Proxy-Caching

Proxy-Caching funktioniert, indem Kopien häufig angefragter Webressourcen auf einem Proxy-Server gespeichert werden, wodurch nachfolgende Anfragen für denselben Inhalt direkt aus dem Cache bedient werden können, anstatt sie erneut vom Origin-Server abzurufen.

Überblick über Proxy-Caching

Ein Proxy-Server fungiert als Vermittler zwischen einem Client und einem Origin-Server. Wenn er für das Caching konfiguriert ist, fängt er Client-Anfragen für Webinhalte (wie HTML-Seiten, Bilder, Stylesheets oder Skripte) ab. Wird die angefragte Ressource im lokalen Speicher des Proxys gefunden und als aktuell (fresh) eingestuft, liefert der Proxy sie sofort aus. Andernfalls leitet der Proxy die Anfrage an den Origin-Server weiter, ruft die Ressource ab, liefert sie an den Client und speichert gleichzeitig eine Kopie in seinem Cache für die zukünftige Verwendung.

Vorteile von Proxy-Caching

Die Implementierung von Proxy-Caching bietet mehrere betriebliche Vorteile:

• Reduzierte Latenz: Inhalte, die von einem geografisch näher gelegenen Proxy-Cache bereitgestellt werden, erreichen den Client schneller als Inhalte, die von einem entfernten Origin-Server abgerufen werden, was die wahrgenommene Anwendungsleistung verbessert.
• Reduzierter Bandbreitenverbrauch: Durch die Bereitstellung von gecachten Inhalten minimiert der Proxy die Notwendigkeit, dieselben Daten wiederholt über externe Netzwerkverbindungen herunterzuladen, wodurch Bandbreite gespart wird, insbesondere bei häufig aufgerufenen Ressourcen.
• Reduzierte Last auf Origin-Servern: Caching entlastet Origin-Server von einem erheblichen Teil der Anfragen, wodurch sie mehr einzigartige Anfragen bearbeiten oder mit weniger Belastung arbeiten können, was Überlastungen verhindern und ihre Reaktionsfähigkeit verbessern kann.
• Verbesserte Benutzererfahrung: Schnellere Ladezeiten und eine konsistentere Inhaltsbereitstellung tragen direkt zu einer besseren Erfahrung für Endbenutzer bei.

Funktionsweise von Proxy-Caches: Der Anfragefluss

Der Caching-Prozess umfasst eine Reihe von Schritten:

1. Client-Anfrage: Ein Client (z.B. ein Webbrowser) sendet eine HTTP-Anfrage für eine Ressource an den Proxy-Server.
2. Cache-Suche: Der Proxy-Server empfängt die Anfrage und prüft seinen lokalen Cache auf eine gespeicherte Kopie der angefragten Ressource. Der Cache-Schlüssel wird typischerweise aus der URL und möglicherweise anderen Anfrage-Headern abgeleitet.
3. Cache-Hit (Aktuell): Wenn eine gültige, aktuelle Kopie der Ressource im Cache gefunden wird, liefert der Proxy diese gecachte Kopie sofort an den Client aus. Dies ist der schnellste Pfad.
4. Cache-Hit (Veraltet/Validierung erforderlich): Wenn eine Kopie gefunden wird, die jedoch als veraltet (stale) gilt (ihre Gültigkeitsdauer ist abgelaufen), initiiert der Proxy eine bedingte Anfrage an den Origin-Server. Diese Anfrage enthält Validierungs-Header wie If-Modified-Since oder If-None-Match.
   • Wenn der Origin-Server mit 304 Not Modified antwortet, ist die gecachte Kopie weiterhin gültig, und der Proxy liefert sie an den Client aus, wobei er seine Aktualitätsinformationen aktualisiert.
   • Wenn der Origin-Server mit einer neuen Version der Ressource (200 OK) antwortet, aktualisiert der Proxy seinen Cache mit dem neuen Inhalt, liefert ihn an den Client aus und aktualisiert die Aktualitätsinformationen.
5. Cache-Miss: Wenn keine Kopie der Ressource im Cache gefunden wird oder wenn der Origin-Server anzeigt, dass die gecachte Kopie nicht mehr gültig ist und neuen Inhalt sendet, leitet der Proxy die ursprüngliche Client-Anfrage an den Origin-Server weiter.
6. Origin-Server-Antwort: Der Origin-Server verarbeitet die Anfrage und sendet die Ressource zurück an den Proxy.
7. Caching und Bereitstellung: Der Proxy empfängt die Ressource vom Origin-Server, speichert eine Kopie in seinem Cache (falls caching-fähig) und leitet die Ressource dann an den Client weiter.

Cache-Invalidierung und Aktualität

Die Aufrechterhaltung der Cache-Aktualität ist entscheidend, um sicherzustellen, dass Clients stets aktuelle Inhalte erhalten. HTTP-Caching-Mechanismen basieren hauptsächlich auf Antwort-Headern, die vom Origin-Server bereitgestellt werden.

HTTP-Caching-Header

Origin-Server verwenden spezifische HTTP-Antwort-Header, um Proxys (und Client-Browsern) mitzuteilen, wie Inhalte gecacht werden sollen:

• Cache-Control: Der primäre und mächtigste Header für Caching-Direktiven.
  • max-age=<seconds>: Gibt die maximale Zeitspanne an, für die eine Ressource als aktuell gilt.
  • no-cache: Zwingt den Proxy, die gecachte Kopie vor der Verwendung mit dem Origin-Server neu zu validieren, selbst wenn der Cache-Eintrag nicht veraltet ist. Es bedeutet nicht "nicht cachen".
  • no-store: Verhindert,