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AWS Global Acceleratorによるアプリケーションパフォーマンスの加速：詳細な解説

AWS Global Acceleratorを使用して、グローバルユーザーの優れたアプリケーションパフォーマンスと可用性を実現します。この詳細な解説では、本サービスがどのように静的なanycast IPとAWSグローバルネットワークを利用してインターネットの混雑を回避し、レイテンシを劇的に削減し、ユーザーエクスペリエンスを向上させるかを掘り下げます。アーキテクチャ、耐障害性の向上やトラフィック管理の簡素化といった主なメリット、グローバルWebアプリ、ゲーム、IoTの具体的なユースケースについて学びます。CloudFrontとの違いや導入のベストプラクティスを発見し、真にグローバルで高性能なアプリケーションを構築できるようになります。

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AWS Global Accelerator によるアプリケーションパフォーマンスの加速：詳細解説

今日の相互接続された世界では、ユーザーがどこにいても、アプリケーションはシームレスで低遅延のエクスペリエンスを提供することが期待されています。従来のネットワークアーキテクチャでは、この需要を満たすのに苦労することが多く、パフォーマンスのボトルネック、ユーザーの不満、ビジネスチャンスの喪失につながります。Amazon Web Services (AWS) Global Accelerator は、これらの課題に対処するための強力なソリューションとして登場し、グローバルなユーザーベースに対するアプリケーションの可用性とパフォーマンスを大幅に向上させます。

この記事では、AWS Global Accelerator について包括的に解説します。そのユニークなアーキテクチャに深く掘り下げ、AWS グローバルネットワークを活用してトラフィックを最適化する方法を理解し、その主なメリットを検証します。さらに、一般的なユースケースについて説明し、CloudFront のような他の AWS サービスとの違いを明確にし、実装に関する実践的な洞察を提供して、世界中で優れたアプリケーションパフォーマンスを提供できるよう支援します。

グローバルな課題：遅延とアプリケーションパフォーマンス

アプリケーションがますます分散化し、大陸を越えてユーザーにサービスを提供するにつれて、ユーザーとアプリケーションサーバー間の物理的な距離が重要な要因となります。データは光速で移動しますが、パブリックインターネットを通過するには、数多くのホップ、さまざまなネットワーク条件、潜在的な輻輳ポイントが関わります。これにより、次のような問題が発生する可能性があります。

  • 高い遅延: データがユーザーからアプリケーションへ、そしてアプリケーションからユーザーへ移動するのにかかる時間であり、応答性に直接影響します。
  • パケットロス: データパケットが宛先に到達せず、再送信が必要になり、遅延がさらに増加します。
  • ジッター: パケット到着時間のばらつきで、VoIP やゲームのようなリアルタイムアプリケーションにとって特に有害です。

複数のリージョンにインスタンスをデプロイし、リージョンロードバランサーの後ろに配置するといった従来の従来のアプローチは、ある程度の改善を提供しますが、初期接続のために、しばしば予測不能なパブリックインターネットを介してユーザーのトラフィックをルーティングします。ここで、Global Accelerator のようなサービスが大きな利点を提供します。

AWS Global Accelerator とは？

AWS Global Accelerator は、ローカルおよびグローバルなユーザーのアプリケーションの可用性とパフォーマンスを向上させるネットワーキングサービスです。これは、非常に信頼性が高くパフォーマンスの高い AWS グローバルネットワークバックボーン を介して、ユーザーのトラフィックを 最も近い正常なエンドポイント に誘導することによってこれを実現します。パブリックインターネットを介してトラフィックをルーティングする代わりに、Global Accelerator は AWS の広範なネットワークインフラストラクチャを使用して、ユーザーのエッジロケーションからアプリケーションエンドポイントまでのパスを最適化します。

本質的に、Global Accelerator は、アプリケーションへの固定エントリポイントとして機能する 静的な anycast IP アドレス を提供します。これらの IP アドレスは、世界中の複数の AWS エッジロケーションからアドバタイズされます。ユーザーが接続すると、トラフィックは最も近いエッジロケーションに自動的に誘導され、そこから最適化された AWS プライベートネットワークを通過して、指定されたアプリケーションエンドポイントに到達します。

AWS Global Accelerator の仕組み：アーキテクチャと主要な概念

Global Accelerator の背後にある仕組みを理解するために、その基本的なコンポーネントとそれらがどのように相互作用するかを分解してみましょう。

Anycast IP アドレス

単一のサーバーに固有の従来のユニキャスト IP アドレスとは異なり、Global Accelerator は 2 つの静的な anycast IP アドレス を提供します。これらの IP アドレスは、複数の AWS エッジロケーションから同時にアドバタイズされます。ユーザーがこれらの IP を使用してアプリケーションへの接続を試みると、インターネット上のネットワークルーターは、そのアドレスをアドバタイズしている最も近いエッジロケーションにトラフィックを誘導します。これにより、ユーザーは常に地理的に近い AWS PoP に接続されます。

AWS グローバルネットワークバックボーン

Global Accelerator の真の力は、AWS グローバルネットワーク の活用にあります。ユーザーのトラフィックが静的な anycast IP を介して AWS エッジロケーションに到達すると、AWS の高速で低遅延なプライベート光ファイバーネットワークを介して最適なアプリケーションエンドポイントに移動します。これにより、パブリックインターネットの予測不能な性質が回避され、より一貫したパフォーマンス、ジッターの低減、遅延の短縮につながります。

エッジロケーション（Point of Presence - PoPs）

これらは、AWS グローバルネットワークへの、またはからのユーザー トラフィックの出入り口として機能する地理的に分散されたデータセンターです。Global Accelerator は、これらの PoP を活用して、ユーザーからの着信接続を受信し、効率的に転送します。

トラフィック最適化とヘルスチェック

Global Accelerator は、アプリケーションエンドポイントのヘルス状態とそれらへのネットワークパスのパフォーマンスを継続的に監視します。トラフィックは、地理的に最も近いエンドポイントだけでなく、最適なパフォーマンスを提供する 最も近い正常なエンドポイント にインテリジェントにルーティングされます。これには、ネットワークの輻輳、エンドポイントのヘルス、遅延の測定が含まれます。エンドポイントが正常でなくなったり、ネットワークパスが劣化したりすると、Global Accelerator は自動的にトラフィックを再ルーティングし、高可用性と耐障害性を確保します。

リスナー、エンドポイントグループ、エンドポイント

  • リスナー: クライアントからの着信接続を Global Accelerator が受け入れるポートとプロトコル（TCP/UDP）を定義します。
  • エンドポイントグループ: エンドポイントグループは、特定の AWS リージョンに関連付けられます。複数のエンドポイントグループを持つことができ、それぞれがアプリケーションリソースが存在するリージョンに対応します。各グループの「トラフィックダイヤル」を設定して、そこに誘導されるトラフィックの割合を制御することもできます。
  • エンドポイント: これらは、アプリケーションを提供する実際のリソースです。Global Accelerator は、次のようなさまざまな種類のエンドポイントをサポートしています。
    • Application Load Balancers (ALB)
    • Network Load Balancers (NLB)
    • EC2 インスタンス
    • Elastic IP アドレス
    • VPC リソース（例：VPC 内のプライベート IP アドレスの後ろにあるリソース）。

AWS Global Accelerator を使用する主なメリット

Global Accelerator を活用することで、グローバルアプリケーションにいくつかの魅力的な利点があります。

  1. パフォーマンスの向上と遅延の削減: AWS グローバルネットワークバックボーンを介してトラフィックをルーティングすることにより、Global Accelerator はユーザーが体験する遅延とジッターを大幅に削減し、より応答性の高いアプリケーションを実現します。
  2. 可用性と耐障害性の向上: 自動ヘルスチェックとインテリジェントなトラフィックルーティングにより、Global Accelerator はユーザーリクエストが常に正常なエンドポイントに誘導されることを保証します。リージョン全体またはエンドポイントグループが失敗した場合、トラフィックは別のリージョンの次の最も利用可能な正常なエンドポイントに自動的に再ルーティングされます。
  3. 静的 IP によるトラフィック管理の簡素化: Global Accelerator によって提供される 2 つの静的な anycast IP アドレスは変更されません。これにより、DNS 設定とクライアント側の統合が簡素化され、アプリケーションの基盤となるエンドポイントが変更または移動しても、DNS レコードやクライアント構成を更新する必要がなくなります。
  4. セキュリティの強化: Global Accelerator に到達するトラフィックは、エッジでの AWS Shield Standard の DDoS 保護の恩恵を受け、一般的なネットワークレイヤー攻撃からアプリケーションを保護するのに役立ちます。
  5. トラフィックダイヤルによる重み付けルーティング: トラフィックダイヤルを使用して、さまざまなリージョンエンドポイントグループに誘導されるトラフィックの割合を制御できます。これは、A/B テスト、ブルー/グリーンデプロイメント、計画メンテナンスに最適です。

一般的なユースケース

AWS Global Accelerator は、グローバルなオーディエンスに対して高いパフォーマンスと可用性を必要とする幅広いアプリケーションに最適です。

  • グローバル Web アプリケーション: E コマースサイト、コンテンツ配信プラットフォーム、複数の大陸にまたがるユーザーを持つ SaaS アプリケーション。
  • ゲームサーバー: オンラインマルチプレイヤーゲームの遅延を削減し、応答性の高いエクスペリエンスを向上させます。
  • VoIP およびリアルタイム通信: ビデオ会議や音声通話に、安定した低遅延の接続を保証します。
  • IoT バックエンド: 大量の地理的に分散された IoT デバイスからのデータ送信に対して、一貫した低遅延の接続を提供します。
  • 災害復旧: 複数のリージョンにエンドポイントを維持することにより、Global Accelerator は障害発生時に正常なリージョンにシームレスにフェイルオーバーでき、堅牢な災害復旧戦略をサポートします。

AWS Global Accelerator のセットアップ（概念的な手順）

Global Accelerator のセットアップには、エントリポイントの定義と、それらをアプリケーションのリソースに誘導することが含まれます。

  1. アクセラレータの作成: これは、2 つの静的な anycast IP アドレスを生成する最上位のリソースです。
  2. リスナーの追加: アクセラレータが着信クライアント接続をリッスンするポートとプロトコル（例：TCP 80、TCP 443、UDP 53）を設定します。
  3. エンドポイントグループの作成: アプリケーションにエンドポイントがある AWS リージョンごとに、エンドポイントグループを作成します。「トラフィックダイヤル」（このグループに誘導されるトラフィックの割合）を調整し、このグループ固有のヘルスチェック設定を構成できます。
  4. エンドポイントの追加: 各エンドポイントグループ内で、アプリケーションリソース（ALB、NLB、EC2 インスタンス、EIP）を追加します。個々のエンドポイントの重みを指定して、エンドポイントグループ内でのトラフィックをさらに分散させることができます。
# AWS CLI における概念的な手順（簡略化）

# 1. アクセラレータの作成
aws globalaccelerator create-accelerator \n    --name MyGlobalAppAccelerator \n    --ip-address-type IPV4 \n    --enabled

# 2. リスナーの作成（例：HTTP 用）
aws globalaccelerator create-listener \n    --accelerator-arn <accelerator-arn> \n    --port-ranges FromPort=80,ToPort=80 \n    --protocol TCP \n    --client-affinity NONE

# 3. エンドポイントグループの作成（例：us-east-1）
aws globalaccelerator create-endpoint-group \n    --accelerator-arn <accelerator-arn> \n    --listener-arn <listener-arn> \n    --endpoint-group-region us-east-1 \n    --traffic-dial-percentage 100 \n    --health-check-port 80 \n    --health-check-protocol HTTP \n    --health-check-path /health

# 4. エンドポイントグループへのエンドポイントの追加（例：ALB）
aws globalaccelerator add-endpoints \n    --endpoint-group-arn <endpoint-group-arn> \n    --endpoint-configurations EndpointId=<your-alb-arn>,Weight=100

ヒント：冗長性のために、常に 2 つの静的 IP アドレスを使用してください。Global Accelerator はこれらを自動的に割り当てます。

警告：セキュリティグループとネットワーク ACL が、Global Accelerator のヘルスチェック IP 範囲とクライアント IP からのエンドポイントへのトラフィックを許可していることを確認してください。

AWS Global Accelerator と Amazon CloudFront の比較

どちらのサービスも AWS のグローバルネットワークとエッジロケーションを使用してパフォーマンスを向上させますが、主な目的が異なります。

特徴 AWS Global Accelerator Amazon CloudFront
主な目的 アプリケーション（TCP/UDP）の ネットワークパフォーマンス と 可用性 の向上 コンテンツ配信パフォーマンス（HTTP/HTTPS）の向上
レイヤー レイヤー 4（TCP、UDP）、レイヤー 7（ALB を介した HTTP/HTTPS） レイヤー 7（HTTP、HTTPS）
静的 IP はい、2 つのグローバル静的 anycast IP アドレス いいえ、エッジ配信には変更される DNS レコードを使用
キャッシング いいえ はい、エッジロケーションでコンテンツをキャッシュする
ユースケース ゲーム、VoIP、API、永続接続、動的コンテンツ 静的ウェブサイト、ビデオストリーミング、ダウンロード可能なコンテンツ
エンドポイントタイプ ELB、EC2 インスタンス、EIP、VPC S3 バケット、EC2 インスタンス、ELB、任意の HTTP サーバー

どちらを使用すべきか？

  • キャッシュ不可能なコンテンツ、API、ゲーム、またはリージョンを越えた永続接続や低遅延 TCP/UDP トラフィックを必要とするアプリケーションのパフォーマンスと可用性を向上させたい場合は、Global Accelerator を使用します。
  • 伝統的な Web アプリケーションの場合のように、低遅延で キャッシュ可能な静的または動的コンテンツ（画像、ビデオ、Web ファイル）をユーザーに配信する必要がある場合は、CloudFront を使用します。

両方を一緒に使用する ことも一般的です。CloudFront は静的コンテンツのキャッシュに、Global Accelerator はアプリケーションの動的 API バックエンドへのネットワークパスの最適化に使用します。

ベストプラクティスと考慮事項

  • ヘルスチェック: アプリケーションエンドポイントの運用状況を正確に反映する堅牢なヘルスチェックを構成します。これは、Global Accelerator が正常でないインスタンスからトラフィックを正しくルーティングするために不可欠です。
  • トラフィックダイヤル: 制御されたデプロイメント（例：新しいリージョンまたはバージョンへのトラフィックの段階的な移行）や災害復旧シナリオのためにトラフィックダイヤルを活用します。
  • 監視とロギング: Global Accelerator を CloudWatch および CloudTrail と統合して、パフォーマンスメトリクス、トラフィックフロー、API 呼び出しを監視します。これは、使用パターンを理解し、トラブルシューティングを行うのに役立ちます。
  • セキュリティグループ/NACL: バックエンドリソース（ALB、EC2）のネットワーク構成が、Global Accelerator のヘルスチェックプローブからの着信トラフィック、および Global Accelerator が保持するクライアント IP（またはクライアント IP 保留が有効になっていない、またはサポートされていない場合は Global Accelerator の IP 範囲）からのトラフィックを許可していることを確認してください。
  • コスト管理: プロビジョニングされたアクセラレータの数とデータ転送量に基づく価格モデルを理解します。エンドポイントの使用を最適化して、コストを効果的に管理します。

結論

AWS Global Accelerator は、グローバルなユーザーベースに高性能で可用性の高いアプリケーションを提供することを目指すあらゆる組織にとって、強力で不可欠なサービスです。インターネットルーティングの複雑さを抽象化し、堅牢な AWS グローバルネットワークを活用することにより、遅延の削減と耐障害性の向上により、優れたユーザーエクスペリエンスを提供します。そのアーキテクチャ、主なメリット、および CloudFront のような他の AWS サービスとの連携方法を理解することで、アーキテクトと開発者は、より回復力があり応答性の高いグローバルアプリケーションを構築し、世界中のユーザーが常に一貫した高品質のインタラクションを楽しめるようにすることができます。

Global Accelerator を採用して、アプリケーションのリーチとパフォーマンスを次のレベルに引き上げ、ユーザーが常に最高の体験に接続されていることを保証します。