Optimierung des Anwendungserlebnisses für Endnutzer: eine Landschaft im Wandel
Einleitung
Seit seinen Anfängen hat sich das Internet in immer kürzeren Zyklen weiterentwickelt. Angetrieben durch technologische Fortschritte und Marktkräfte wurden dabei die Bereitstellung von Anwendungen verbessert und die Interaktivität erhöht. Unternehmen und Behörden müssen mit den Erwartungen der Nutzer und dem Wettbewerbsdruck Schritt halten. Ältere Technologien, die das Nutzererlebnis beeinträchtigten (z. B. Adobe Flash, HTTP/1.x), sind in den Hintergrund getreten und wurden durch neuere Technologien (z. B. HTML5) ersetzt, die stärker auf das Nutzererlebnis ausgerichtet sind.
In diesem Whitepaper quantifizieren wir einige der jüngeren Veränderungen, die sich auf die Benutzererfahrung auswirken und die IT-Abteilungen für betriebliche Zwecke und ihre Planung für 2017 und darüber hinaus kennen sollten:
- Die Allgegenwärtigkeit von Content Delivery Networks (CDNs)
- Netzwerk-Upgrades in Rechenzentren und bei Dienstanbietern
- Schnellerer Zugang auf der „letzten Meile“ und über Mobilfunk
- Aktualisiertes, auf Leistung optimiertes HTTP-Protokoll
- Weiterentwicklung der Client-Server-Beziehung
CDNs überall
CDN-Anbieter haben die Zahl der von ihnen betriebenen Points of Presence (PoPs) – meist in der Nähe von Ballungszentren – rasch erhöht, um die Latenz bei der Bereitstellung von Inhalten für Nutzer zu reduzieren (in vielen Fällen auf etwa 30 ms). Nachfolgend finden Sie eine Liste der beliebtesten CDNs, die weltweit eine Infrastruktur aufgebaut haben, um eine schnelle Bereitstellung von Inhalten zu gewährleisten.1
Da CDNs sowohl die Anzahl der von ihnen betriebenen PoPs als auch deren Nähe zu den Nutzern erhöht haben und die Nutzerbasis von Anwendungen global geworden ist, setzen Websites zunehmend auf CDNs. Im März 2015 wurden 11 % der im Internet verfügbaren HTML-Inhalte auf CDNs gehostet.2 Im Jahr 2016 war dieser Anteil auf 17 % gestiegen, und im März 2017 lag der Anteil der auf CDNs gehosteten HTML-Inhalte bereits bei 20 %. In weniger als zwei Jahren hat sich die Menge der auf CDNs gehosteten HTML-Inhalte nahezu verdoppelt – eine Entwicklung, durch die sich die Latenz bei der Bereitstellung von Inhalten für Nutzer erheblich verringert hat.
Modernisierte Netzwerke von Rechenzentren und Dienstanbietern
Die Implementierung von 10G-/40G-/100G-Ethernet-Ports (und entsprechend leistungsfähigeren Switches und Routern) verbesserte die Internetleistung für Unternehmensnetzwerke, WAN-Verbindungen und entfernte Endpunkte erheblich. In den nächsten vier Jahren wird die fortgesetzte Umstellung von Unternehmens- und Dienstanbieternetzwerken auf 25G- und 100G-Verbindungen die Bandbreitenkapazität gegenüber 2015 nahezu verfünffachen.3
Die Investitionen in die Modernisierung der Rechenzentrums- und Edge-Infrastruktur haben dazu beigetragen, das Problem zu entschärfen, dass Netzwerke von Dienstanbietern und Unternehmensrechenzentren zu Engpässen für den zum Client fließenden Anwendungsdatenverkehr werden.
Schnellerer Zugang auf der „letzten Meile“ und über Mobilfunk
Aufgrund des zunehmenden Wettbewerbs haben Internetdienstanbieter (ISPs) und Mobilfunkanbieter weltweit die Downloadgeschwindigkeiten auf der „letzten Meile“ (dem letzten Abschnitt der Telekommunikationsnetze, über den Kunden angebunden werden) sowie für Mobilfunknutzer erhöht. Die folgenden Diagramme zeigen die Downloadleistung von ISPs im Jahr 2015 in den USA, Asien und Europa.4
USA
Asien
Europa
Weltweit ist die „letzte Meile“ der Internetanbindung deutlich schneller geworden, und die heute verfügbare Bandbreite trägt zu einer besseren Nutzererfahrung bei Webanwendungen bei.
Aktualisiertes, auf Leistung ausgelegtes HTTP-Protokoll (HTTP/2)
Die Entwicklung der HTTP/2-Spezifikation wurde hauptsächlich durch Leistungsprobleme von HTTP/1.x vorangetrieben. Im Jahr 2012 entwickelte und verbreitete Google SPDY, um die Bereitstellung von Webinhalten zu optimieren und die Ineffizienzen des früheren HTTP/1.1-Protokolldesigns auszugleichen. HTTP/2 baut auf SPDY auf und konzentriert sich vor allem darauf, die Latenz und die Anzahl der TCP-Verbindungen zu reduzieren und gleichzeitig die Kompatibilität mit HTTP/1.1 zu gewährleisten.
Mit dem Ziel, die Leistung zu verbessern, umfasst das HTTP/2-Protokoll die folgenden Änderungen:
- Multiplexing: Ermöglicht mehrere Interaktionen über eine einzige TCP-Verbindung (ähnlich wie bei SPDY).
- Header-Komprimierung: Reduziert die Redundanz, die durch das wiederholte Senden derselben Header entsteht (z. B. Anfrage-URL, User-Agent und Cookies).
- Server-Push: Ermöglicht dem Server, Inhalte basierend auf den angeforderten Inhalten und deren Abhängigkeiten (z. B. JS- und CSS-Dateien) proaktiv an den Endpunkt zu übertragen.
- Ressourcenpriorisierung: Priorisiert die Bereitstellung anhand von Typ und Inhalt und nutzt dabei Gewichtungen und Abhängigkeiten, um die Bereitstellung und Darstellung zu optimieren.
Die führenden Webbrowser-Anbieter kündigten Zeitpläne (siehe Tabelle unten) für die Unterstützung von HTTP/2 an, nachdem die Protokollspezifikation Mitte 2015 von der IETF ratifiziert worden war.
HTTP/2-Anfragen von Webbrowsern auf Endgeräten an Webserver kamen Anfang 2016 auf und haben mit der Veröffentlichung und Verbreitung von Webbrowsern, die den neuen Standard unterstützen, zugenommen. Aktualisierte Webbrowser senden Anfragen an Webserver zunächst über HTTP/2 und handeln bei Bedarf eine Rückstufung auf HTTP/1.x aus. Die folgende Abbildung zeigt die Zunahme der HTTP/2-Kommunikation (zwischen Server und Endgerät) bei Websites weltweit.5
Die Verbesserungen in der HTTP/2-Spezifikation führen zu einer Leistung, die 80 % bis 1000 % höher ist als bei einer HTTP/1.x-basierten Infrastruktur. Um einen Eindruck davon zu bekommen, wie sich die Änderungen an der Spezifikation auf die Leistung in der Praxis auswirken, führen Sie diesen einfachen HTTP-vs.-HTTPS-Test von Anthum durch, der die Unterschiede zwischen den beiden Protokollversionen veranschaulicht.
Entwicklung der Client-Server-Beziehung
Neben diesen Verbesserungen an Infrastruktur und Protokollen verändert sich auch der eigentliche Aufbau von Anwendungen. Während eine Beschleunigung des „Frontends“ früher notwendig war, weil ältere Anwendungen alles an den Client „übertrugen“, verteilt sich die moderne App heute so auf die beiden Hauptkomponenten (Client und Server), dass 90 % des Datenaustauschs mit einer Anwendung (entweder über eine API oder über einen Browser) aus kleinen Datenpaketen bestehen.
Nach dem ersten Laden werden nur noch sehr wenige „Inhalte“ übertragen; der Großteil der Darstellungsschicht (der Benutzeroberfläche) kann mithilfe clientseitiger JavaScript-Bibliotheken (JQuery, Angular usw.) angepasst werden. Das bedeutet, dass Umfang und Art der Daten in Antworten – das primäre Ziel von Technologien zur Frontend-Beschleunigung – drastisch zurückgegangen sind und es sich dabei heute hauptsächlich um JSON oder XML statt um HTML handelt.
Aufgrund dieses architektonischen Wandels nimmt der HTML-Anteil heutiger Apps ab, während der Anteil anderer Kompositionstypen zunimmt (siehe Abbildung unten).6
Da ein erheblicher Teil des JavaScripts (und HTMLs) über CDNs bereitgestellt wird – weil Entwickler die Skripte aus dem Internet einbinden, anstatt sie lokal bereitzustellen –, sind Frontend-Beschleunigungstechniken, die auf diese Inhalte abzielen, für moderne Anwendungen weniger relevant.
Mit dem Aufkommen mobiler Geräte und dem Umstieg von früheren Technologien (z. B. Adobe Flash) auf HTML5 begannen IT-Anwendungsabteilungen, Single-Page-Webanwendungen zu entwickeln, die im Browser bereitgestellt werden. Bei diesen Single-Page-Webanwendungen muss die Seite in der Regel nicht neu geladen werden, wenn der Benutzer durch die verschiedenen Bereiche der Anwendung navigiert. Das Ergebnis sind eine schnellere Navigation, effizientere Netzwerkübertragungen und eine bessere Benutzererfahrung.7 Heutzutage wird die überwiegende Mehrheit der Webanwendungen nach dem „One-Page“-Prinzip entwickelt.
Das ideale Anwendungserlebnis für Endnutzer im Jahr 2017 und darüber hinaus schaffen
Um für die webbasierten Anwendungen, die unter der Kontrolle des IT-Betriebs stehen, ein optimales Endbenutzererlebnis zu schaffen und dauerhaft zu gewährleisten, sollten die folgenden Technologien und Verfahren eingesetzt werden.
Webserver auf das HTTP/2-Protokoll standardisieren.
Durch die Umstellung der Webinfrastruktur auf den HTTP/2-Standard werden die serverseitigen Leistungsprobleme behoben, die HTTP/1 und HTTP/1.1 beeinträchtigten. Neben einem besseren Verbindungsmanagement ermöglicht HTTP/2 Webanwendungsentwicklern, Prioritäten festzulegen, um eine optimierte Bereitstellung und Darstellung von Inhalten in den Webbrowsern der Endgeräte sicherzustellen.
Legen Sie einen Mindeststandard für Webbrowser fest, um sicherzustellen, dass ausschließlich HTTP/2-basierte Anfragen gestellt werden.
Wenn intern (z. B. Mitarbeitende und/oder Auftragnehmer) oder extern (z. B. Kunden und Partner) darauf hingewirkt wird, dass Browser auf Versionen aktualisiert werden, die HTTP/2-Anfragen unterstützen, werden ein automatisches Zurückschalten auf HTTP/1.1 oder 1.0 und eine weniger effiziente Datenübertragung vermieden.
Überprüfen Sie, ob SaaS-Anbieter HTTP/2 in allen Webanwendungen implementiert haben.
Auch hier trägt die Vermeidung einer automatischen Rückstufung auf HTTP/1.1 und 1.0 zu einer höheren Leistung und einer besseren Benutzererfahrung bei.
Stellen Sie sicher, dass Ihr CDN-Anbieter über PoPs verfügt, die geografisch auf die Standorte Ihrer Nutzer und Kunden abgestimmt sind.
Die Nutzung eines CDN-Anbieters mit einem Netzwerk von PoPs, die geografisch auf die Standorte von Mitarbeitern, Auftragnehmern und Kunden abgestimmt sind, reduziert die Latenz bei der Kommunikation zwischen Webbrowsern und CDN-PoPs.
Ziehen Sie Caching-Technologien auf netzwerkbasierten Appliances in Betracht.
Der Einsatz von Netzwerk-Appliances mit integrierter Caching-Technologie vor den Anwendungen trägt dazu bei, die Bereitstellung der für Webseiten benötigten statischen Inhalte zu beschleunigen.
Kostengünstige Open-Source-Web-Caches evaluieren.
Wenn Caching erforderlich ist, sollten Sie einen kostengünstigen und leistungsstarken Open-Source-Webcache mit SSD in Betracht ziehen, beispielsweise Varnish.
Fazit
Geschäftliche Anforderungen und der Trend hin zu Mobile- und Cloud-Computing setzen IT-Abteilungen zunehmend unter Druck, die Benutzererfahrung bei der Bereitstellung geschäftskritischer Anwendungen zu optimieren. Derzeit verändern drei Faktoren die Art und Weise, wie Benutzer Webinhalte erleben. Die Kapazität von CDNs wurde erheblich erweitert, und die Nähe der POPs zu den wichtigsten Benutzergruppen trägt zu geringeren Latenzzeiten bei. Zweitens wurden die Internetprotokolle aktualisiert, um die Gesamtleistung der Kommunikation zwischen Webserver und Client zu verbessern. Drittens hat sich die Beziehung zwischen Internetserver und Client dahingehend verändert, dass die Transaktionen zwischen ihnen nicht mehr so einseitig sind wie früher und die bereitgestellten Daten dynamischer und stärker auf den jeweiligen Benutzer zugeschnitten sind. Angesichts dieser Veränderungen verlieren Strategien, die vor fünf bis sieben Jahren zur Optimierung der Frontend-Anwendungsbereitstellung und Verbesserung der Benutzererfahrung entwickelt wurden, aufgrund der Marktkräfte und der natürlichen Weiterentwicklung der Webtechnologie rapide an Bedeutung.
Die Infrastruktur für Webanwendungen in Unternehmen muss sich entsprechend den Marktveränderungen weiterentwickeln, da andernfalls Leistung und Rendite der IT-Investitionen sinken. Entscheidend für IT-Abteilungen ist, sicherzustellen, dass die für die Benutzererfahrung maßgebliche Infrastruktur (z. B. Webserver, Load Balancer, CDNs und SaaS) auf HTTP/2 aktualisiert wird, das zur Verbesserung der Web-Performance entwickelt wurde.
1 http://www.cdnplanet.com/cdns
2 http://httparchive.org
3 https://technology.ihs.com/589721/data-center-network-equipment-market-tracker-regional-q2-2017
4 https://www.stateoftheinternet.com/resources-connectivity-2015-q1-state-of-the-internet-report.html
5 https://w3techs.com/technologies/details/ce-HTTP/2/all/all
6 http://httparchive.org
7 https://techcrunch.com/2012/11/30/why-enterprise-apps-are-moving-to-single-page-design
VERÖFFENTLICHT AM 29. AUGUST 2017