Балансировка нагрузки сети интернет

Что такое балансировка нагрузки в сети?

Современные веб-сайты и приложения генерируют большой трафик и одновременно обслуживают многочисленные запросы клиентов. Балансировка нагрузки помогает удовлетворить эти запросы и обеспечивает быстрый и надежный отклик веб-сайта и приложений.

В этой статье вы узнаете, что такое балансировка нагрузки, как она работает и какие существуют различные типы балансировки нагрузки.

Что такое балансировка нагрузки?

Балансировка нагрузки (Load Balancing) распределяет высокий сетевой трафик между несколькими серверами, позволяя организациям масштабироваться для удовлетворения рабочих нагрузок с высоким трафиком. Балансировка направляет запросы клиентов на доступные серверы, чтобы равномерно распределять рабочую нагрузку и улучшать скорость отклика приложений, тем самым повышая доступность веб-сайта или сервера.

Балансировка нагрузки применяется к уровням 4-7 в семиуровневой модели OSI.

• L4. Направление трафика на основе сетевых данных и протоколов транспортного уровня, например IP-адреса и TCP-порта.
• L7. Добавляет переключение содержимого в балансировку нагрузки, позволяя принимать решения о маршрутизации в зависимости от таких характеристик, как HTTP-заголовок, унифицированный идентификатор ресурса, идентификатор сеанса SSL и данные HTML-формы.
• GSLB. Global Server Load Balancing расширяет возможности L4 и L7 на серверы на разных сайтах.

Почему важна балансировка нагрузки?

Балансировка нагрузки необходима для поддержания информационного потока между сервером и пользовательскими устройствами, используемыми для доступа к веб-сайту (например, компьютерами, планшетами, смартфонами).

Есть несколько преимуществ балансировки нагрузки:

Надежность. Веб-сайт или приложение должны обеспечивать хороший UX даже при высоком трафике. Балансировщики нагрузки обрабатывают пики трафика, эффективно перемещая данные, оптимизируя использование ресурсов доставки приложений и предотвращая перегрузки сервера. Таким образом, производительность сайта остается высокой, а пользователи остаются довольными.

Доступность. Балансировка нагрузки важна, поскольку она включает периодические проверки работоспособности между балансировщиком нагрузки и хост-машинами, чтобы гарантировать, что они получают запросы. Если одна из хост-машин не работает, балансировщик нагрузки перенаправляет запрос на другие доступные устройства.

Балансировщики нагрузки также удаляют неисправные серверы из пула, пока проблема не будет решена. Некоторые подсистемы балансировки нагрузки даже создают новые виртуализированные серверы приложений для удовлетворения возросшего количества запросов.

Безопасность. Балансировка нагрузки становится требованием для большинства современных приложений, особенно с добавлением функций безопасности по мере развития облачных вычислений. Функция разгрузки балансировщика нагрузки защищает от DDoS-атак, перекладывая трафик атак на общедоступного облачного провайдера, а не на корпоративный сервер.

Прогнозирование. Балансировка нагрузки включает аналитику, которая может предсказать узкие места трафика и позволить организациям их предотвратить. Прогнозные аналитические данные способствуют автоматизации и помогают организациям принимать решения на будущее.

Как работает балансировка нагрузки?

Балансировщики нагрузки находятся между серверами приложений и пользователями в Интернете. Как только балансировщик нагрузки получает запрос, он определяет, какой сервер в пуле доступен, а затем направляет запрос на этот сервер.

Направляя запросы на доступные серверы или серверы с более низкой рабочей нагрузкой, балансировка нагрузки снимает нагрузку с загруженных серверов и обеспечивает высокую доступность и надежность.

Балансировщики нагрузки динамически добавляют или отключают серверы в случае высокого или низкого спроса. Таким образом, обеспечивается гибкость.

Балансировка нагрузки также обеспечивает аварийное переключение в дополнение к повышению производительности. Балансировщик нагрузки перенаправляет рабочую нагрузку с отказавшего сервера на резервный, уменьшая воздействие на конечных пользователей.

Типы балансировки нагрузки

Балансировщики нагрузки различаются по типу хранилища, сложности и функциональности балансировщика. Ниже описаны различные типы балансировщиков нагрузки.

Аппаратное обеспечение (Hardware-Based)

Аппаратный балансировщик нагрузки — это специализированное оборудование с установленным проприетарным программным обеспечением. Он может обрабатывать большие объемы трафика от различных типов приложений.

Аппаратные балансировщики нагрузки содержат встроенные возможности виртуализации, которые позволяют использовать несколько экземпляров виртуального балансировщика нагрузки на одном устройстве.

Программное обеспечение (Software-Based)

Программный балансировщик нагрузки работает на виртуальных машинах или серверах белого ящика, как правило, в составе ADC (application delivery controllers — контроллеры доставки приложений). Виртуальная балансировка нагрузки обеспечивает превосходную гибкость по сравнению с физической.

Программные балансировщики нагрузки работают на обычных гипервизорах, контейнерах или как процессы Linux с незначительными накладными расходами на bare metal сервере.

Виртуальный (Virtual)

Виртуальный балансировщик нагрузки развертывает проприетарное программное обеспечение для балансировки нагрузки с выделенного устройства на виртуальной машине для объединения двух вышеупомянутых типов. Однако виртуальные балансировщики нагрузки не могут решить архитектурные проблемы ограниченной масштабируемости и автоматизации.

Облачный (Cloud-Based)

Облачная балансировка нагрузки использует облачную инфраструктуру. Вот некоторые примеры облачной балансировки нагрузки:

• Балансировка сетевой нагрузки. Балансировка сетевой нагрузки основана на уровне 4 и использует информацию сетевого уровня, чтобы определить, куда отправлять сетевой трафик. Это самое быстрое решение для балансировки нагрузки, но ему не хватает балансировки распределения трафика между серверами.
• Балансировка нагрузки HTTP(S). Балансировка нагрузки HTTP(S) основана на уровне 7. Это один из наиболее гибких типов балансировки нагрузки, позволяющий администраторам принимать решения о распределении трафика на основе любой информации, поступающей с адресом HTTP.
• Внутренняя балансировка нагрузки. Внутренняя балансировка нагрузки почти идентична балансировке сетевой нагрузки, за исключением того, что она может балансировать распределение во внутренней инфраструктуре.

Алгоритмы балансировки нагрузки

Различные алгоритмы балансировки нагрузки предлагают разные преимущества и сложность в зависимости от варианта использования. Наиболее распространенные алгоритмы балансировки нагрузки:

Round Robin (По-круговой)

Последовательно распределяет запросы на первый доступный сервер и по завершении перемещает этот сервер в конец очереди. Алгоритм Round Robin используется для пулов равных серверов, но он не учитывает нагрузку, уже имеющуюся на сервере.

Least Connections (Наименьшее количество подключений)

Алгоритм наименьшего количества подключений предполагает отправку нового запроса наименее загруженному серверу. Метод наименьшего соединения используется, когда в пуле серверов много неравномерно распределенных постоянных соединений.

Least Response Time (Наименьшее время отклика)

Балансировка нагрузки с наименьшим временем отклика распределяет запросы на сервер с наименьшим количеством активных подключений и с самым быстрым средним временем отклика на запрос мониторинга работоспособности. Скорость отклика показывает, насколько загружен сервер.

Hash (Хеш)

Алгоритм хеширования определяет, куда распределять запросы, на основе назначенного ключа, такого как IP-адрес клиента, номер порта или URL-адрес запроса. Метод Hash используется для приложений, которые полагаются на сохраненную информацию о пользователях, например, тележки на веб-сайтах интернет магазинов.

Custom Load (Пользовательская нагрузка)

Алгоритм Custom Load направляет запросы к отдельным серверам через SNMP (Simple Network Management Protocol). Администратор определяет нагрузку на сервер, которую балансировщик нагрузки должен учитывать при маршрутизации запроса (например, использование ЦП и памяти, а также время ответа).

Заключение

Теперь вы знаете, что такое балансировка нагрузки, как она повышает производительность и безопасность сервера и улучшает взаимодействие с пользователем.

Различные алгоритмы и типы балансировки нагрузки подходят для разных ситуаций и вариантов использования, и вы должны иметь возможность выбрать правильный тип балансировщика нагрузки для своего варианта использования.

Источник

Как устроен балансировщик нагрузки: алгоритмы, методы и задачи

Рассказываем, как устроены алгоритмы и методы балансировки, какие существуют точки отказа в инфраструктуре, в чем преимущества облачных балансировщиков.

Для построения надежной отказоустойчивой инфраструктуры необходимо равномерное распределение нагрузки на серверы. За эту функцию отвечает балансировщик нагрузки — сервис дистрибуции заданий внутри кластера, гарантирующий работу системы даже в случае отказа одного из серверов.

Из статьи вы узнаете, как устроены алгоритмы и методы балансировки, какие существуют точки отказа, в чем разница между Load balancer и прокси.

Что такое балансировка сетевой нагрузки

Балансировка нагрузки — метод распределения сетевого трафика и задач между сетевыми устройствами.

На старте развития сервиса все компоненты (Frontend, Backend, база данных) могут находиться на одном сервере. Если нагрузка растет, его можно масштабировать вертикально: поменять конфигурацию сервера на более мощную или быстро добавить ресурсов в облачный сервер — добавить число vCPU или объем памяти.

На какое-то время этого будет достаточно, но в конечном итоге мощности сервера может не хватить, и задачи разделятся на несколько серверов. Так, фронтенд уйдет на отдельный сервер, бэкенд — на второй, а база данных будет храниться еще на одной машине. Причем каждый из серверов тоже можно «проапгрейдить» вертикально.

В облачных балансировщиках доступны различные комбинации протоколов, которые имеют дело с нагрузкой L4 и нагрузкой L7-уровней.

• TCP–TCP — классическая L4-балансировка,
• TCP–PROXY — информация о клиенте не теряется и передается в отдельном заголовке соединения,
• UDP–UDP — UDP-протокол быстрее, чем TCP, но менее надежен,
• HTTP–HTTP — L7-балансировка,
• HTTPS–HTTP — L7-балансировка с шифрованием и терминацией SSL-сертификата на балансировщике.

Заключение

На этом мы закончим обзор балансировщиков нагрузки. Мы рассмотрели современные подходы балансировки сетевой нагрузки, изучили функционал Load balancer и алгоритмы балансировки.

Балансировщики нагрузки — обязательный элемент сложной инфраструктуры, которая состоит из нескольких серверов и требует «умных» подходов к управлению трафиком.

Источник