コンテンツの不思議な方法、または CDN について一言言ってみましょう

免責事項:
この記事には、CDN の概念に精通している読者にとってこれまで知られていなかった情報は含まれていませんが、テクノロジーのレビューの性質を持っています。

最初の Web ページは 1990 年に登場し、そのサイズはわずか数バイトでした。 それ以来、コンテンツは質的にも量的にも拡大してきました。 IT エコシステムの発展により、現代の Web ページはメガバイト単位で測定されるようになり、ネットワーク帯域幅を増加させる傾向は年々強まるばかりです。 コンテンツ プロバイダーはどのようにして地理的に大きな規模をカバーし、どこにいてもユーザーに情報への高速アクセスを提供できるでしょうか? コンテンツ配信および配信ネットワーク (コンテンツ配信ネットワークまたは単に CDN とも呼ばれます) は、これらのタスクに対処する必要があります。

インターネット上には「重い」コンテンツがますます増えています。 同時に、Web サービスの読み込みに 4 ～ 5 秒以上かかる場合、ユーザーは Web サービスを利用したくないことが多数の調査で示されています。 サイトの読み込み速度が遅すぎると、視聴者の損失が発生し、トラフィック、コンバージョン、ひいては利益の減少に確実につながります。 コンテンツ配信ネットワーク (CDN) は、理論上、これらの問題とその結果を排除します。 しかし実際には、いつものように、すべては特定の事件の詳細とニュアンスによって決まります。この分野にはたくさんの事件があります。

分散ネットワークのアイデアはどこから来たのでしょうか?

まずは歴史と用語の定義について簡単に見ていきましょう。 CDN は、多数のユーザーをカバーするインターネット コンテンツへのアクセスを提供する、さまざまな場所に配置されたサーバー マシンのグループのネットワークです。 分散ネットワークの考え方は、ソース サーバーの外側に複数のポイント オブ プレゼンス (PoP) を同時に配置することです。 このようなシステムは、一連の受信リクエストをより高速に処理し、あらゆるデータの応答と転送速度を向上させます。

ユーザーにコンテンツを配信する際の問題は、インターネットの発展のピーク時に深刻に発生しました。 90年代半ば。 当時のサーバーの性能は現代の主力ノートパソコンにも及ばず、負荷に耐えることがほとんどできず、増え続けるトラフィックに対応できませんでした。 Microsoft は、情報ハイウェイに関連する研究に年間数億ドルを費やしました (ビル ゲイツの有名な 640​​ KB がすぐに思い浮かびます)。 これらの問題を解決するには、階層キャッシュを使用し、モデムから光ファイバーに切り替え、ネットワーク トポロジを詳細に分析する必要がありました。 その状況は、線路に沿って疾走し、速度を上げるためにあらゆる手段で近代化された古い機関車を彷彿とさせます。

すでに 90 年代後半には、Web ポータルの所有者は、負荷を軽減して必要なリクエストを提供するには、中間サーバーを使用する必要があることに気づきました。 これが、地理的に世界中に散在するさまざまなサーバーから静的コンテンツを配布する、最初の CDN の登場方法です。 同じ頃、分散型ネットワークをベースとしたビジネスが登場しました。 世界最大 (少なくとも最大手の 1998 つ) の CDN プロバイダーである Akamai は、この分野のパイオニアとなり、XNUMX 年にその取り組みを開始しました。 数年後、CDN は普及し、コンテンツ配信と投稿による収益は毎月数千万ドルに達しました。

今日、私たちはトラフィックの多い商用ページにアクセスしたり、ソーシャル ネットワークで通信したりするたびに CDN に遭遇します。 このサービスは、Amazon、Cloudflare、Akamai、その他多くの多国籍プロバイダーによって提供されています。 さらに、大企業は独自の CDN を使用する傾向があり、コンテンツ配信の速度と品質において多くの利点をもたらします。 Facebook が分散ネットワークを持たず、米国にあるオリジン サーバーだけで満足していた場合、東ヨーロッパのユーザーのプロファイルを読み込むのに大幅に時間がかかる可能性があります。

CDN とストリーミングについて一言

FutureSource Consulting は音楽業界を分析し、2023 年には音楽ストリーミング サービスの加入者数がほぼ 90 億人に達すると結論付けました。 さらに、サービスは収益の XNUMX% 以上をストリーミング オーディオから受け取ることになります。 ビデオの状況も同様で、「遊ぼう」、「オンライン コンサート」、「オンライン シネマ」などの用語は、すでに一般的な用語として定着しています。 Apple、Google、YouTube、その他多くの企業が独自のストリーミング サービスを持っています。

CDN は、初期の導入では主に静的コンテンツを含むサイトに使用されていました。 静的とは、ユーザーのアクション、時間、その他の要因によって変化しない情報です。 パーソナライズされていません。 しかし、ストリーミング ビデオおよびオーディオ サービスの台頭により、分散ネットワークに別の一般的な使用例が追加されました。 世界中の対象ユーザーの近くに配置された中間サーバーにより、負荷のピーク時にもコンテンツへの安定したアクセスが提供され、インターネットのボトルネックが解消されます。

これはどう動かすのですか

すべての CDN の本質はほぼ同じです。つまり、仲介者を使用して、コンテンツをエンド消費者により速く配信できるようにします。 これは次のように動作します。ユーザーがファイルをダウンロードするリクエストを送信すると、そのリクエストが CDN サーバーによって受信され、元のサーバーに XNUMX 回だけ呼び出してコンテンツがユーザーに提供されます。 これと並行して、CDN は一定期間ファイルをキャッシュし、それ以降のすべてのリクエストを独自のキャッシュから処理します。 オプションで、ソース サーバーからファイルをプリロードしたり、キャッシュ保持期間を調整したり、重いファイルを圧縮したりすることもできます。 最も理想的な状況では、ホストはストリーム全体を CDN ノードに渡します。CDN ノードはすでに独自のリソースを使用してコンテンツをユーザーに配信しています。 情報を効果的にキャッシュし、リクエストを XNUMX つのサーバーではなくネットワークに分散することで、トラフィック負荷のよりバランスのとれたものになることは言うまでもありません。

CDN 運用の 200 番目の重要な機能は、データ送信の遅延 (RTT (ラウンド トリップ タイム) とも呼ばれます) の削減です。 TCP 接続の確立、メディア コンテンツ、JS ファイルのダウンロード、TLS セッションの開始、これらすべては ping に依存します。 明らかに、発信元に近ければ近いほど、発信元からの応答をより速く得ることができます。 結局のところ、光の速度にも限界があり、光ファイバー経由で約 75 万 km/s です。 これは、モスクワからワシントンまでの遅延が RTT で約 XNUMX ミリ秒になることを意味し、これには中間装置の影響はありません。

コンテンツ配信ネットワークがどのような問題を解決するかをより深く理解するために、現在のソリューションのリストを以下に示します。

• Google、Yandex、MaxCDN (無料の CDN を使用して JS ライブラリを配布し、世界のほとんどの国で 90 以上の拠点を持っています)。
• Cloudinary、Cloudimage、Google (クライアント最適化サービスおよびライブラリ: 画像、ビデオ、フォントなど)。
• Jetpack、Incapsula、Swarmify など(コンテンツ管理システムのリソースの最適化: bitrix、wordpress など)。
• CDNVideo、StackPath、NGENIX、Megafon (静的コンテンツを配布するための CDN、汎用ネットワークとして使用)。
• Imperva、Cloudflare (Web サイトの読み込みを高速化するソリューション)。

リストの最初の 3 種類の CDN は、メイン サーバーからのトラフィックの一部のみを転送するように設計されています。 残りの 2 つは、ソース ホストからのチャネルを完全に送信する本格的なプロキシ サーバーとして使用されます。

このテクノロジーは誰に、どのようなメリットをもたらすのでしょうか?

理論的には、企業クライアントまたは個人 (B2B または B2C) に製品/サービスを販売するすべての Web サイトは、CDN を実装することで恩恵を受けることができます。 対象となる視聴者、つまり、 ユーザーベースは地理的な場所の外にありました。 ただし、そうでない場合でも、配信ネットワークは大量のコンテンツの負荷分散に役立ちます。

数千のスレッドがサーバー チャネルを詰まらせるのに十分であることは周知の事実です。 したがって、ビデオブロードキャストを一般の人々に配信すると、必然的にボトルネック、つまりインターネットチャネルの帯域幅が形成されます。 Web サイト上にステッチされていない小さな画像が多数ある場合 (製品プレビューなど)、同じことがわかります。 オリジンサーバーは、任意の数のリクエストを処理するときに 6 つの TCP 接続を使用し、ダウンロードをキューに入れます。 CDN を追加すると、リクエストを複数のドメインに分散し、複数の TCP 接続を使用してチャネルの負荷を軽減する必要があります。 また、往復遅延の式は、最も悲惨なシナリオであっても、7 ～ XNUMX RRT の値を与え、TCP+TLS+DNS の形式になります。 これには、デバイス上の無線チャネルのアクティブ化と携帯電話基地局への信号の送信に関連する遅延も含まれます。

オンライン ビジネスにおけるテクノロジーの強みを要約した専門家は、次の点を強調しています。

1. インフラストラクチャの迅速な拡張 + 帯域幅の削減。 サーバーが増える = 情報が保存されるポイントも増えます。 その結果、XNUMX つのポイントが単位時間あたりに処理するトラフィックが少なくなり、スループットが低下する可能性があります。 さらに、最適化ツールが機能し、時間を無駄にすることなくピーク負荷に対処できるようになります。
2. pingが少なくなります。 人々はインターネット上で長時間待つことを好まないことはすでに述べました。 したがって、ping が高いと直帰率が高くなります。 遅延は、サーバー上のデータ処理の問題、古い機器の使用、または単純に考えられていないネットワーク トポロジによって発生する可能性があります。 これらの問題のほとんどは、コンテンツ配信ネットワークによって部分的に解決されます。 ただし、ここで注意しなければならないのは、このテクノロジーを実装する本当の利点は、「消費者 ping」が 80 ～ 90 ミリ秒を超えた場合にのみ現れるということです。これはモスクワからニューヨークまでの距離です。

   

3. データセキュリティ。 DDos (サービス拒否ウイルス攻撃) は、何らかの利益を得るためにサーバーをクラッシュさせることを目的としています。 XNUMX つのサーバーは、分散ネットワークよりも情報セキュリティの脆弱性の影響をはるかに受けます (CloudFlare などの巨大企業のインフラストラクチャをインストールするのは簡単な作業ではありません)。 フィルターを使用し、ネットワーク上でリクエストを適切に分散することで、正当なトラフィックへのアクセスに関して人為的に引き起こされる問題を簡単に防ぐことができます。
4. 高速コンテンツ配信と追加サービス機能。 大量の情報をサーバーネットワーク上に配信することで、最終消費者にオファーを迅速に伝えることが可能になります。 繰り返しますが、例を遠くまで探す必要はありません。Amazon と AliExpress を思い出してください。
5. メインサイトの問題を「隠す」機能。 DNS が更新されるまで待つ必要はなく、DNS を新しい場所に転送して、以前にキャッシュされたコンテンツを配布できます。 これにより、耐障害性が向上します。

メリットを整理しました。 では、どのニッチがこれによって恩恵を受けるかを見てみましょう。

広告事業

広告は進歩の原動力です。 エンジンの焼き付きを防ぐためには、適度な負荷をかける必要があります。 そのため、現代のデジタル世界に対応しようとする広告ビジネスは、「ヘビーコンテンツ」の問題に直面しています。 ヘビー メディアとは、高いネットワーク帯域幅を必要とするマルチメディア広告 (主にアニメーション バナーやビデオ) を指します。 マルチメディアを含む Web サイトは読み込みに時間がかかり、フリーズする可能性があるため、ユーザーの神経の強さが試されます。 ほとんどの人は、利用可能な情報をすべてダウンロードする前であっても、そのようなリソースを放棄します。 広告会社は CDN を活用してこれらの問題を解決できます。

セール

電子商取引は、その対象地域を継続的に拡大する必要があります。 もう XNUMX つの重要な点は、あらゆる市場セグメントに数多く存在する競合他社との戦いです。 Web サイトがユーザーの要件 (読み込みに時間がかかるなど) を満たしていない場合、その Web サイトは人気がなく、一貫して高いコンバージョンを達成することはできません。 CDN を実装すると、さまざまな場所からのデータ要求を処理する際にその利点が証明されるはずです。 また、トラフィック分散は、トラフィックの急増とその後のサーバー障害の防止にも役立ちます。

エンターテインメントコンテンツを備えたプラットフォーム

映画やゲームのダウンロードからビデオのストリーミングまで、あらゆる種類のエンターテイメント プラットフォームがここに適しています。 このテクノロジーは静的データを処理するという事実にもかかわらず、ストリーミング データはリピーターを通じてより速くユーザーに到達できます。 繰り返しますが、CDN 情報のキャッシュは、大規模なポータル、つまりマルチメディア ストレージの所有者にとっての救いです。

オンラインゲーム

インターネット ゲームは別のセクションに配置する必要があります。 広告に大規模な帯域幅が必要な場合、オンライン プロジェクトはさらに多くのリソースを必要とします。 プロバイダーは、サーバーへのアクセス速度 + 美しいグラフィックスによる高いゲーム パフォーマンスの確保という XNUMX つの側面を持つ問題に直面しています。 オンライン ゲームの CDN は、開発者がユーザーの近くにあるサーバーにゲームを保存できる、いわゆる「プッシュ ゾーン」を設ける機会です。 これにより、元のサーバーへのアクセス速度の影響が軽減され、どこでも快適なゲームプレイが保証されます。

CDN が万能薬ではない理由

明らかな利点にもかかわらず、誰もが自分のビジネスにテクノロジーを導入しようとしているわけではありませんし、常に努力しているわけでもありません。 何故ですか？ 逆説的ですが、利点の後にいくつかの欠点が生じ、さらにネットワーク展開に関連するいくつかの点が追加されます。 マーケティング担当者はテクノロジーのあらゆる利点について美しく語りますが、さまざまな状況下ではそれらはすべて無意味になるということを忘れています。 CDN の欠点をさらに詳しく見ると、次の点に注目する価値があります。

• 静的なもののみを使用してください。 はい、最新の Web サイトのほとんどには、動的コンテンツの割合が低いです。 しかし、ページがパーソナライズされている場合、CDN は役に立ちません (大量のトラフィックをアンロードする場合を除いて)。
• キャッシュの遅延。 最適化自体は、配信ネットワークの主な利点の XNUMX つです。 ただし、オリジン サーバーに変更を加えると、CDN がその変更をすべてのサーバーで再キャッシュするまでに時間がかかります。
• 大量のブロック。 何らかの理由で CDN の IP アドレスが禁止された場合、その CDN でホストされているすべてのサイトが閉鎖されます。
• ほとんどの場合、ブラウザーは XNUMX つの接続 (オリジン サーバーと CDN へ) を確立します。 そして、これらはさらに数ミリ秒の待機時間になります。
• 以前に割り当てられたプロジェクト (存在しないものも含む) の IP アドレスにバインドします。 その結果、Google 検索ボットによる複雑なランキングが得られ、SEO プロモーション中にサイトをトップに上げることが困難になります。
• CDN ノードは潜在的な障害点となります。 これらを使用する場合は、システム ルーティングがどのように機能するか、サイトでの作業中にどのようなエラーが発生する可能性があるかを事前に理解しておくことが重要です。
• 当たり前のことですが、コンテンツ配信サービスには料金を支払う必要があります。 一般に、コストはトラフィック量に比例するため、予算を計画するために制御が必要になる場合があります。

重要な事実: CDN がユーザーに近いからといって、低い ping が保証されるわけではありません。 クライアントから別の国または別の大陸にあるホストへのルートを構築できます。 これは、特定のネットワークのルーティング ポリシーと通信事業者との関係 (ピアリング) によって異なります。 多くの大規模な CDN プロバイダーは複数のプランを持っており、対象ユーザーにコンテンツを配信する際のコストは POS の近さに直接影響します。

チャンスはあります - 独自の CDN を立ち上げる

コンテンツ配信ネットワーク サービスを提供する企業のポリシーに不満はありますが、ビジネスを拡大する必要がありますか? 可能であれば、独自の CDN を立ち上げてみてはいかがでしょうか。 これは次の場合に意味があります。

• 現在のコンテンツ配信コストは期待を満たしておらず、経済的に正当化されていません。
• サーバーやチャネル上の他のサイトに近接しない、永続的なキャッシュが必要です。
• 対象ユーザーは、利用できる CDN ポイント オブ プレゼンスが存在しない地域にいます。
• コンテンツ配信時に設定をパーソナライズする必要性。
• 動的コンテンツの配信を高速化する必要があります。
• 第三者サービスにおけるユーザーのプライバシーの侵害およびその他の違法行為の疑い。

CDN を起動するには、ドメイン名、異なるリージョンの複数のサーバー (仮想または専用)、および要求処理ツールが必要です。 SLL 証明書のインストール、静的コンテンツ (Nginx または Apache) を提供するためのプログラムのセットアップと編集、システム全体の効果的な監視を忘れないでください。

キャッシュ プロキシの正しい構成については別の記事で説明するので、ここでは詳しく説明しません。どこにどのパラメータを正しく設定するかについてです。 初期コストとネットワーク展開の時間を考慮すると、既製のソリューションを使用する方が有望である可能性があります。 しかし、現在の状況を踏まえて、数歩先の計画を立てる必要があります。

その結果と

CDN は、トラフィックを多数のユーザーに中継するための追加容量のセットです。 オンライン ビジネスに必要ですか? はい、いいえ、それはすべて、コンテンツがどのような視聴者を対象としているのか、そしてビジネスオーナーがどのような目標を追求しているのかによって異なります。

地域プロジェクトや高度に専門化されたプロジェクトは、CDN の導入によるメリットよりもデメリットの方が多くなります。 リクエストは引き続き最初にソース サーバーに送信されますが、仲介者を経由します。 したがって、ping の減少は疑わしいものの、サービスを使用するための毎月のコストは明確です。 優れたネットワーク機器を持っていれば、既存の情報セキュリティ アルゴリズムを簡単に改善し、サーバーをユーザーの近くに配置して、継続的に無料で最適化と利益を得ることができます。

しかし、中間サーバーについて本当に考えるべきなのは、そのインフラストラクチャが増え続けるトラフィックの流れに対応できない大企業です。 CDN は、広範囲のユーザーにネットワークを迅速に展開したり、快適なクラウド ゲームを提供したり、大規模な商用プラットフォームで商品を販売したりできるテクノロジとして完全に機能します。

ただし、地理的に視聴者が広い場合でも、コンテンツ配信ネットワークが必要な理由を事前に理解することが重要です。 Web サイトの高速化は依然として複雑なタスクであり、CDN の実装によって魔法のように解決できるものではありません。 クロスプラットフォーム、適応性、サーバー部分の最適化、コード、レンダリングなどの重要な機能を忘れないでください。 事前の技術監査と問題を排除するための適切な手段は、その焦点や規模に関係なく、オンライン プロジェクトにとって依然として最適なソリューションです。

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出所： habr.com