如何为高可用性（HA）设计API网关架构？

API7.ai

March 12, 2025

API Gateway Guide

はじめに

APIゲートウェイは、現代のマイクロサービスアーキテクチャの基盤として機能し、クライアントリクエストの主要なエントリーポイントとなります。APIトラフィックの処理、ルーティング、セキュリティ、最適化において重要な役割を果たすため、高可用性を持つAPIゲートウェイを設計することは、ダウンタイムを防ぎ、障害を緩和し、シームレスな運用を確保するために不可欠です。

高可用性のAPIゲートウェイアーキテクチャは、以下の2つの主要なコンポーネントで構成されます：

  1. データプレーン: APIトラフィックの処理と転送を担当します。水平スケーリングを可能にするため、ステートレスである必要があります。
  2. コントロールプレーン: APIの設定、ポリシー、メタデータを管理します。APIのスムーズな運用を確保するため、障害に対する耐性が必要です。

この記事では、両プレーンで高可用性を実現するためのベストプラクティスについて、冗長性、負荷分散、ディザスタリカバリ戦略を中心に説明します。

データプレーン: ステートレスでスケーラブルなトラフィック処理の実現

データプレーンは、APIリクエストの処理を担当します。高可用性を実現するためには、以下の主要な設計原則に従う必要があります。

1. 弾力的なスケーリングのためのステートレス設計

適切に設計されたAPIゲートウェイのデータプレーンは、ステートレスであるべきです。つまり、各インスタンスが独立してAPIリクエストを処理できるようにします。これにより、トラフィック負荷に基づいてインスタンスを動的に追加または削除する水平スケーリングが可能になります。

  • なぜステートレスか？ ステートレス設計により、システムは柔軟で耐障害性が高くなります。どのインスタンスもセッションアフィニティに依存せずにリクエストを処理できます。

  • 実装: レートリミット、認証トークン、その他の一時データには、共有ストレージ（例: Redis、Memcached）を使用します。

2. フォールトトレランスのための負荷分散

複数のAPIゲートウェイインスタンス間でトラフィックを効果的に分散するために、データプレーンの前にロードバランサー（LB）を配置する必要があります。

  • レイヤー4（TCP）ロードバランシング: 効率的ですが、HTTPリクエストの可視性がありません。

  • レイヤー7（HTTP）ロードバランシング: より高度なルーティングとSSL終端を提供します。

  • ベストプラクティス: フェイルオーバーを改善し、レイテンシを低減するために、マルチリージョンのロードバランサー（AWS ALB、GCP HTTP LB）を使用します。

3. ダウンタイムなしのアップグレード

APIゲートウェイの更新がトラフィックを中断しないように、ローリングアップデートやブルーグリーンデプロイメントを実装する必要があります。

  • カナリアリリース: 新しいAPIゲートウェイインスタンスを段階的にデプロイし、パフォーマンスを監視してから完全に展開します。

  • ローリングアップグレード: インスタンスを順次置き換えてダウンタイムを防ぎます。

  • ツール例: Kubernetesのローリングデプロイメント、Nginxのグレースフルリロード、Apache APISIXのホットリロード。

コントロールプレーン: 設定の耐障害性を確保する

コントロールプレーンは、APIの設定、認証、ポリシー、アップストリームルーティングルールを管理します。コントロールプレーンはAPIゲートウェイの動作を調整するため、その可用性が重要です。

1. データベースの冗長性と高可用性

ほとんどのAPIゲートウェイのコントロールプレーンは、API設定をデータベースまたは分散キーバリューストアに保存します。このコンポーネントは高可用性を考慮して設計する必要があります。

  • データベースレプリケーション: フェイルオーバーを確保するためにプライマリ-レプリカ構成を使用します（例: PostgreSQL、MySQL）。

  • マルチノード分散ストア: etcdやConsulを使用するAPIゲートウェイの場合、コンセンサスと障害耐性を確保するために少なくとも3ノードを用意します。

  • クラウドベースのストレージ: AWS RDS Multi-AZ、Google Cloud Spanner、またはセルフホスト型のCockroachDBを使用して分散一貫性を確保します。

2. コントロールプレーンの障害への対応

コントロールプレーンが障害を起こした場合、新しいAPI設定を更新できません。ただし、既存のAPIトラフィックは影響を受けないようにする必要があります。耐障害性を確保するためには：

  • データプレーンとコントロールプレーンの分離: データプレーンはステートレスであるため、コントロールプレーンへの依存を避けるために最新の設定をキャッシュする必要があります。

  • フォールバックメカニズム: プライマリコントロールプレーンが障害を起こした場合に備えて、API設定を外部ストレージ（例: AWS S3、Google Cloud Storage）にバックアップとして保存します。

3. 自動設定同期

設定の更新は、すべてのAPIゲートウェイノードに同期して複製される必要があります。戦略には以下が含まれます：

  • プッシュベースの同期: コントロールプレーンがデータプレーンに積極的に更新をプッシュします。

  • プルベースの同期: データプレーンノードが定期的にコントロールプレーンから更新を取得します。

  • ハイブリッドアプローチ: パフォーマンスと一貫性のバランスを取るために、プッシュとプルを組み合わせます。

高可用性APIゲートウェイのベストプラクティス

  1. データプレーンはステートレスであるべき: セッションアフィニティを避け、一時データを分散キャッシュに保存します。

  2. ロードバランサーを使用する: L4/L7ロードバランサーをデプロイしてAPIトラフィックを効率的に分散します。

  3. データベースの冗長性を確保する: コントロールプレーンのストレージを複数のノードまたはリージョンに複製します。

  4. フェイルオーバーメカニズムを実装する: API設定をAWS S3やクラウドストレージに保存してコントロールプレーンの耐障害性を確保します。

  5. 設定キャッシュを有効にする: コントロールプレーンが一時的に利用できない場合でも、APIゲートウェイが動作し続けるようにします。

  6. APIゲートウェイノードを複数リージョンにデプロイする: ノードを地理的に分散させてダウンタイムのリスクを低減します。

結論

高可用性のAPIゲートウェイを設計するには、データプレーンのスケーラビリティとコントロールプレーンの耐障害性を慎重に考慮する必要があります。ステートレス設計の原則に従い、適切な負荷分散を実装し、データベースの冗長性を確保することで、組織は障害に耐えながら高いパフォーマンスを維持するAPIゲートウェイアーキテクチャを構築できます。

Apache APISIXのような現代のAPIゲートウェイソリューションは、高可用性のための組み込みメカニズムを提供しています。自動設定同期、クラウドベースのバックアップ、分散デプロイメントなどのベストプラクティスを統合することで、チームはAPIの信頼性と稼働時間を向上させることができます。

FAQ: APIゲートウェイの高可用性

1. APIゲートウェイはどのように高可用性を確保しますか？

ステートレスなデータプレーン、負荷分散、冗長性のあるコントロールプレーンを使用することで、APIゲートウェイは障害時でも高可用性を維持できます。

2. APIゲートウェイのコントロールプレーンが障害を起こした場合、どうなりますか？

データプレーンは、最後に知られている設定を使用してリクエストを処理し続ける必要があります。AWS S3などのバックアップストレージソリューションが代替設定ソースを提供できます。

3. APIゲートウェイを複数リージョンにデプロイすべきですか？

はい、マルチリージョンデプロイメントにより、データセンターの障害に対する耐性が高まり、グローバルユーザーのレイテンシが低減されます。

次のステップ

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