nginx стоит перед сайтом на IIS. Практически всё кэшируется. При тестировании на том же сервере, где стоит nginx кэширование дало отличные результаты. Сервер с nginx и сервер бэкэнд находятся на одной площадке.
Тест с альтернативной машины расстроил до кровавых слез. Часть запросов отваливается по таймауту, часть или они же уходит на бэкэнд и валит его соответственно.

Тест нгинкса со стороны сервера c nginx:

siege -c 90 -r 20 http://domain.com/address...

Transactions: 1800 hits
Availability: 100.00 %
Elapsed time: 213.46 secs
Data transferred: 147.81 MB
Response time: 9.81 secs
Transaction rate: 8.43 trans/sec
Throughput: 0.69 MB/sec
Concurrency: 82.69
Successful transactions: 1800
Failed transactions: 0
Longest transaction: 15.88
Shortest transaction: 0.72

Тест нгинкса со стороны альтернативной машины:

siege -c 90 -r 20 http://domain.com/address...

Transactions: 1666 hits
Availability: 92.56 %
Elapsed time: 175.41 secs
Data transferred: 136.72 MB
Response time: 5.62 secs
Transaction rate: 9.50 trans/sec
Throughput: 0.78 MB/sec
Concurrency: 53.35
Successful transactions: 1666
Failed transactions: 134
Longest transaction: 17.42
Shortest transaction: 0.41

Конфиг nginx:

worker_processes 1;

events {
worker_connections 1024;
}

http {
include mime.types;
include black-list-ip.conf;
default_type application/octet-stream;

log_format main '$remote_addr - $remote_user [$time_local] "$request" '
'$status $body_bytes_sent "$http_referer" '
'"$http_user_agent" "$http_x_forwarded_for"';
access_log logs/access.log main;
sendfile on;
keepalive_timeout 65;
gzip on;
gzip_min_length 255;

proxy_cache_path /var/cache/nginx levels=1:2 keys_zone=cache:30m inactive=1d max_size=3G;

server {

listen IPнгинкса:80;
access_log logs/access.log;

location / {
proxy_cache_valid 15m;
proxy_pass http://IP;
proxy_set_header Host $host;
proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
proxy_cache cache;
proxy_no_cache $cookie_logged;
proxy_cache_bypass $cookie_logged;
proxy_ignore_headers "Expires" "Cache-Control";
proxy_hide_header "Pragma";
expires 15m;
}

location ~* ^.+\.(jpg|jpeg|gif|png|ico|zip|tgz|gz|rar|bz2|swf|doc|xls|mp3|wma)$ {
expires -1;
proxy_pass http://IPбэкэнда;
proxy_ignore_headers "Expires" "Cache-Control";
proxy_set_header Cache-Control "no-store, no-cache";
proxy_hide_header "Pragma";
}

location ~ (auth|admin) {
proxy_pass http://IPбэкэнда;
proxy_set_header Host $host;
proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
}
}
}