はじめに
本ドキュメントの目的
本書はCDN（コンテンツ配信ネットワーク）とプロキシサーバーの関係、仕組み、技術的構成、そしてビジネス上の利点を分かりやすく解説することを目的とします。専門用語は必要最小限に抑え、具体例を交えて理解を助けます。初心者から技術担当者まで幅広く役立つ内容を目指します。
対象読者
- ウェブサイトやサービスの運用に関わる方
- パフォーマンス改善やコスト削減を検討している方
- ネットワークやインフラの基礎を学びたい方
技術的な背景が浅くても読み進められるよう配慮しています。
ここで学べること
本書では次の点を丁寧に説明します。
– CDNの基本概念と役割（身近な配信例を用いて解説）
– CDNとプロキシサーバーの違いと関係性
– 階層的な構成やリバースプロキシの役割
– 性能向上、通信量削減、セキュリティ機能などの主要な利点
– 実践的な導入例と運用上の注意点
読み方のポイント
章ごとに段階的に理解を深められる構成です。まず第2章で基本を押さし、第3〜5章で技術的な関係や利点を学んでください。第6章では実際の活用例を確認して、導入や改善のヒントを得られます。疑問があれば、該当箇所に戻って具体例を読み直すことをおすすめします。
CDN（コンテンツ配信ネットワーク）の基本概念
CDNとは
CDNは地理的に分散したサーバー群とデータセンターのネットワークです。ユーザーに近い場所にコンテンツを置き、そこから配信します。これにより、オリジンサーバーまでの距離を短くして通信遅延を減らし、表示速度を改善します。
仕組み（簡単な流れ）
- ユーザーがウェブページや動画を要求します。
- DNSやルーティングで最も近いエッジサーバーへ誘導します。
- エッジサーバーにコンテンツのキャッシュがあれば、すぐに配信します。
- キャッシュがなければオリジンサーバーから取得し、キャッシュして配信します。
キャッシュとエッジサーバー
エッジサーバーは画像や動画、CSS、JavaScriptなどの静的ファイルを保存します。保存期間（TTL）は設定で変えられます。キャッシュヒット（保存あり）だと高速に配信し、キャッシュミス（保存なし）だとオリジンに取りに行きます。動的な処理はオリジンで行い、必要に応じて一部をキャッシュすることもできます。
主な利点
- レイテンシー低減：ユーザー体験が向上します。
- サーバー負荷の分散：オリジンサーバーの負担を減らします。
- 帯域幅節約：同じデータを何度も送らずに済みます。
- 可用性向上：障害時でも別のエッジから配信します。
- セキュリティ機能：DDoS対策やアクセス制御を備えることが多いです。
どんな場面で使うか
ウェブサイトの高速化、動画配信、ソフトウェア配布、ゲームのアップデート配信などで広く使われます。規模や用途に応じてキャッシュ設定や配信戦略を調整します。
第3章: CDNとプロキシサーバーの関係性
プロキシサーバーの基本的な役割
プロキシサーバーはクライアントとサーバーの仲介役を果たします。たとえば、会社のネットワーク内から外部にアクセスする際、プロキシが代わりに通信して応答を返すことで、利用者のIPを隠したりアクセス制御をかけたりできます。これを「フォワードプロキシ」と呼びます。
リバースプロキシとしてのCDN
CDNは多くの場合「リバースプロキシ」として動作します。ウェブサイトの正規のサーバー（オリジン）の前に立ち、利用者からの要求を受け取って応答します。これにより、静的な画像や動画をエッジでキャッシュして配信速度を上げたり、不要なアクセスを遮断するファイアウォール機能を提供したりします。
複数のプロキシで構成される分散アーキテクチャ
CDNは世界中のデータセンターに配置された多数のプロキシサーバーで構成されます。近くのエッジサーバーがキャッシュを返すため、海外からのアクセスでも応答が速くなります。負荷が高いときはプロキシ間で負荷分散を行い、オリジンへの負担を減らします。
具体的な機能と例
- キャッシュ: 画像や動画、CSSやJavaScriptを保存して素早く配信します。これでページ表示が速くなります。
- ロードバランシング: リクエストを複数のバックエンドに振り分け、サーバー障害の影響を小さくします。
- セキュリティ: DDoS対策やWAFで攻撃を緩和します。たとえば大量の不正リクエストをエッジで捨てられます。
動作イメージ
ユーザーがページを開くと、まず最寄りのCDNプロキシに問い合わせます。プロキシにキャッシュがあれば即座に返し、なければオリジンから取得して保存します。こうして配信速度と安定性を両立します。
CDNの仕組みと階層的構成
エッジサーバー（最前線）
ユーザーに最も近い場所に置かれるサーバーです。画像や動画、静的なファイルを一時保存（キャッシュ）して、表示を速めます。例えば東京のユーザーは東京のエッジから配信され、遅延が小さくなります。
リージョナルサーバー（中継）
複数のエッジをまとめる中間層です。エッジにないコンテンツをまとめてオリジンから取得し、複数のエッジへ効率よく配ります。トラフィックが集中したときの緩衝材になります。
オリジンサーバー（元の提供先）
元のコンテンツが置かれるサーバーです。動的な処理や最新データはここで行います。CDNはオリジンへのアクセスを減らし、負荷を下げます。
リクエストの流れ
- DNSベースのルーティングで最寄りのエッジへ誘導します。2. エッジにキャッシュがあれば即応（キャッシュヒット）。3. なければリージョンやオリジンへ取りに行き、取得後にキャッシュします（キャッシュミス）。
キャッシュ管理とTTL
コンテンツには有効期限（TTL）を設定します。短ければ新鮮ですがオリジン負荷は増えます。必要に応じて手動でパージ（消去）し、即時反映できます。
障害対策とスケーラビリティ
エッジの障害は別のエッジへ切替え、リージョナルトラフィックで吸収します。したがってアクセス増にも柔軟に対応できます。
CDNの主要な利点と機能
概要
CDNはオリジンサーバーの前に立ち、リバースプロキシとして負荷を分散します。ユーザーに近いエッジで配信するため応答が速くなり、サーバーや回線への負担を減らします。
リバースプロキシと負荷分散
CDNは受けたリクエストを最適なエッジに振り分けます。これにより同時接続が増えてもオリジン負荷を抑え、サービスの安定性を高めます。フェイルオーバー機能で障害時の切替も行います。
コンテンツキャッシュと高速配信
静的ファイル（画像、CSS、JS）をエッジにキャッシュして高速配信します。キャッシュの有効期限（TTL）やCache-Controlで配信を細かく制御できます。キャッシュヒット率が高いほど応答は速くなります。
通信量削減と最適化
圧縮（gzip、Brotli）や画像の自動最適化、HTTP/2・HTTP/3対応で通信量を減らし表示を速めます。TLS終端をCDNで行うとオリジンサーバーの負担も軽くなります。
セキュリティ機能
WAFによる不正リクエスト遮断、DDoS緩和、ボットブロック、レート制限などを提供します。エッジで簡単にルールを適用でき、攻撃の影響を小さくします。
運用性と可観測性
アクセスログ、リアルタイムのメトリクス、キャッシュパージや設定の即時反映により運用が楽になります。A/Bテストや個別ルールの配信もエッジで行えます。
実践的な活用例
概要
大規模なウェブサービスでは、CDNが多くのリクエストを直接さばき、オリジンサーバーへの負荷を下げます。キャッシュされたコンテンツを優先的に配信し、必要なリクエストだけをWAF経由でオリジンに送る仕組みがよく使われます。
1. 大規模サイトの運用例
静的ファイル（画像・CSS・JS）はエッジで長めにキャッシュします。キャッシュヒットはユーザーに短時間で返り、オリジンの負荷を抑えます。キャッシュミスや動的な認証処理はWAFを通してオリジンに渡します。デプロイ時はキャッシュの無効化（パージ）やバージョン付けで短いダウンタイムを実現します。
2. 動画・配信サービス
動画はセグメント化してエッジで配信すると帯域が節約できます。高トラフィック時はエッジがほとんどを処理し、オリジンは最小限の書き戻しや認証のみ担当します。
3. ECサイトでの使い分け
商品画像や共通パーツはキャッシュ、カートや決済はキャッシュしないように分離します。ユーザーごとの表示はエッジ側で一部処理して遅延を減らせます。
4. セキュリティと可用性
WAFをエッジに置くと攻撃を早期に遮断でき、TLS終端やレート制御で負荷を管理できます。グローバル負荷分散とキャッシュ復旧の組み合わせで短い障害時間に耐えます。
運用のポイント
キャッシュヒット率を監視し、TTLとパージの方針を明確にします。ログで挙動を確認し、コストと性能のバランスを定期的に見直してください。
