CDNを使用して静的コンテンツ配信を高速化する

最近のWebサイトおよびアプリケーションは、多くの場合、大量の静的コンテンツをエンドユーザーに配信する必要があります。 このコンテンツには、画像、スタイルシート、JavaScript、およびビデオが含まれます。 これらの静的資産の数とサイズが増えると、帯域幅の使用量が増え、ページの読み込み時間が長くなり、ユーザーのブラウジングエクスペリエンスが低下し、サーバーの使用可能な容量が減少します。

ページの読み込み時間を劇的に短縮し、パフォーマンスを改善し、帯域幅とインフラストラクチャのコストを削減するには、CDN、または c ontent d elivery n etworkを実装して、これらのアセットをキャッシュします地理的に分散したサーバーのセット。

このチュートリアルでは、CDNの概要とその仕組み、およびWebアプリケーションに提供できる利点について説明します。

コンテンツ配信ネットワークは、静的コンテンツをエンドユーザーに配信するために最適化された地理的に分散したサーバーのグループです。 この静的コンテンツは、ほぼあらゆる種類のデータになりますが、CDNは、Webページとその関連ファイル、ストリーミングビデオとオーディオ、および大規模なソフトウェアパッケージの配信に最も一般的に使用されます。

image：http：//assets.digitalocean.com/articles/CDN/without-CDN.png [CDNを使用しないコンテンツ配信の図]

CDNは、さまざまな場所にある複数の_プレゼンスポイント（PoP）で構成され、それぞれが_origin_またはホストサーバーからアセットをキャッシュするいくつかの_edge_サーバーで構成されます。 ユーザーがWebサイトにアクセスして画像やJavaScriptファイルなどの静的アセットを要求すると、その要求はCDNによって最も近いエッジサーバーにルーティングされ、そこからコンテンツが提供されます。 エッジサーバーにアセットがキャッシュされていないか、キャッシュされたアセットの有効期限が切れている場合、CDNは別の近くのCDNエッジサーバーまたはオリジンサーバーから最新バージョンを取得してキャッシュします。 CDNエッジにアセットのキャッシュエントリがある場合（Webサイトが中程度の量のトラフィックを受信する場合にほとんどの場合に発生します）、キャッシュコピーをエンドユーザーに返します。

image：http：//assets.digitalocean.com/articles/CDN/CDN.png [コンテンツ配信ネットワーク（CDN）図]

これにより、地理的に分散したユーザーは、静的コンテンツを受信するために必要なホップ数を最小限に抑え、近くのエッジのキャッシュから直接コンテンツを取得できます。 その結果、レイテンシとパケット損失が大幅に減少し、ページの読み込み時間が短縮され、オリジンインフラストラクチャの負荷が大幅に削減されます。

CDNプロバイダーは、多くの場合、https：//www.digitalocean.com/community/tutorials/digitalocean-community-glossary#ddos-attack [DDoS]の軽減とレート制限、ユーザー分析、ストリーミングまたはモバイル使用の最適化などの追加機能を提供します。追加費用でケース。

ユーザーがWebサイトにアクセスすると、ホストWebサーバーのIPアドレスを含むDNSサーバーから最初に応答を受け取ります。 次に、ブラウザはWebページのコンテンツを要求します。Webページのコンテンツは、HTMLページ、CSSスタイルシート、JavaScriptコード、画像などのさまざまな静的ファイルで構成されることがよくあります。

CDNをロールアウトし、これらの静的アセットをCDNサーバーにオフロードしたら、手動で「プッシュ」するか、CDNにアセットを自動的に「プル」させます（両方のメカニズムはhttps://www.digitalocean.com/ community / tutorials / using-a-cdn-to-speed-up-static-content-delivery＃push-vs-pull-zones [次のセクション]）、Webサーバーにこれらのように静的コンテンツへのリンクを書き換えるよう指示しますリンクは、CDNがホストするファイルを指すようになりました。 WordPressなどのCMSを使用している場合、このリンクの書き換えはhttps://wordpress.org/plugins/cdn-enabler/[CDN Enabler]などのサードパーティプラグインを使用して実装できます。

多くのCDNはカスタムドメインをサポートし、CDNエンドポイントを指すドメインの下にCNAMEレコードを作成できます。 CDNは、このエンドポイント（バックエンドサーバーよりもユーザーにはるかに近いエッジにある）でユーザーリクエストを受信すると、ユーザーに最も近いPoint of Presence（PoP）にリクエストをルーティングします。 このPoPは、多くの場合、インターネット交換ポイント（IxP）に配置された1つ以上のCDNエッジサーバーで構成されます。 次に、CDNの内部ロードバランサーは、このPoPにあるエッジサーバーにリクエストをルーティングし、このサーバーがユーザーにコンテンツを提供します。

キャッシングメカニズムはCDNプロバイダーによって異なりますが、通常は次のように機能します。

特定のCDNがどのように機能し、実装されているかについて詳しくは、CDNプロバイダーのドキュメントをご覧ください。

次のセクションでは、人気のある2種類のCDN、* push および pull * CDNを紹介します。

ほとんどのCDNプロバイダーは、プルゾーンとプッシュゾーンの2つの方法でデータをキャッシュします。

*プルゾーン*では、オリジンサーバーのアドレスを入力し、CDNがサイトで利用可能なすべての静的リソースを自動的に取得してキャッシュします。 プルゾーンは、HTML、CSS、JavaScriptファイルなど、頻繁に更新される中小規模のWebアセットを配信するためによく使用されます。 CDNにオリジンサーバーのアドレスを提供した後、次のステップは通常、静的アセットへのリンクを書き換えて、CDNが提供するURLを指すようにすることです。 その時点から、CDNはユーザーの着信アセットリクエストを処理し、地理的に分散されたキャッシュとオリジンから必要に応じてコンテンツを提供します。

*プッシュゾーン*を使用するには、指定されたバケットまたはストレージの場所にデータをアップロードし、CDNがエッジサーバーの分散艦隊のキャッシュにプッシュします。 通常、プッシュゾーンは、アーカイブ、ソフトウェアパッケージ、PDF、ビデオ、およびオーディオファイルなど、大きくて頻繁に変更されないファイルに使用されます。

ほとんどすべてのサイトはCDNを展開することで得られる利点を享受できますが、一般的に、CDNを実装する主な理由は、オリジンサーバーから帯域幅をCDNサーバーにオフロードし、地理的に分散したユーザーの待ち時間を短縮することです。

これらと、以下のCDNを使用することで得られるその他の主要な利点のいくつかについて説明します。

ボトルネックが帯域幅ではなくオリジンサーバのCPU負荷である場合、CDNは最適なソリューションではない可能性があります。 この場合、NGINXやVarnishなどの一般的なキャッシュを使用したローカルキャッシュは、システムメモリからアセットを提供することで負荷を大幅に削減できます。

CDNを展開する前に、JavaScriptファイルとCSSファイルの最小化と圧縮、WebサーバーのHTTPリクエスト圧縮の有効化などの追加の最適化手順も、ページの読み込み時間と帯域幅の使用に大きな影響を与えます。

ページの読み込み速度を測定して改善するのに役立つツールは、Googleのhttps://developers.google.com/speed/pagespeed/insights/[PageSpeed Insights]です。 要求と応答時間のウォーターフォール内訳と推奨される最適化を提供する別の便利なツールは、https：//www.pingdom.com/ [Pingdom]です。

コンテンツ配信ネットワークは、Webサイトのスケーラビリティと可用性を向上させるための迅速かつ効果的なソリューションです。 最適化されたサーバーの地理的に分散したネットワークに静的アセットをキャッシュすることにより、エンドユーザーのページ読み込み時間とレイテンシを大幅に削減できます。 さらに、CDNを使用すると、ユーザー要求を吸収し、エッジでキャッシュから応答することで帯域幅の使用を大幅に削減でき、帯域幅とインフラストラクチャのコストを削減できます。

WordPress、Drupal、Django、Ruby on Railsなどの主要なフレームワークのプラグインとサードパーティのサポート、DDoS緩和、完全なSSL、ユーザー監視、資産圧縮などの追加機能により、CDNはセキュリティとトラフィックの多いWebサイトを最適化します。