный результат.
   • Если нет: Вычисляет результат (обращается к индексу/базе данных), кэширует его для будущих запросов в этом интервале и возвращает его.
9. Проверка Истечения: Система проверяет, истек ли текущий временной интервал.
   • Если ДА: Процесс возвращается к Шагу 1 (генерация новых случайных параметров).
   • Если НЕТ: Система ожидает следующий запрос и использует текущие параметры (возврат к Шагу 3).

Какие данные и как использует

Данные на входе

Патент фокусируется исключительно на инфраструктурной маршрутизации и не использует стандартные SEO-факторы.

• Контентные, Технические, Ссылочные, Поведенческие факторы: Не используются в описанном механизме.
• Временные факторы: Время используется для определения моментов смены временных интервалов. В рандомизированном варианте используются случайные числа, которые меняются с течением времени (Random Seed). В детерминированном варианте используется непосредственно временная метка (timestamp).
• Данные запроса: Текст запроса является основным входным параметром для хеширования.

Какие метрики используются и как они считаются

• Query Number: Числовое представление запроса. Рассчитывается путем конвертации текста.
• Random Seed: Случайное число, уникальное для временного интервала. Генерируется случайным образом.
• Hash Value: Результат хеширования. Рассчитывается как Hash(Query Number + Random Seed).
• Server ID: Идентификатор сервера. Может рассчитываться как Hash Value % Number_of_Servers (операция взятия остатка от деления).

Альтернативный детерминированный метод (описан в патенте, но не в Claim 1):

Патент также описывает вариант, где вместо Random Seed используется детерминированное число на основе временной метки и количества серверов.

• Quantize_time (Квантованное время) (Eq. 1): $floor(timestamp$

Выводы

Патент описывает внутренние процессы Google без прямых рекомендаций для SEO.

1. Инфраструктурный фокус: Патент полностью посвящен оптимизации инфраструктуры поисковой системы, а именно — маршрутизации запросов от фронтенд- к бэкенд-серверам.
2. Баланс Кэширования и Безопасности: Изобретение решает дилемму между необходимостью статической маршрутизации для эффективного кэширования и необходимостью динамической маршрутизации для балансировки нагрузки и защиты от DDoS-атак.
3. Временно-зависимое Хеширование: Ключевой механизм — time-dependent hashing. Маршрутизация стабильна в течение определенного временного интервала, но изменяется по его истечении.
4. Рандомизация как защита: Основной вариант реализации (Claim 1) использует рандомизацию как длины временного интервала, так и «семени» (Random Seed) для хеширования. Это делает поведение системы непредсказуемым для внешних наблюдателей.
5. Отсутствие SEO-инсайтов: Патент не содержит информации об алгоритмах ранжирования, факторах оценки качества контента, ссылок или любых других сигналов, используемых для определения позиций сайтов в выдаче. Практических выводов для SEO-стратегии нет.

Практика

Патент является инфраструктурным и не дает практических выводов для SEO.

Best practices (это мы делаем)

Патент не предоставляет прямых рекомендаций для SEO-специалистов. Он описывает, как Google оптимизирует свою собственную производительность. Косвенно, это подтверждает, что скорость ответа поисковой системы является приоритетом для Google (за счет оптимизации кэширования), но не дает новых знаний о том, как SEO-специалистам оптимизировать свои сайты.

Worst practices (это делать не надо)

Патент не направлен против каких-либо конкретных SEO-тактик или манипуляций с выдачей. Он направлен на защиту инфраструктуры Google от перегрузки и целенаправленных атак (DDoS) на конкретные бэкенд-серверы.

Стратегическое значение

Стратегическое значение для SEO равно нулю. Патент интересен с точки зрения понимания сложности, масштабируемости и мер безопасности, применяемых в инфраструктуре Google, но он не влияет на долгосрочную или краткосрочную SEO-стратегию.

Практические примеры

Практических примеров применения в SEO нет. Ниже приведен пример работы описанной инфраструктуры.

Сценарий: Маршрутизация запроса «погода в Москве»

1. Начало Интервала (00:00:00): Система случайно определяет длину интервала = 12 минут. Система случайно определяет Random Seed = 583.
2. Обработка запросов (00:00:01 — 00:11:59): Каждый раз, когда пользователь вводит запрос «погода в Москве», фронтенд-сервер выполняет хеширование: Hash(«погода в Москве» + 583). Допустим, результат указывает на Бэкенд-Сервер №10.
3. Кэширование: Первый запрос обрабатывается Сервером №10, результат кэшируется. Все последующие идентичные запросы в течение этих 12 минут также направляются на Сервер №10 и получают быстрый ответ из кэша.
4. Конец Интервала (00:12:00): Интервал истек. Система случайно определяет новую длину интервала = 8 минут. Система случайно определяет новый Random Seed = 912.
5. Обработка запросов (00:12:01 — 00:19:59): Теперь фронтенд-сервер выполняет хеширование: Hash(«погода в Москве» + 912). Результат теперь указывает на Бэкенд-Сервер №25.
6. Результат: Нагрузка перераспределена, и злоумышленник, пытавшийся атаковать Сервер №10, теперь направляет трафик не по адресу.

Вопросы и ответы