En el mundo de la optimización de red, las Redes de Entrega de Contenido (CDNs en inglés) y la Caché juegan un rol vital para mejorar el rendimiento del sitio web y la experiencia de usuario.

Y mientras que ambos apuntan en acelerar los tiempos de carga del sitio web, tienen propósitos y mecanismos distintos.

En este tutorial, indagaremos en profundidad en los detalles de los CDNs y la Caché para entender sus similitudes, sus diferencias, y cómo contribuyen en mejorar la experiencia en línea.

Aquí está lo que cubriremos:

  1. ¿Qué es la caché?
  2. ¿Qué es una red de entrega de contenido (CDN)?
  3. Almacenamiento en Caché vs CDNs – ¿Cuál es la diferencia?
  4. Cuándo usar la Caché
  5. Cuándo usar CDNs
  6. Combinando la Caché y los CDNs
  7. Concluyendo

¿Qué es la caché?

Imagina que eres un bibliotecario que maneja una biblioteca popular. Cada día, los lectores vienen a pedir el mismo conjunto de libros como "Think and Grow Rich" o "The Intelligent Investor".

Inicialmente, buscas estos libros desde sus estantes principales, lo cual lleva tiempo y esfuerzo. Pero pronto, notas un patrón: el mismo conjunto de libros son solicitados de forma repetida por distintos lectores. Entonces, ¿qué haces?

Decides crear una sección especial cerca de la entrada donde mantienes las copias de estos libros que son solicitados frecuentemente. Ahora, cuando los lectores vienen a pedirlos, no tienes que correr a los estantes principales siempre. Sino que, simplemente les entregas las copias desde la sección especial, ahorrando tiempo y haciendo que el proceso sea más eficiente.

Esta sección especial representa a la caché, almacenando libros que son accedidos con frecuencia para recuperarlos rápidamente.

La Caché es una técnica usada para almacenar copias de datos accedidos frecuentemente de forma temporal. Los datos en caché pueden ser desde páginas web e imágenes a resultados de una consulta a una Base de Datos. Cuando un usuario solicita contenido almacenado en caché, el servidor lo devuelve desde la caché en vez de generar uno nuevo, reduciendo de manera significativa los tiempos de respuesta.

Cuando un servidor web recibe una petición, puede seguir diferentes estrategias de caché para manejarlo eficientemente. Una estrategia prevalente es conocida como almacenamiento en caché de lectura:

  1. Solicitud recibida: El servidor web obtiene una solicitud desde un cliente.
  2. Comprobar caché: Primero mira en el caché para ver si la respuesta a la solicitud ya está aquí.
  3. Golpe de caché (cache hit): Si la respuesta está en el caché (hit), devuelve los datos al cliente enseguida.
  4. Falta/pérdida de caché (Cache Miss): Si la respuesta no está en la caché (miss), el servidor le dice a la Base de Datos que busque los datos requeridos.
  5. Almacenar en la caché: Una vez que obtienes los datos desde la Base de Datos, almacena la respuesta en la caché para solicitudes futuras.
  6. Enviar la respuesta: Finalmente, el servidor devuelve los datos al cliente.

Qué considerar cuando se implementa un Sistema de Caché

Decide cuando usar una Caché:

  • Una caché es mejor para datos que son leídos frecuentemente pero modificados con menos frecuencia.
  • Los servidores de Caché no son apropiados para almacenar datos críticos ya que usan memoria volátil.
  • Datos importantes deberían ser almacenados en almacenamientos de datos persistentes para prevenir pérdida en caso de que el servidor de caché reinicie.

Establece una política de vencimiento:

  • Implementa una política de vencimiento para quitar datos que expiraron desde la caché.
  • Evitar poner fechas de vencimiento demasiado cortas (para prevenir recargas de base de datos frecuentes), y demasiado largas (para prevenir datos vencidos).

Mantener la sincronización entre Almacenes de datos y la caché

  • Las inconsistencias pueden surgir debido a operaciones separadas en almacenamiento de datos y la caché, especialmente en entornos distribuidos.

Mitigar fallas:

  • Usa múltiples servidores de caché entre los distintos servidores de datos para evitar puntos únicos de falla.
  • Sobreaprovisionamiento de memoria para acomodar el uso incrementado y prevenir problemas de rendimiento.

Implementa una política de desalojo:

  • Cuando la caché está llena, nuevos elementos podrían causar que los existentes sean quitados (desalojo de caché).
  • Una política de desalojo popular es Least Recently Used (LRU - Menos Usado Recientemente), pero otras políticas como Least Frequently Used (LFU - Menos Usado Frecuentemente) o First In, First Out (FIFO - Primero Adentro, Primero Afuera) se pueden elegir basado en casos de uso específicos.

Aplicaciones del mundo real de almacenamiento en Caché

Plataformas de Redes Sociales: Imagina desplazarte a través de tu muro de Facebook. Gracias a la caché, puedes ver imágenes de perfil, publicaciones en tendencia, y contenido con me-gusta recientes, inclusive si millones de usuarios están accediendo a la plataforma simultáneamente.

Almacenar estos elementos accedidos frecuentemente en caché en servidores o en tu dispositivo minimiza los retrasos y hace que la experiencia sea más fluida y más atractiva.

Páginas E-commerce: Cuando buscas en Amazon por un nuevo aparato, esperas una experiencia de compra perfecta. La Caché juega un rol crucial aquí. Imágenes de productos, descripciones, e información de precios son almacenados en caché, permitiendo que el sitio web muestre los resultados de búsqueda y páginas de los productos rápidamente.

Esto es crucial especialmente durante temporadas picos como los Black Friday o Cyber Monday, donde la caché ayuda en manejar oleadas de tráfico y asegura a los clientes que puedan completar sus compras sin encontrar demoras.

Sistemas de gestión de contenido (CMS): Millones de sitios web se basan en plataformas CMS como WordPress. Para asegurar un rendimiento fluido para todos estos usuarios, muchas plataformas CMS integran plugins de caché. Estos plugins almacenan en caché las páginas accedidas frecuentemente, reduciendo la carga en el servidor y en la base de datos.

Esto se traduce a tiempos de carga de página más rápidos, mejora de clasificación de SEO debido a indexaciones más rápidas por los motores de búsqueda, y un sitio web más "responsive" en general, proveyendo una mejor experiencia para los visitantes.

¿Qué es una red de entrega de contenido (CDN)?

Ahora, imagínate que un CDN es una red global de camiones de entrega de libros. En vez de almacenar todos los libros en una biblioteca central, tienes ramas locales en todo el mundo, cada una con copias de los libros más populares.

Cuando los lectores solicitan un libro, no tienes que enviarlo desde la biblioteca principal. Sino que, los diriges a la rama más cercana, donde pueden tomar una copia rápidamente. Esto se reduce en el tiempo de viaje (tiempo de transferencia de datos) y mantiene a todos contentos con acceso rápido a sus libros favoritos.

En términos técnicos, un CDN es una red de servidores distribuidos en varias ubicaciones globalmente. Su propósito primario es entregar contenido web, tales como imágenes, vídeos, scripts, y hojas de estilo a los usuarios más eficientemente al reducir la distancia física entre el servidor y el usuario.

Cómo funcionan los CDNs:

Primero, imagina que el Usuario A quiere ver una imagen en un sitio web. Hacen clic en un enlace provista por el CDN, como “https://mywebsite.cloudfront.net/image.jpg". Esto solicita la imagen.

Luego, si la imagen no está en el almacén del CDN (caché), el CDN solicita la imagen desde la fuente original, como un servidor web o un S3 de Amazon.

En respuesta a eso, la fuente original devuelve la imagen al CDN. Podría incluir un encabezado Time-to-Live (TTL), indicando cuánto tiempo debería la imagen permanecer en la caché.

Luego, el CDN almacena la imagen y lo sirve al Usuario A. Se mantiene en la caché hasta que el TTL expira.

Luego, digamos que el usuario B solicita la misma imagen. En este punto, el CDN verifica si todavía está en la caché. Si la imagen todavía está en la caché (el TTL no ha expirado), el CDN lo sirve desde allí (un hit). De otra forma (un miss), solicita una copia fresca desde el origen.

Qué considerar cuando se implementa un CDN

  • Costo de gestión: los CDNs cobran por las transferencias de datos. Es aconsejable almacenar en caché contenido accedido con frecuencia, pero no todo.
  • Caducida de la Caché: Establece tiempos de caducidad apropiados. Demasiado largos, y el contenido podría quedar obsoleto. Demasiado cortos, y sobrecargas los servidores de origen.
  • Reserva de CDN: Plan para fallas de CDN. Asegúrate que tu sitio web puede cambiar a que solicite recursos directamente desde el servidor de origen si es necesario.
  • Invalidar archivos: Puedes quitar archivos desde el CDN antes de que expiren usando varios métodos provistos por proveedores de CDN.

Aplicaciones del mundo real de un CDN

Servicios de Transmisión de Vídeo: Imagina que estás en Sidney, Australia, ansiando ver la última temporada de tu show favorito en Netflix. Sin un CDN, los datos hubieran tenido que viajar desde el servidor, digamos, California, llevando a cortes por causa de sobrecarga del buffer y retrasos frustrantes.

Pero gracias a los CDNs, Netflix almacena en caché contenido popular en servidores que son cercanos a ti, en Sindey o en sus regiones circundantes. Esto reduce significativamente la distancia que los datos necesitan viajar, asegurando una reproducción fluida y una experiencia de visualización sin interrupciones, sin importar de tu ubicación.

De hecho, los estudios muestran que los CDNs pueden reducir el tiempo de inicio del vídeo hasta 50%, haciendo una diferencia significante en la satisfacción del usuario.

Distribución de Contenido de Juegos: los jugadores conocen el dolor de esperar actualizaciones de juegos masivos o descargas DLC. Pero compañías como Steam y Epic Games aprovechan los CDNs para hacer las cosas más rápido.

Estas plataformas almacenan en caché archivos de juegos, actualizaciones, y recursos multi-jugador en servidores que son cercanos a las comunidades de juegos. Esto significa que sea que estés descargando un nuevo juego en Nueva York o parcheando tu título favorito en Tokio, los datos no tienen que viajar entre continentes.

Usando CDNs puede disminuir bastante los tiempos de descarga, lo que conlleva a acceso más rápido a los juegos que amas y experiencias de multi-jugador más fluido con retrasos mínimos.

Sitios web de noticias globales: Mantenerse informado sobre eventos globales no debería ser obstaculizado por tiempos de carga lentas. Las grandes organizaciones de noticias como BBC News y el New York Times usan CDNs para asegurarse que sus actualizaciones de las últimas noticias y contenido multimedia alcancen audiencias a nivel mundial instantáneamente.

Al almacenar en caché información crítica como artículos, vídeos, e imágenes en servidores entre diferentes continentes, los CDNs permiten a los sitios web de noticias que entreguen actualizaciones en tiempo real rápidamente, manteniendo a los lectores informados sin importar su ubicación.

Durante eventos importantes o emergencias, esto puede ser especialmente crucial, como se evidenció por un estudio de caso donde una organización de noticias usando un CDN reportó un incremento del 20% en tráfico del sitio web sin ningún problema de rendimiento durante un evento de noticias de última hora.

Almacenamiento en Caché vs CDNs – ¿Cuál es la diferencia?

Similitudes entre la caché y los CDNs:

Rendimiento Mejorado: Tanto como los CDNs y la caché apuntan a mejorar el rendimiento del sitio web al reducir la latencia y acelerar la entrega de contenido.

Uso de Recursos Eficiente: Al servidor contenido almacenado en caché o replicados, ambos enfoques ayudan en optimizar el uso de los recursos y reducir la carga del servidor.

Experiencia de Usuario Mejorada: Tiempos de carga más rápidas llevan a una mejor experiencia de usuario, sea si se logró a través de CDNs o de la caché.

Diferencias entre almacenar en Caché y los CDNs

Alcance:

  • CDNs: los CDNs son una red de servidores ubicados en diferentes lugares geográficos alrededor del mundo.
  • Caché: Almacenar en Caché es un método de almacenamiento contenido web en el dispositivo del usuario en un servidor.

Implementación:

  • CDNs: los CDNs requieren una infraestructura y una configuración separada.
  • Caché: la Caché puede ser implementada dentro de una aplicación web o en un servidor usando reglas y directivas de almacenamiento en caché.

Cobertura geográfica:

  • CDNs: Diseñado para entrega de contenido web a los usuarios alrededor del mundo.
  • Caché: Típicamente usado para mejorar el rendimiento para los usuarios individuales o en una red local.

Arquitectura de red:

  • CDNs: Usan una red distribuida de servidores para almacenar en caché y entregar el contenido.
  • Caché: Esto puede ser implementado usando varios tipos de almacenamiento tales como el disco local, memoria, o una caché del lado del servidor.

Beneficios de rendimiento:

  • CDNs: Proveen entrega de contenido más rápido y más confiable al almacenar en caché el contenido en múltiples ubicaciones.
  • Caché: Mejora el rendimiento al reducir el número de solicitudes al servidor de origen y entrega el contenido más rápido desde una caché local.

Coste:

  • CDNs: Pueden ser más caros de implementar y de mantener debido a la necesidad de una infraestructura separada y costes continuos para el mantenimiento de red.
  • Caché: Puede ser implementado usando infraestructura existente y recursos de servidor, reduciendo potencialmente los costes.

Cuándo usar la Caché

La Caché es ideal para contenido accedido frecuentemente que no cambia con frecuencia. Esto incluye recursos estáticos como imágenes, archivos CSS, y librerías de JavaScript.

Es efectivo particularmente para sitios web con una base de usuarios sustancial que acceden a contenido similar, tales como nuevos sitios web, blogs, y plataformas e-commerce.

La Caché también puede reducir significativamente la carga del servidor y mejorar los tiempos de respuesta para los usuarios, especialmente en escenarios donde la latencia de entrega de contenido se tiene en cuenta.

Cuándo usar CDNs

Los CDNS son invaluables para entregar contenido a una audiencia global, especialmente cuando la distancia geográfica entre los usuarios y los servidores de origen llevan a problemas de latencia.

Son adecuados para servir contenido dinámico, transmitir vídeos, y manejar picos repentinos en el tráfico.

Los CDNs también destacan en escenarios donde el contenido necesita ser entregado con seguridad y consistentemente entre las diversas regiones geográficas, asegurando una experiencia de usuario óptima sin importar la ubicación.

Combinando la Caché y los CDNs

En muchos escenarios, emplear ambos la caché y los CDNs juntos proveen resultados óptimos, particularmente para sitios web dinámicos y aplicaciones donde una mezcla de entrega de contenido estático y dinámico es esencial. Consideremos un sitio web de noticias popular como ejemplo.

Imagina un sitio web de noticias bullicioso que regularmente publica artículos de noticias de último momento, acompañado de imágenes y vídeos. Mientras el contenido de las noticias principal es dinámico y actualizado frecuentemente, las imágenes y los vídeos asociados con artículos más viejos permanecen relativamente estáticos y son accedidos repetidamente por los usuarios.

Para abarcar esto, el sitio web puede implementar una estrategia combinada:

  1. Almacenar en Caché en el servidor de origen: Elementos que se acceden frecuentemente como plantillas de sitio web, menús de navegación, y contenido estático son almacenados en caché directamente en el servidor de origen. Esta caché reduce la carga del servidor y mejora el rendimiento para las cargas de página iniciales.
  2. Almacenamiento en Caché del CDN: El sitio web aprovecha un CDN para almacenar en caché imágenes y vídeos accedidos frecuentemente que están asociados con artículos de noticias en servidores edge ubciados a nivel mundial. Esto asegura que los usuarios, sin importar su ubicación geográfica, puedan acceder rápidamente a estos elementos con una mínima latencia.

Hay muchos beneficios del enfoque combinado, tales como:

  • Tiempos de carga más veloces: Al servir contenido almacenado en caché tanto desde el servidor de origen como desde servidores de CDN, la experiencia de usuario acelera significativamente los tiempos de carga, lo que conlleva a una experiencia de navegación más atractiva.
  • Carga de servidor reducido: al almacenar en caché alivia la presión en el servidor de origen, permitiéndole que procese efectivamente actualizaciones de contenido dinámico mientras sirve elementos estáticos desde la caché.
  • Alcance global mejorada: El CDN asegura que los usuarios a nivel mundial puedan acceder al sitio web y su contenido con retrasos mínimos, independientemente de su proximidad al servidor de origen.

Pero también hay algunos factores a considerar:

  • Invalidación de Caché: Actualizar regularmente contenido almacenado en caché les asegura a los usuarios que accedan a la información más reciente. La mayoría de los CDNs ofrecen mecanismos de invalidación de caché eficientes para facilitar este proceso.
  • Optimización de coste: Siendo que al combinar la caché y los CDNs mejoran el rendimiento, es crucial evaluar la eficacia del coste de almacenar en caché contenido específico. Analizar los patrones de acceso de usuario ayuda en determinar la estrategia óptima de almacenamiento en caché.

Al combinar la caché y los CDNs de manera estratégica, tú y tu equipo pueden crear una infraestructura de entrega de contenido robusta que entrega una experiencia de usuario superior en todo el mundo.

Concluyendo

Tanto como los CDNs y la Caché juegan roles cruciales al optimizar el rendimiento del sitio web y la experiencia de usuario al acelerar la entrega de contenido.

Mientras que la caché almacena datos accedidos frecuentemente de manera local para una recuperación rápida, los CDNs proveen una red de servidores distribuida geográficamente para entregar contenido de forma eficiente a los usuarios a nivel mundial.

Entender sus similitudes en mejora de rendimiento y utilización de los recursos, así también como sus diferencias claves en alcance, implementación, y coste es crucial para elegir el enfoque correcto para tus necesidades específicas.