はじめに
CDNとは何か
CDN（コンテンツ・デリバリー・ネットワーク）は、世界中に点在する多数のサーバやデータセンター（PoP）を使い、利用者の近くからコンテンツを届ける仕組みです。Webページの画像や動画、ファイル配布などを、遠くの元のサーバではなく近くのキャッシュサーバから配信します。
具体的なイメージ
たとえば、日本の利用者がアメリカにあるサーバ上の動画を見たいとき、通常はそのアメリカのサーバへ直接アクセスします。CDNを使うと、動画は日本国内のPoPにキャッシュされ、利用者は近くのサーバから再生できます。これにより読み込みが速くなり、操作感が良くなります。
CDNがもたらす主な利点
- 配信速度の向上：距離が短くなるため待ち時間が減ります。
- オリジンサーバの負荷軽減：同じコンテンツへのアクセスを分散します。
- 可用性の向上：1台のサーバに問題が起きても他のPoPで代替できます。
- セキュリティ機能：DDoS対策や不正アクセス防止などの仕組みを提供することが多いです。
よく使われる用途
Webサイトの静的コンテンツ（画像・CSS・JavaScript）、動画配信、モバイルアプリ向けのデータ配信、ソフトウェアの更新配布、地図タイル配信などです。これらは特に遅延や負荷の影響を受けやすいため、CDNの効果が分かりやすいです。
CDNとデータセンターの関係
CDNの基本構成
CDNは世界中の複数のデータセンターと、そこに置かれたキャッシュ（複製）サーバで成り立ちます。各拠点はインターネットの“エッジ”に近い場所、つまり利用者が多い都市やネットワーク境界に配置されます。たとえば東京や大阪、主要な海外都市に分散配置します。
ルーティング（DNSとAnycast）
利用者のリクエストはDNSやAnycastと呼ばれる仕組みで、最も近いCDN拠点に導かれます。DNSは利用者の所在地に基づいて近いサーバのIPを返します。Anycastは同じIPを複数拠点で使い、経路情報により自動的に最短の拠点へ到達します。
リクエストの流れ
- 利用者がURLを開く
- DNS/Anycastで最寄りのCDN拠点へルーティング
- 拠点内のキャッシュサーバにコンテンツがあれば即座に返送
- なければオリジン（元のサーバ）から取得してキャッシュし、利用者に返す
配置の意図と利点
エッジに近い配置は応答時間を短くし、ネットワーク負荷を分散します。結果としてページ表示が速くなり、アクセス集中時の耐久性も高まります。また地域ごとの規制やコスト最適化にも役立ちます。
CDNデータセンターの役割
概要
CDNデータセンターは、ユーザーに近い場所でデータを配信し、オリジンサーバの負荷を下げる役割を果たします。主にキャッシュ配信とトラフィック制御を担い、パフォーマンスと可用性を高めます。
キャッシュによる高速配信
静的ファイル（画像、CSS、JavaScript、動画の一部）を各拠点で保管し、ユーザーへ近い場所から素早く返します。たとえば画像をCDNに置くと、読み込みが速く表示が安定します。
オリジンサーバの負荷分散
多数のリクエストをエッジ側で処理するため、オリジンサーバに届くトラフィックが減ります。ピーク時の負荷を低く保てるため、サーバ台数を減らせることもあります。
セキュリティと可用性
DDoSの緩和、WAF（不正なアクセスの遮断）、TLS終端（暗号処理の代行）、レート制御などをエッジで行い、攻撃や過負荷からアプリケーションを守ります。また、複数拠点で配信するため、ある拠点が障害でも他で補えます。
運用上の注意点
キャッシュの有効期限や更新（purge）の運用を設計してください。動的コンテンツは適切に扱わないと古い情報を返す恐れがあります。したがって、キャッシュ設定と証明書管理は定期的に確認します。
一般的な構成（階層）
概要
CDNは階層的に構成します。最前線にあるエッジ（PoP/Edge DC）がユーザーに最も近く、ほとんどのリクエストを処理します。エッジでキャッシュミスが起きると、上位のリージョナルや集約されたデータセンターが参照され、さらに必要があればオリジンサーバーから取得して再キャッシュします。
階層の種類（簡単な例）
- エッジ（PoP）: 都市やISP近くの拠点。例：東京のPoPが東京の利用者に配信します。
- リージョナル: 複数のエッジをまとめる中間層。例：関東エッジ群をまとめて扱います。
- オリジン（上位）: 元のコンテンツを保管するサーバー。例：ウェブサイトの本体やクラウドストレージです。
層ごとの役割
- エッジ: レイテンシを下げ、キャッシュヒットで帯域と遅延を削減します。
- リージョナル: キャッシュミスを吸収し、オリジンへのリクエスト数を減らします。
- オリジン: 最新データや動的コンテンツを提供します。
典型的なリクエストフロー（簡略）
- ユーザー→エッジ（キャッシュ確認）
- ミス→リージョナルに問い合わせ
- リージョナルにも無ければ→オリジン取得、エッジへ再配信
設計時の注意点
- TTLやキャッシュルールは用途に合わせて決めます。動画は長め、APIは短めなど。
- 地理的配置で遅延とコストが変わります。例：ユーザーが多い都市にエッジを置くと効果的です。
- フェイルオーバーと同期を設計し、単一障害点を避けます。
物理DCとCDN DCの違い
主目的
企業向けデータセンター（物理DC）は、自社の基幹システムや業務アプリの安定稼働を目的に設計します。例えば、社内の基幹データベースや社内業務システムを置くことが多いです。一方、CDNのデータセンター（PoP）は、多数の利用者へ素早くコンテンツを届けることを最優先にします。例として、動画や画像、静的ファイルの配信を近くの拠点から提供します。
配置と規模
物理DCは数拠点に集中的に配置し、高い堅牢性を確保します。CDN PoPは世界各地の多数拠点に分散し、利用者に近い場所に設置します。これにより遅延を下げ、アクセス集中にも対応します。
ワークロードと処理内容
物理DCはトランザクション処理やデータベース、バッチ処理などが中心です。CDN PoPはキャッシュやプロキシ、HTTP（L7）処理、TLS終端、画像最適化などを多く行います。つまり役割が明確に異なります。
トラフィックの方向と量
物理DCは業務システム向けの内部トラフィックや取引先との通信が中心です。CDN PoPはインターネットからの大量アクセスをエッジで集中処理し、オリジンサーバーへの負荷を軽減します。
ハードウェアと運用
物理DCは大容量ストレージや高可用性のサーバーを重視します。CDNはネットワーク帯域と高速なキャッシュストレージを重視し、自動化で多拠点を効率的に管理します。
セキュリティと冗長性
物理DCはアクセス制御やバックアップ設計を厳格にします。CDNはDDoS対策や不正リクエストのフィルタリングを重視し、エッジでの冗長化を図ります。
これらの違いを理解すると、設計や運用方針が変わる理由が分かりやすくなります。
