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オリジンサーバーの負荷のオフロードを いかに実現するか(1)

〜分散型と集中型の違いとは〜

CDNは、コンテンツ配信サーバー(オリジンサーバー)とエンドユーザーデバイス(PCやモバイルデバイス)間の通信を高速化するための仕組みです。通信が高速化されればユーザーエクスペリエンスが高まり、ユーザーの満足度は向上します。

その一方でCDNには、オリジンサーバーの負荷を軽減(オフロード)できるというメリットもあります。

 

CDNが通信を高速化できるのは、以下の様な仕組みによります。

  • ● CDNベンダーは予めエンドユーザーの近くにキャッシュサーバーを配置しておく
  • ● ユーザーがリクエストしたコンテンツをキャッシュサーバーに保管する
  • ● 別のユーザーが以前リクエストしたコンテンツがキャッシュサーバーにあれば、そこからコンテンツを配信する

 

このため、ユーザーは物理的に近くのキャッシュサーバーからコンテンツを取得することができ、高速でレスポンスの良いユーザーエクスペリエンスを得られるのです。

 

この仕組みによるもう一つのメリットが、オリジンサーバーの負荷のオフロードです。キャッシュサーバーがユーザーからのリクエストを処理してくれれば 、オリジンサーバーまでリクエストは上がってこず、負荷はかかりません。

 

ところが、コンテンツが公開されたばかりでキャッシュサーバーに最新のコンテンツが無い場合(キャッシュミス)、各キャッシュサーバーからオリジンサこのリクエストが集中すると、オリジンサーバーにリクエストが送られます。このリクエストが集中すると、オリジンサーバーに大きな負荷がかかります。

 

多くのCDNでは、世界中にキャッシュサーバーを配置することで、高速にコンテンツ配信を行うアーキテクチャになっています。しかし、CDNによってアーキテクチャに対する考え方の違いもあります。その一つが、キャッシュの数とその機能に関する考え方です。

■分散型アーキテクチャと集中型アーキテクチャ

CDNには、多数の配信拠点(PoP: Point of Presence)に少数のキャッシュサーバーを分散して配置する「分散型アーキテクチャ」と、少数の主要なPoPに多数のキャッシュサーバーを配備する「集中型アーキテクチャ」があります。

分散型は、エンドユーザーが近くのPoPにアクセス出来た場合、レイテンシを抑えることができるというメリットがあります。反面、PoPが分散されているためキャッシュが貯まりづらく、またインターネット全体に設置されたキャッシュサーバーの台数が多くても、実際にエンドユーザーがアクセスする個々の PoPのキャパシティが小さいため、有効期間内のキャッシュが削除されたりしがちです。

集中型のアーキテクチャでは、ユーザーからPoPがネットワーク的に数ホップ程度遠くなることがありますが、キャッシュサーバーをユーザーの集中する地域を慎重に見極めて配置することでレイテンシの増加は最低限に抑えられます。日本のように特定の地域に人口が集中している場合には特に有効です。また 、分散型よりも少ないキャッシュサーバーの台数でもPoP辺りのキャパシティが大きいため、多くのリクエストに対してキャッシュで返答することができま す。

 

各々にメリットとデメリットがあり、どちらのアーキテクチャが優れているという問題ではありませんが、オリジンサーバーのオフロードという観点から見 ると、集中型に軍配が上がります。

 

集中型を採用するライムライトの例を見てみると、全世界を80箇所強の大規模なPoPでカバーしています。エンドユーザーからのリクエストは全世界のPoPで処理されますが、ライムライトのPoPは階層化されているため、キャッシュミスが起こった場合は各PoPからオリジンに最も近いPoPにキャッシュの有無を問い合わせます。最寄りPoPにキャッシュがない場合のみ、最寄りPoPから オリジンサーバーに最小回数のリクエストが発生します。このためオリジンサ ーバーは最寄りのPoPからの僅かなリクエストだけ処理すれば良いということになります。

 

分散型の場合には、前述の通りキャッシュが貯まりづらく、またPoPが階層化されていないため世界各地のPoPからオリジンに対して個別にリクエストが発生します。その結果、オリジンサーバーのオフロード率は限定的になります。

 

ライムライトのCDNは、大規模なPoPを効率的に活用してキャッシュ効率を高め、キャッシュミス時にも大量のエンドユーザーからのリクエストを最寄りPoPに集約することでオリジンサーバーの負荷を下げつつ、PoP間を高速なバックボーンで接続してコンテンツを素早く配信することで全体のレスポンスを高速化することが可能な仕組みになっています。

 

ライムライトのCDNの構造について詳細はこちらから