Optimierung des Application für Endbenutzer: Eine sich verändernde Landschaft

Seit seiner Einführung hat sich das Internet in immer schnelleren Zyklen weiterentwickelt – angetrieben durch technologische Fortschritte und Marktkräfte. Dabei wurden der Bereitstellungsprozess von Application verbessert und die Interaktivität erhöht. Unternehmen und Regierung müssen daran arbeiten, mit den Erwartungen der Benutzer und dem Wettbewerbsdruck Schritt zu halten. Ältere Technologien, die das Benutzererlebnis beeinträchtigten (z. B. Adobe Flash, HTTP/1.x), sind auf der Strecke geblieben und durch neuere Technologien (z. B. HTML5) ersetzt worden, die besser auf das Benutzererlebnis abgestimmt sind.

In diesem Dokument quantifizieren wir einige der jüngsten Änderungen, die sich auf das Benutzererlebnis auswirken und die IT-Gruppen für Betriebs- und Planungszwecke im Jahr 2017 und darüber hinaus verstehen sollten:

• Die Allgegenwart von Content Delivery Networks (CDNs)
• Netzwerk-Upgrades für Rechenzentren und Dienstanbieter
• Schnellere „letzte Meile“ und mobiler Zugriff
• Aktualisiertes, auf Leistung ausgelegtes HTTP-Protokoll
• Entwicklung der Client-Server-Beziehung

CDN-Anbieter haben die Anzahl der von ihnen betriebenen Points of Presence (PoPs) schnell erweitert, meist in der Nähe von Bevölkerungszentren, um die Latenz (in vielen Fällen ca. 30 ms) bei der Bereitstellung von Inhalten für Benutzer zu verringern. 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 die Anzahl der von ihnen betriebenen PoPs sowie deren Nähe zu den Benutzern erhöht haben und die Benutzerbasis für Applications global geworden ist, sind Websites zunehmend auf CDNs angewiesen. Im März 2015 wurden 11 % der im Internet verfügbaren HTML-Inhalte auf CDNs gehostet.² Im Jahr 2016 war diese Zahl auf 17 % gestiegen und im März 2017 betrug der Anteil von über CDNs gehosteten HTML-Inhalten bereits 20 %. In weniger als zwei Jahren hat sich die Menge der auf CDNs gehosteten HTML-Inhalte fast verdoppelt, ein Trend, der die Latenzzeit bei der Bereitstellung von Inhalten für Benutzer erheblich reduziert hat.

Durch die Implementierung von 10G/40G/100G-Ethernet-Ports (und entsprechenden Switches und Routern mit höherer Kapazität) wurde die Internetleistung für Unternehmensnetzwerke, WAN-Verbindungen und entfernt gelegene Endpunkte erheblich verbessert. In den nächsten vier Jahren werden die Netzwerke von Unternehmen und Dienstanbietern weiter auf 25G- und 100G-Verbindungen aufgerüstet, wodurch sich die Bandbreitenkapazität im Vergleich zu 2015 fast verfünffachen wird.³

Durch die Investition in die Modernisierung der Rechenzentrums- und Edge-Infrastruktur konnte das Problem gemildert werden, dass die Netzwerke der Dienstanbieter und die Rechenzentren der Unternehmen Engpässe für den Application zum Client darstellen.

Aufgrund des zunehmenden Wettbewerbs haben Internetdienstanbieter (ISPs) und Mobilfunkanbieter weltweit die Downloadgeschwindigkeiten für die „letzte Meile“ (das letzte Stück der Telekommunikationsnetze, das den Kunden die Konnektivität bereitstellt) und für mobile Benutzer erhöht. Nachfolgend finden Sie Diagramme, die die Download-Leistung von ISPs im Jahr 2015 für die USA, Asien und Europa zeigen.⁴

Weltweit ist die „letzte Meile“ der Internetverbindung viel schneller geworden als je zuvor und die heute verfügbare Bandbreite trägt dazu bei, das Benutzererlebnis mit Applications zu verbessern.

Die Entwicklung der HTTP/2-Spezifikation wurde hauptsächlich durch Leistungsprobleme mit HTTP1.x vorangetrieben. Im Jahr 2012 hat Google SPDY entwickelt und verbreitet, um die Bereitstellung von Webinhalten zu optimieren und die Ineffizienzen des früheren HTTP 1.1-Protokolldesigns zu beseitigen. HTTP/2 baut auf SPDY auf und konzentriert sich dabei in erster Linie auf die Reduzierung der Latenz und der Anzahl der TCP-Verbindungen bei gleichzeitiger Wahrung der Kompatibilität mit HTTP/1.1. 

Mit dem Ziel der Leistungsverbesserung enthält das HTTP/2-Protokoll die folgenden Änderungen:

• Multiplexen: Ermöglicht mehrere Interaktionen in einer einzigen TCP-Verbindung (wie von SPDY bereitgestellt).
• Header-Komprimierung: Reduziert die Redundanz, die durch das wiederholte Senden derselben Header entsteht (z. B. Anforderungs-URL, User-Agent und Cookies).
• Server-Push: Ermöglicht das proaktive Pushen von Inhalten vom Server zum Endpunkt unter Berücksichtigung angeforderter Inhalte und Quellabhängigkeiten (z. B. JS- und CSS-Dateien).
• Priorisierung der Ressourcen: Priorisiert die Übermittlung basierend auf Typ/Inhalt unter Verwendung von Gewichtungen und Abhängigkeiten, um Übermittlung und Darstellung zu optimieren.

Die wichtigsten Webbrowser-Anbieter gaben Zeitpläne (siehe Tabelle unten) für die Einbindung der HTTP/2-Unterstützung bekannt, nachdem die Protokollspezifikation Mitte 2015 von der IETF ratifiziert wurde.

HTTP/2-Anfragen an Webserver von Endpunkt-Webbrowsern begannen Anfang 2016 und nahmen mit der Veröffentlichung und Einführung von Webbrowsern, die für die neue Spezifikation aktiviert sind, zu. Aktualisierte Webbrowser-Anfragen an Webserver werden zuerst in HTTP/2 gestellt und anschließend zurück zu HTTP/1.x ausgehandelt. In der folgenden Abbildung zeigen wir detailliert das Wachstum der HTTP/2-Interaktion (zwischen Server und Endpunkt) von Websites weltweit.⁵

Die Verbesserungen in der HTTP/2-Spezifikation führen zu einer 80 % bis 1000 % schnelleren Leistung als auf einer auf HTTP/1.x basierenden Infrastruktur. Um ein Gefühl dafür zu bekommen, wie sich die Änderungen in den Spezifikationen auf die tatsächliche Leistung auswirken, führen Sie Folgendes aus einfaches HTTP vs. HTTPS-Test von Anthum , der die Unterschiede zwischen den beiden Protokollversionen demonstriert.

Neben diesen Infrastruktur- und Protokollverbesserungen ändert sich auch die tatsächliche Zusammensetzung der Applications . Während früher eine „Front-End“-Beschleunigung notwendig war, weil ältere Applications alles an den Client „pushten“, ist die moderne App so auf die beiden Hauptkomponenten (Client und Server) verteilt, dass 90 % des Austauschs mit einer Application (entweder über die API oder von einem Browser aus) kleine Datenblöcke betreffen.

Über die erste Ladung hinaus wird nur sehr wenig „Inhalt“ ausgeliefert; der Großteil der Präsentationsebene (die Benutzeroberfläche) kann über JavaScript-Bibliotheken auf dem Client (JQuery, Angular usw.) bearbeitet werden. Das bedeutet, dass die Menge und Art der Daten in den Antworten (das primäre Ziel von Front-End-Beschleunigungstechnologien) drastisch abgenommen hat und nun hauptsächlich aus JSON oder XML und nicht mehr aus HTML besteht.

Aufgrund dieses Architekturwandels verringert sich der Anteil HTML-basierter Apps heutzutage, während andere Kompositionstypen zunehmen (siehe Abbildung unten).⁶

Da ein erheblicher Anteil von JavaScript (und HTML) über CDNs bereitgestellt wird (da die Entwickler die Skripte aus dem Internet und nicht lokal einbinden), sind Front-End-Beschleunigungstechniken für diese Inhalte für moderne Applications weniger wichtig.

Mit der Verbreitung mobiler Geräte und der Migration von früheren Technologien (z. B. Adobe Flash) zu HTML5 begannen IT- Applications mit der Entwicklung einseitiger Applications zur Bereitstellung im Browser. Bei diesen einseitigen Applications ist es normalerweise nicht erforderlich, die Seite neu zu laden, während der Benutzer durch die verschiedenen Teile der Application navigiert. Die Ergebnisse sind eine schnellere Navigation, effizientere Netzwerkübertragungen und ein besseres Endbenutzererlebnis.⁷ Heutzutage werden die meisten Web-Apps im Hinblick auf ein „One-Page“-Design entwickelt.

Um das optimale Endbenutzererlebnis für diese webbasierten Applications innerhalb der Kontrolle des IT-Betriebs zu schaffen und aufrechtzuerhalten, sollten die folgenden Technologien und Praktiken eingesetzt werden.

Standardisieren Sie Webserver auf das HTTP/2-Protokoll.

Durch die Aktualisierung der Web-Infrastruktur auf den HTTP/2-Standard werden die serverseitigen Leistungsprobleme behoben, die HTTP/1 und HTTP/1.1 geplagt haben. Zusätzlich zur besseren Verbindungsverwaltung ermöglicht HTTP/2 den Entwicklern von Application , Prioritäten zu setzen, um eine optimierte Bereitstellung von Inhalten und die Erstellung in Endpunkt-Webbrowsern sicherzustellen.

Legen Sie einen Mindeststandard für Webbrowser fest, um sicherzustellen, dass nur HTTP/2-basierte Anfragen gestellt werden.

Wenn interne (z. B. Mitarbeiter und/oder Vertragspartner) oder externe (z. B. Kunden und Partner) Maßnahmen ergriffen werden, um die Browser auf Versionen zu aktualisieren, die HTTP/2-Anfragen unterstützen, wird die automatische Aushandlung zurück zu HTTP/1.1 oder 1.0 verhindert und die Datenübertragung wird weniger effizient.

Überprüfen Sie, ob SaaS-Anbieter HTTP/2 in allen Applications implementiert haben.

Auch hier trägt das Vermeiden der automatischen Aushandlung zurück zu HTTP/1.1 und 1.0 zu einer verbesserten Leistung und einem besseren Benutzererlebnis bei.

Stellen Sie sicher, dass Ihr CDN-Anbieter über PoPs verfügt, die geografisch auf die Standorte Ihrer Benutzer und Kunden ausgerichtet sind.

Durch die Nutzung eines CDN-Anbieters, der über ein Netzwerk von PoPs verfügt, die geografisch auf Mitarbeiter, Auftragnehmer und Kunden ausgerichtet sind, wird die Latenz bei der Interaktion zwischen Webbrowsern und CDN-PoPs reduziert.

Erwägen Sie die Caching-Technologie auf netzwerkbasierten Geräten.

Durch die Nutzung integrierter Caching-Technologie in Netzwerkgeräten vor Applications können Sie die Leistung der auf Webseiten erforderlichen statischen Inhalte steigern.

Bewerten Sie kostengünstige Open-Source-Webcaches.

Wenn Caching erforderlich ist, sollten Sie die Verwendung eines kostengünstigen und leistungsstarken Open-Source-Webcaches mit SSD wie beispielsweise Varnish in Betracht ziehen.

Geschäftsanforderungen und die Umstellung auf mobiles Computing und Cloud-Computing setzen IT-Gruppen immer stärker unter Druck, das Benutzererlebnis zu optimieren und gleichzeitig kritische Applications bereitzustellen. Derzeit gibt es drei Faktoren, die die Art und Weise verändern, wie Benutzer Webinhalte erleben. Die Kapazität von CDNs wurde erheblich erweitert und die Nähe von POPs zu den wichtigsten Benutzerbasen trägt zu einer geringeren Latenz bei. Zweitens wurden Internetprotokolle aktualisiert, um die Gesamtleistung vom Webserver zum Client zu verbessern. Und drittens hat sich die Beziehung zwischen Internet-Server und Client dahingehend verändert, dass die Transaktionen zwischen ihnen nicht mehr so einseitig sind wie früher und die gelieferten Daten dynamischer und benutzerspezifischer sind. Angesichts dieser Veränderungen werden Strategien, die vor 5–7 Jahren entwickelt wurden, um die Bereitstellung von Front-End Application zur Verbesserung des Benutzererlebnisses zu optimieren, durch die Marktkräfte und die natürliche Entwicklung der Webtechnologie schnell entwertet.  

Die Anwendungsinfrastruktur muss sich mit den Marktveränderungen weiterentwickeln, sonst sinkt die Leistung und der Return on Investment der IT. Der Schlüssel für die IT-Abteilungen wird darin bestehen, sicherzustellen, dass die Infrastruktur, die das Benutzererlebnis bereitstellt (z. B. Webserver, Lastenausgleich, CDNs und SaaS), auf HTTP/2 aktualisiert wird, das zur Verbesserung der Web-Leistung 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/