課題41: グローバル展開のマルチリージョン構成
難易度: 🟡 中級
1. 分類情報
| 項目 | 内容 |
|---|---|
| 難易度 | 中級 |
| カテゴリ | グローバルアーキテクチャ・マルチリージョン |
| 処理タイプ | リアルタイム |
| 使用IaC | CDK |
| 想定所要時間 | 6-7時間 |
2. ビジネスシナリオ
企業プロファイル
- 企業名: 〇〇株式会社
- 業種: プロジェクト管理SaaS
- 規模: 従業員100名、エンジニア30名
- 現状: 日本国内ユーザー5万人、海外展開開始
- 展開計画: 米国・欧州市場への進出
現状の課題
〇〇株式会社は日本市場で成功を収め、米国・欧州への展開を計画しています。 しかし、現在の東京リージョン単一構成では以下の問題があります：
| 課題カテゴリ | 問題点 |
|---|---|
| レイテンシ問題 | 米国からのアクセス: 200-300ms、欧州からのアクセス: 250-350ms、リアルタイム協調編集に支障 |
| データレジデンシー要件 | GDPR（EU）: EUユーザーのデータはEU内保存必須、州法（米国）: 一部州でデータローカライゼーション要求、契約要件: 大企業顧客からリージョン指定要求 |
| 可用性リスク | 東京リージョン障害時に全世界でサービス停止、RPO/RTO が顧客SLA要件を満たさない、DR サイトが未整備 |
| スケーラビリティ | 単一リージョンでのキャパシティ制限、ピーク時のリソース競合 |
ビジネス要件
機能要件:
- 日本・米国・欧州の3リージョン展開
- リージョン間のデータ同期
- ユーザーの地理的位置に基づくルーティング
- グローバルセッション管理
非機能要件:
- 各地域からのレイテンシ: 100ms以下
- 可用性: 99.99%（グローバル）
- RPO: 5分、RTO: 15分
- GDPR/データレジデンシー準拠成功指標（KPI）
| 指標 | 現状 | 目標 |
|---|---|---|
| 米国レイテンシ | 250ms | 50ms |
| 欧州レイテンシ | 300ms | 50ms |
| グローバル可用性 | 99.9% | 99.99% |
| RPO | 24時間 | 5分 |
| RTO | 4時間 | 15分 |
3. 達成目標
技術的な学習ポイント
マルチリージョン設計
- Active-Active / Active-Passive 構成
- グローバルロードバランシング
- データレプリケーション戦略
グローバルサービス活用
- Route 53 ジオロケーション/レイテンシールーティング
- CloudFront グローバル配信
- Global Accelerator
- DynamoDB Global Tables
データレジデンシー対応
- リージョン別データ分離
- GDPR 準拠アーキテクチャ
- データ主権の考慮
AWS CDK
- マルチリージョンスタック
- クロスリージョン参照
- 環境別デプロイ
実務で活かせる知識
- グローバル展開時のアーキテクチャ設計判断
- データレジデンシー要件への対応パターン
- マルチリージョン構成のコスト最適化
4. 学習するAWSサービス
メインサービス
| サービス | 役割 | 使用機能 |
|---|---|---|
| Amazon Route 53 | DNSルーティング | ジオロケーション、レイテンシー、ヘルスチェック |
| Amazon CloudFront | CDN・エッジ配信 | グローバル配信、Lambda@Edge |
| AWS Global Accelerator | グローバルネットワーク | 静的IP、最適ルーティング |
| Amazon DynamoDB | グローバルデータベース | Global Tables |
サポートサービス
| サービス | 用途 |
|---|---|
| Amazon Aurora | リージョナルRDB（Global Database） |
| Amazon ElastiCache | リージョナルキャッシュ（Global Datastore） |
| AWS Certificate Manager | SSL/TLS証明書 |
| Amazon S3 | 静的アセット（Cross-Region Replication） |
| AWS Lambda | エッジ処理（Lambda@Edge） |
アーキテクチャ図
| コンポーネント | 役割 |
|---|---|
| Route 53 Geo/Latency | ジオロケーション/レイテンシベースのDNSルーティング |
| CloudFront | 各リージョンのCDN・エッジ配信 |
| ALB | リージョン内ロードバランシング |
| ECS Fargate | API/Webアプリケーション実行 |
| Aurora Primary | 東京リージョンのプライマリDB |
| Aurora Replica | 米国/欧州リージョンのリードレプリカ |
| ElastiCache | リージョナルキャッシュ（Global Datastore） |
| DynamoDB Global Tables | マルチリージョン同期データ（セッション等） |
5. 前提条件と事前準備
必要な環境
bash
# Node.js 18以上
node --version
# AWS CDK
npm install -g aws-cdk
cdk --version # 2.x
# AWS CLI v2
aws --version
# TypeScript
npm install -g typescript
tsc --version
# Docker（コンテナビルド用）
docker --versionAWSアカウント要件
- 3リージョンでのリソース作成権限
- Route 53 ホストゾーン管理権限
- ACM 証明書作成権限
- Global Accelerator 作成権限事前準備スクリプト
bash
#!/bin/bash
# setup-multi-region.sh
# プロジェクト作成
mkdir taskflow-global && cd taskflow-global
# CDK プロジェクト初期化
cdk init app --language typescript
# 必要なパッケージのインストール
npm install @aws-cdk/aws-route53 @aws-cdk/aws-route53-targets \
@aws-cdk/aws-cloudfront @aws-cdk/aws-cloudfront-origins \
@aws-cdk/aws-globalaccelerator @aws-cdk/aws-globalaccelerator-endpoints \
@aws-cdk/aws-dynamodb @aws-cdk/aws-elasticache \
@aws-cdk/aws-ecs @aws-cdk/aws-ecs-patterns \
@aws-cdk/aws-certificatemanager @aws-cdk/aws-ec2
# ディレクトリ構造
cat << 'EOF'
taskflow-global/
├── bin/
│ └── taskflow-global.ts
├── lib/
│ ├── stacks/
│ │ ├── global-stack.ts
│ │ ├── regional-stack.ts
│ │ └── database-stack.ts
│ ├── constructs/
│ │ ├── vpc-construct.ts
│ │ ├── ecs-construct.ts
│ │ └── database-construct.ts
│ └── config/
│ └── regions.ts
├── test/
├── cdk.json
├── package.json
└── tsconfig.json
EOF
# Bootstrap 全リージョン
cdk bootstrap aws://ACCOUNT_ID/ap-northeast-1
cdk bootstrap aws://ACCOUNT_ID/us-east-1
cdk bootstrap aws://ACCOUNT_ID/eu-west-16. アーキテクチャ設計
ルーティング戦略
yaml
# routing-strategy.yaml
routing:
primary:
type: geolocation
rules:
- geo: JP
region: ap-northeast-1
- geo: US
region: us-east-1
- geo: EU
region: eu-west-1
- geo: default
type: latency_based
regions:
- ap-northeast-1
- us-east-1
- eu-west-1
failover:
type: health_check_based
health_check_interval: 30s
failure_threshold: 3
failover_order:
ap-northeast-1:
primary: ap-northeast-1
secondary: us-east-1
us-east-1:
primary: us-east-1
secondary: eu-west-1
eu-west-1:
primary: eu-west-1
secondary: us-east-1
global_accelerator:
enabled: true
endpoint_groups:
- region: ap-northeast-1
weight: 100
health_check_path: /health
- region: us-east-1
weight: 100
health_check_path: /health
- region: eu-west-1
weight: 100
health_check_path: /healthデータレプリケーション戦略
yaml
# data-replication-strategy.yaml
databases:
aurora_global:
primary_region: ap-northeast-1
replica_regions:
- us-east-1
- eu-west-1
replication_lag_target: 1s
failover:
automatic: false # 手動フェイルオーバー推奨
rpo: 1s
rto: 1m
dynamodb_global_tables:
tables:
- name: sessions
regions: [ap-northeast-1, us-east-1, eu-west-1]
consistency: eventual # リージョン間は結果整合性
- name: user_preferences
regions: [ap-northeast-1, us-east-1, eu-west-1]
consistency: eventual
elasticache_global:
primary_region: ap-northeast-1
replica_regions:
- us-east-1
- eu-west-1
replication: async
failover: automatic
s3_replication:
rules:
- source: taskflow-assets-ap-northeast-1
destinations:
- taskflow-assets-us-east-1
- taskflow-assets-eu-west-1
filter: "*"
replication_time: 15m
data_residency:
eu_users:
storage_region: eu-west-1
allowed_regions: [eu-west-1]
gdpr_compliance: true
us_users:
storage_region: us-east-1
allowed_regions: [us-east-1, ap-northeast-1]
jp_users:
storage_region: ap-northeast-1
allowed_regions: [ap-northeast-1]7. トラブルシューティング課題
課題1: リージョン間レプリケーション遅延
症状:
東京で更新したデータが米国で参照できない。
DynamoDB Global Tables のレプリケーションに遅延が発生している。調査コマンド:
bash
# レプリケーション遅延の確認
aws cloudwatch get-metric-statistics \
--namespace AWS/DynamoDB \
--metric-name ReplicationLatency \
--dimensions Name=TableName,Value=taskflow-sessions \
Name=ReceivingRegion,Value=us-east-1 \
--start-time $(date -u -d '1 hour ago' +%Y-%m-%dT%H:%M:%SZ) \
--end-time $(date -u +%Y-%m-%dT%H:%M:%SZ) \
--period 60 \
--statistics Average Maximum
# テーブルの状態確認
aws dynamodb describe-table --table-name taskflow-sessions --region ap-northeast-1
aws dynamodb describe-table --table-name taskflow-sessions --region us-east-1原因と解決:
解答を見る
原因: 複数の原因が考えられる
パターン1: 書き込みスループットの不足
bash
# 書き込みキャパシティの確認
aws dynamodb describe-table --table-name taskflow-sessions \
--query 'Table.ProvisionedThroughput'
# オンデマンドに変更
aws dynamodb update-table \
--table-name taskflow-sessions \
--billing-mode PAY_PER_REQUESTパターン2: 大量書き込みによるバースト
typescript
// アプリケーション側での対策
// 書き込みの分散とバッチ処理
import { DynamoDBClient, BatchWriteItemCommand } from '@aws-sdk/client-dynamodb';
async function batchWriteWithRetry(items: any[], maxRetries = 3) {
const client = new DynamoDBClient({});
let unprocessedItems = items;
let retries = 0;
while (unprocessedItems.length > 0 && retries < maxRetries) {
const result = await client.send(new BatchWriteItemCommand({
RequestItems: {
'taskflow-sessions': unprocessedItems.map(item => ({
PutRequest: { Item: item }
}))
}
}));
unprocessedItems = result.UnprocessedItems?.['taskflow-sessions'] || [];
if (unprocessedItems.length > 0) {
// 指数バックオフ
await new Promise(resolve =>
setTimeout(resolve, Math.pow(2, retries) * 100)
);
retries++;
}
}
}パターン3: ネットワーク問題
bash
# リージョン間の接続確認
# VPC ピアリングやTransit Gatewayの状態確認
aws ec2 describe-vpc-peering-connections
aws ec2 describe-transit-gateway-attachments課題2: フェイルオーバーが機能しない
症状:
東京リージョンのALBがダウンしているのに、
Route 53 がトラフィックを他のリージョンに振り分けない。調査手順:
bash
# ヘルスチェックの状態確認
aws route53 list-health-checks
aws route53 get-health-check-status --health-check-id HC_ID
# DNS レコードの確認
aws route53 list-resource-record-sets \
--hosted-zone-id ZONE_ID \
--query "ResourceRecordSets[?Name=='api.taskflow.example.com.']"原因と解決:
解答を見る
原因: ヘルスチェックの設定不備
解決手順:
typescript
// CDK でのヘルスチェック設定
import * as route53 from 'aws-cdk-lib/aws-route53';
// ヘルスチェックの作成
const healthCheck = new route53.CfnHealthCheck(this, 'AlbHealthCheck', {
healthCheckConfig: {
type: 'HTTPS',
fullyQualifiedDomainName: albDnsName,
port: 443,
resourcePath: '/health',
requestInterval: 10, // 10秒間隔
failureThreshold: 2, // 2回失敗でUnhealthy
enableSni: true,
},
healthCheckTags: [{
key: 'Name',
value: `taskflow-${region}-health`,
}],
});
// フェイルオーバーレコードの設定
new route53.CfnRecordSet(this, 'ApiRecordFailover', {
hostedZoneId: hostedZone.hostedZoneId,
name: `api.${DOMAIN_NAME}`,
type: 'A',
setIdentifier: `failover-${region}`,
failover: isPrimary ? 'PRIMARY' : 'SECONDARY',
healthCheckId: healthCheck.attrHealthCheckId,
aliasTarget: {
dnsName: albDnsName,
hostedZoneId: albHostedZoneId,
evaluateTargetHealth: true,
},
});追加確認事項:
- ヘルスチェックの
evaluateTargetHealthが true か - ALB のターゲットグループのヘルスチェックが正常か
- セキュリティグループで Route 53 ヘルスチェッカーからのアクセスを許可しているか
課題3: GDPR データレジデンシー違反
症状:
EU ユーザーのデータが US リージョンに保存されてしまう。
GDPR 違反の可能性がある。原因と解決:
解答を見る
原因: アプリケーション側でのリージョン判定・ルーティングが不適切
解決策:
typescript
// Lambda@Edge でのリージョン判定強化
exports.handler = async (event) => {
const request = event.Records[0].cf.request;
const headers = request.headers;
const countryCode = headers['cloudfront-viewer-country']?.[0]?.value;
// EU 諸国のリスト（GDPR 対象）
const EU_COUNTRIES = [
'AT', 'BE', 'BG', 'HR', 'CY', 'CZ', 'DK', 'EE', 'FI', 'FR',
'DE', 'GR', 'HU', 'IE', 'IT', 'LV', 'LT', 'LU', 'MT', 'NL',
'PL', 'PT', 'RO', 'SK', 'SI', 'ES', 'SE', 'GB' // UK は Brexit 後も GDPR 類似法
];
if (EU_COUNTRIES.includes(countryCode)) {
// EU ユーザーは必ず EU リージョンへ
request.headers['x-data-residency'] = [{ value: 'eu-west-1' }];
request.headers['x-gdpr-required'] = [{ value: 'true' }];
// EU 以外のオリジンへのリクエストをブロック
const targetOrigin = request.origin?.custom?.domainName || '';
if (!targetOrigin.includes('eu-west-1') && !targetOrigin.includes('api-eu')) {
return {
status: '403',
statusDescription: 'Forbidden',
body: JSON.stringify({
error: 'Data residency violation',
message: 'EU user data must be processed in EU region'
}),
headers: {
'content-type': [{ value: 'application/json' }]
}
};
}
}
return request;
};
// アプリケーション側での追加チェック
class DataResidencyMiddleware {
async handle(req: Request, res: Response, next: NextFunction) {
const dataResidency = req.headers['x-data-residency'];
const currentRegion = process.env.AWS_REGION;
if (dataResidency && dataResidency !== currentRegion) {
// 正しいリージョンへリダイレクト
const correctEndpoint = REGION_ENDPOINTS[dataResidency];
return res.redirect(307, `https://${correctEndpoint}${req.originalUrl}`);
}
next();
}
}DynamoDB でのデータ分離:
typescript
// EU ユーザー専用テーブルを EU リージョンのみに作成
const euUserDataTable = new dynamodb.Table(this, 'EUUserData', {
tableName: 'taskflow-eu-user-data',
partitionKey: { name: 'userId', type: dynamodb.AttributeType.STRING },
billingMode: dynamodb.BillingMode.PAY_PER_REQUEST,
// レプリケーションなし（EU リージョンのみ）
// replicationRegions: [], // 意図的に空
encryption: dynamodb.TableEncryption.CUSTOMER_MANAGED,
encryptionKey: euKmsKey,
});8. 設計課題
設計課題: Active-Active から Active-Passive への切り替え戦略
シナリオ: 〇〇株式会社はコスト削減のため、一部の時間帯で Active-Passive 構成に切り替えることを検討しています。以下の要件を満たす設計を行ってください。
要件:
1. 通常時（日本時間 8:00-22:00）
- Active-Active（全リージョン稼働）
- ジオロケーションルーティング
2. 夜間（日本時間 22:00-8:00）
- Active-Passive（東京のみ稼働）
- 米国・欧州はスタンバイ
- コスト50%削減目標
3. 切り替え要件
- 自動切り替え（EventBridge Scheduler）
- 切り替え時間: 5分以内
- データ整合性の維持
4. 緊急時
- 手動で即座にActive-Active復帰可能
- 復帰時間: 2分以内設計例を見る
Active-Active ↔ Active-Passive 切り替えアーキテクチャ
typescript
// lib/constructs/traffic-scheduler.ts
import * as cdk from 'aws-cdk-lib';
import * as lambda from 'aws-cdk-lib/aws-lambda';
import * as events from 'aws-cdk-lib/aws-events';
import * as targets from 'aws-cdk-lib/aws-events-targets';
import * as iam from 'aws-cdk-lib/aws-iam';
import { Construct } from 'constructs';
export class TrafficSchedulerConstruct extends Construct {
constructor(scope: Construct, id: string) {
super(scope, id);
// トラフィック制御 Lambda
const trafficController = new lambda.Function(this, 'TrafficController', {
runtime: lambda.Runtime.PYTHON_3_11,
handler: 'index.handler',
code: lambda.Code.fromInline(`
import boto3
import json
import os
route53 = boto3.client('route53')
ecs = boto3.client('ecs')
autoscaling = boto3.client('application-autoscaling')
HOSTED_ZONE_ID = os.environ['HOSTED_ZONE_ID']
DOMAIN_NAME = os.environ['DOMAIN_NAME']
REGIONS = {
'ap-northeast-1': {'cluster': 'taskflow-ap-northeast-1', 'service': 'api'},
'us-east-1': {'cluster': 'taskflow-us-east-1', 'service': 'api'},
'eu-west-1': {'cluster': 'taskflow-eu-west-1', 'service': 'api'},
}
def handler(event, context):
mode = event.get('mode', 'active-active')
if mode == 'active-passive':
return switch_to_active_passive()
elif mode == 'active-active':
return switch_to_active_active()
elif mode == 'emergency-active':
return emergency_activate_all()
def switch_to_active_passive():
"""夜間モード: 東京のみ Active"""
# 1. Route 53 を東京のみに変更
route53.change_resource_record_sets(
HostedZoneId=HOSTED_ZONE_ID,
ChangeBatch={
'Changes': [
{
'Action': 'UPSERT',
'ResourceRecordSet': {
'Name': f'api.{DOMAIN_NAME}',
'Type': 'A',
'AliasTarget': {
'HostedZoneId': 'Z14GRHDCWA56QT',
'DNSName': 'taskflow-alb-ap-northeast-1.example.com',
'EvaluateTargetHealth': True
}
}
}
]
}
)
# 2. 米国・欧州の ECS タスク数を最小に
for region in ['us-east-1', 'eu-west-1']:
regional_ecs = boto3.client('ecs', region_name=region)
regional_ecs.update_service(
cluster=REGIONS[region]['cluster'],
service=REGIONS[region]['service'],
desiredCount=0 # タスクを0に
)
return {'status': 'switched to active-passive'}
def switch_to_active_active():
"""通常モード: 全リージョン Active"""
# 1. 米国・欧州の ECS タスクを起動
for region in ['us-east-1', 'eu-west-1']:
regional_ecs = boto3.client('ecs', region_name=region)
regional_ecs.update_service(
cluster=REGIONS[region]['cluster'],
service=REGIONS[region]['service'],
desiredCount=2 # 通常のタスク数
)
# 2. タスクの起動を待機
import time
time.sleep(120) # 2分待機
# 3. Route 53 をジオロケーションルーティングに変更
# (省略: 複数レコードの設定)
return {'status': 'switched to active-active'}
def emergency_activate_all():
"""緊急時: 即座に全リージョン Active"""
# 並列でタスク起動
import concurrent.futures
def activate_region(region):
regional_ecs = boto3.client('ecs', region_name=region)
regional_ecs.update_service(
cluster=REGIONS[region]['cluster'],
service=REGIONS[region]['service'],
desiredCount=3, # 緊急時は多めに
forceNewDeployment=True
)
with concurrent.futures.ThreadPoolExecutor() as executor:
executor.map(activate_region, ['us-east-1', 'eu-west-1'])
return {'status': 'emergency activation initiated'}
`),
environment: {
HOSTED_ZONE_ID: 'Z1234567890',
DOMAIN_NAME: 'taskflow.example.com',
},
timeout: cdk.Duration.minutes(5),
});
// IAM 権限
trafficController.addToRolePolicy(new iam.PolicyStatement({
actions: [
'route53:ChangeResourceRecordSets',
'ecs:UpdateService',
'ecs:DescribeServices',
],
resources: ['*'],
}));
// スケジュール: 夜間モードへ（日本時間 22:00 = UTC 13:00）
new events.Rule(this, 'NightModeRule', {
schedule: events.Schedule.cron({ hour: '13', minute: '0' }),
targets: [new targets.LambdaFunction(trafficController, {
event: events.RuleTargetInput.fromObject({ mode: 'active-passive' }),
})],
});
// スケジュール: 通常モードへ（日本時間 8:00 = UTC 23:00前日）
new events.Rule(this, 'DayModeRule', {
schedule: events.Schedule.cron({ hour: '23', minute: '0' }),
targets: [new targets.LambdaFunction(trafficController, {
event: events.RuleTargetInput.fromObject({ mode: 'active-active' }),
})],
});
}
}コスト削減効果
| 項目 | Active-Active | Active-Passive | 削減率 |
|---|---|---|---|
| ECS Fargate | $3,000/月 | $1,500/月 | 50% |
| ALB | $600/月 | $300/月 | 50% |
| NAT Gateway | $300/月 | $150/月 | 50% |
| 合計 | $3,900/月 | $1,950/月 | 50% |
※ 夜間（8時間）のみ Active-Passive の場合の概算
9. 発展課題
発展課題1: Global Accelerator の導入（難易度：中級）
課題内容: Route 53 のジオロケーションルーティングに加えて、 AWS Global Accelerator を導入し、より高速で安定した接続を実現してください。
発展課題2: マルチリージョン CI/CD（難易度：上級）
課題内容: 3リージョン同時デプロイの CI/CD パイプラインを構築してください。
要件:
- Blue/Green デプロイ
- リージョン間のカナリアリリース
- 自動ロールバック
発展課題3: Chaos Engineering（難易度：上級）
課題内容: AWS Fault Injection Simulator を使用して、 リージョン障害シナリオのテストを実施してください。
10. 学習のポイント
学習のまとめ
本課題で学んだこと:
- マルチリージョンアーキテクチャの設計パターン
- Route 53 のルーティングポリシー
- DynamoDB Global Tables
- Aurora Global Database
- データレジデンシー・GDPR 対応
- AWS CDK でのマルチリージョンデプロイ
11. 推定コストと注意事項
本課題の推定コスト（3リージョン構成）
| サービス | 構成 | 月額コスト |
|---|---|---|
| Route 53 | ホストゾーン + クエリ | $50 |
| CloudFront | 100GB転送 | $100 |
| ALB (x3) | 各リージョン | $100 |
| ECS Fargate (x3) | 各2タスク | $300 |
| Aurora Global | Primary + 2 Replica | $600 |
| DynamoDB Global | 3リージョン | $100 |
| 合計 | $1,250/月 |
注意事項
⚠️ データ転送コスト
- リージョン間のデータ転送は課金対象
- レプリケーション量を監視
⚠️ Global Tables の制限
- 書き込み競合は Last Writer Wins
- 同一アイテムの同時更新に注意
⚠️ Aurora Global Database
- フェイルオーバーは手動推奨
- 昇格後のリージョン再構成が必要課題作成日: 2024年1月 最終更新日: 2024年1月 作成者: AWS学習プログラム