Cân Bằng Tải và cách thức hoạt động

Khi bạn truy cập nội dung trên internet, có nhiều quy trình xảy ra mà hầu hết người dùng không biết đến. Nội dung bạn truy cập đến từ một máy chủ, máy chủ này cần rất nhiều xử lý để cung cấp nội dung đúng cho bạn. Đó là lúc công nghệ cân bằng tải (Load Balancing) phát huy tác dụng!

Khi một trang web bắt đầu nhận được nhiều lưu lượng truy cập hơn bình thường, tốc độ truy cập có thể bị chậm lại, điều này gây ảnh hưởng đến trải nghiệm của người dùng. Để giữ cho trang web hoạt động liên tục, các nhà phát triển web áp dụng các kỹ thuật cân bằng tải. Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu về các loại và lợi ích của cân bằng tải, cũng như cách thức hoạt động của nó để giữ cho trang web của bạn luôn thu hút người dùng.

Cân Bằng Tải Là Gì?

Cân bằng tải là quá trình phân chia hiệu quả lưu lượng mạng đến giữa một tập hợp các máy chủ phía sau, còn được gọi là trang trại máy chủ hoặc nhóm máy chủ. Phương pháp này giúp tăng tốc độ truy cập cho mọi người dùng cuối bằng cách giảm thời gian phản hồi, tăng khả năng xử lý và tổng thể nâng cao tốc độ của trang web của bạn.

Với sự gia tăng không ngừng của công nghệ, các trang web hiện đại đang tích hợp kỹ thuật này vì họ phải đối phó với khối lượng truy cập lớn hàng ngày. Để đảm bảo rằng tất cả các máy chủ tài nguyên được sử dụng đều nhau, một bộ cân bằng tải (Load Balancer) được đặt giữa người dùng và nhóm máy chủ.

Các Loại Bộ Cân Bằng Tải

Việc sử dụng từng loại bộ cân bằng tải phụ thuộc vào nhu cầu của mạng. Có hai loại bộ cân bằng tải như sau:

Bộ Cân Bằng Tải Phần Cứng

Bộ cân bằng tải phần cứng là một thiết bị phần cứng có thể xử lý và định tuyến an toàn một khối lượng lớn dữ liệu đến hàng trăm máy chủ khác nhau. Các trung tâm dữ liệu thường lưu trữ những thiết bị này, và bạn có thể sử dụng ảo hóa để tạo ra nhiều bộ cân bằng tải số hoặc ảo, có thể được kiểm soát từ xa.

Bộ Cân Bằng Tải Phần Mềm

Bộ cân bằng tải phần mềm là các ứng dụng xử lý tất cả các khía cạnh của việc cân bằng tải. Chúng sử dụng các máy ảo trực tuyến hoặc máy chủ “white box” để hoạt động như một bộ điều khiển phân phối ứng dụng. Chúng có thể được truy cập như một dịch vụ bên thứ ba được quản lý hoàn toàn hoặc được cài đặt trên bất kỳ máy chủ lưu trữ nào. Cân bằng tải ảo cung cấp tính linh hoạt cao và cho phép người dùng tăng hoặc giảm theo nhu cầu tùy thuộc vào hoạt động của mạng.

Lợi Ích Của Cân Bằng Tải

Cân bằng tải có nhiệm vụ chỉ đạo và kiểm soát lưu lượng truy cập đến các máy chủ, giúp cải thiện hiệu suất và khả năng sử dụng của hệ thống.

Hiệu Suất

Các bộ cân bằng tải giúp cải thiện hiệu suất của ứng dụng bằng cách tăng tốc độ phản hồi của ứng dụng và giảm độ trễ mạng. Chúng phân phối đều tải giữa các máy chủ để nâng cao hiệu suất của ứng dụng của bạn.

Ngoài ra, bạn có thể giảm độ trễ và định tuyến các yêu cầu của khách hàng đến một máy chủ gần hơn về mặt địa lý. Cuối cùng, việc xác minh hiệu quả và độ tin cậy của cả tài nguyên tính toán vật lý và ảo trở nên khả thi nhờ vào việc sử dụng các bộ cân bằng tải.

Bảo Mật

Các ứng dụng trên internet của bạn sẽ được hưởng lợi từ một lớp bảo vệ bổ sung nhờ vào các tính năng bảo mật tích hợp của bộ cân bằng tải. Khi một kẻ tấn công làm quá tải một máy chủ ứng dụng với hàng triệu yêu cầu đồng thời, gây ra sự cố cho máy chủ, bộ cân bằng tải có thể trở thành một công cụ hữu ích để chống lại các cuộc tấn công từ chối dịch vụ phân tán (DDoS).

Hơn nữa, bộ cân bằng tải có thể theo dõi lưu lượng truy cập và loại bỏ thông tin có hại. Chúng có thể tự động định tuyến lại lưu lượng truy cập tấn công đến nhiều máy chủ phụ trợ để giảm tác động. Điều đáng kinh ngạc hơn là lưu lượng truy cập được chuyển hướng qua một tập hợp các tường lửa mạng để bảo vệ thêm.

Tính Linh Hoạt

Các trang web hoặc ứng dụng có thể mở rộng bằng cách định hướng lưu lượng mạng qua nhiều máy chủ với sự hỗ trợ của bộ cân bằng tải. Ứng dụng của bạn có thể xử lý hàng ngàn yêu cầu cùng một lúc, trong khi cân bằng tải ngăn ngừa tắc nghẽn lưu lượng tại bất kỳ máy chủ nào.

Nó cũng hỗ trợ phân tích dự đoán, giúp bạn có thể thêm hoặc loại bỏ các máy chủ khác nhau theo nhu cầu của lưu lượng ứng dụng. Hơn nữa, bạn có được sự dư thừa cho hệ thống của mình, giúp bạn dễ dàng mở rộng.

Cải Thiện Thời Gian Hoạt Động

Sự cố máy chủ hoặc bảo trì có thể làm tăng thời gian ngừng hoạt động của ứng dụng, khiến chương trình của bạn không thể truy cập được đối với người dùng. Bằng cách định tuyến lại lưu lượng của khách hàng đến các máy chủ đang hoạt động và tự động nhận diện các vấn đề của máy chủ, bộ cân bằng tải cải thiện khả năng chịu lỗi của hệ thống của bạn.

Các Thuật Toán Cân Bằng Tải

Thuật toán cân bằng tải là tập hợp các hướng dẫn mà bộ cân bằng tải sử dụng để chọn máy chủ tối ưu cho từng loại yêu cầu từ khách hàng. Có hai loại thuật toán cân bằng tải chính.

Cân Bằng Tải Tĩnh

Loại thuật toán này tuân theo các quy tắc cố định và không phụ thuộc vào trạng thái hiện tại của máy chủ. Một số ví dụ về cân bằng tải tĩnh bao gồm:

• Phương Pháp Round-Robin: Địa chỉ IP trên các máy chủ cho biết cho khách hàng nơi gửi yêu cầu. Địa chỉ IP là một chuỗi số dài, khó nhớ. Thay vì sử dụng phần cứng hoặc phần mềm chuyên dụng cho việc cân bằng tải, phương pháp round-robin sử dụng một máy chủ tên chính thức. Máy chủ này sẽ trả về các địa chỉ IP của từng máy chủ trong cụm máy chủ theo cách tuần tự.
• Phương Pháp Round-Robin Có Trọng Số: Trong phương pháp này, bạn có thể gán mỗi máy chủ một trọng số khác nhau dựa trên công suất hoặc độ ưu tiên của chúng. Máy chủ tên sẽ gửi nhiều lưu lượng ứng dụng hơn đến các máy chủ có trọng số cao hơn.
• Phương Pháp IP Hash: Trong phương pháp này, bộ cân bằng tải thực hiện một phép toán toán học gọi là băm (hashing) trên địa chỉ IP của khách hàng. Sau khi tính toán, địa chỉ IP của khách hàng sẽ được chuyển đổi thành một số để ánh xạ trên các máy chủ.

Cân Bằng Tải Động

Loại cân bằng tải này phụ thuộc vào trạng thái hiện tại của máy chủ. Thực tế, nó kiểm tra trạng thái hiện tại của các máy chủ trước khi phân phối lưu lượng. Một số ví dụ về cân bằng tải động bao gồm:

• Phương Pháp Kết Nối Ít Nhất: Một kênh liên lạc giữa khách hàng và máy chủ được gọi là kết nối. Khi một máy chủ nhận yêu cầu từ khách hàng, nó sẽ thiết lập một kết nối hoạt động giữa chúng. Trong phương pháp này, bộ cân bằng tải kiểm tra máy chủ có ít kết nối hoạt động nhất và gửi lưu lượng đến những máy chủ đó, đảm bảo rằng tất cả các kết nối đều yêu cầu sức mạnh xử lý như nhau cho tất cả máy chủ.
• Phương Pháp Kết Nối Ít Nhất Có Trọng Số: Một số máy chủ có khả năng quản lý nhiều kết nối hoạt động hơn những máy chủ khác qua phương pháp kết nối ít nhất có trọng số. Do đó, bạn có thể gán cho mỗi máy chủ một trọng số hoặc công suất khác nhau. Bộ cân bằng tải sẽ định tuyến các yêu cầu từ khách hàng đến máy chủ có ít kết nối nhất dựa trên công suất.
• Phương Pháp Thời Gian Phản Hồi Ít Nhất: Thời gian mà máy chủ cần để xử lý các yêu cầu đến và cung cấp phản hồi được gọi là thời gian phản hồi. Máy chủ tối ưu là máy chủ sử dụng phương pháp thời gian phản hồi ít nhất, kết hợp thời gian phản hồi của máy chủ và số lượng kết nối hoạt động. Các bộ cân bằng tải sử dụng phương pháp này để đảm bảo dịch vụ nhanh chóng cho tất cả người dùng.
• Phương Pháp Dựa Trên Tài Nguyên: Các bộ cân bằng tải sử dụng phương pháp dựa trên tài nguyên để phân phối lưu lượng bằng cách xem xét tải của máy chủ tại bất kỳ thời điểm nào. Mỗi máy chủ có một phần mềm chuyên dụng gọi là tác nhân (agent) để theo dõi lượng bộ nhớ và sức mạnh xử lý đang được sử dụng. Bộ cân bằng tải sau đó phân phối lưu lượng đến máy chủ đó sau khi xác minh với tác nhân rằng có đủ tài nguyên miễn phí.

Cách Hoạt Động Của Bộ Cân Bằng Tải

Phần lớn, các doanh nghiệp vận hành ứng dụng của họ trên nhiều máy chủ. Một cụm máy chủ là cấu hình của các máy chủ như vậy. Yêu cầu từ người dùng sẽ được định tuyến qua bộ cân bằng tải đến ứng dụng đầu tiên. Mỗi yêu cầu sau đó sẽ được chuyển qua bộ cân bằng tải đến một máy chủ trong cụm máy chủ có khả năng xử lý nó một cách hiệu quả.

Bộ cân bằng tải hoạt động như một proxy ngược. Nó hiển thị một địa chỉ IP ảo trên VPS để đại diện cho ứng dụng với khách hàng. Sau khi khách hàng thiết lập kết nối với địa chỉ IP ảo, bộ cân bằng tải sẽ sử dụng các thuật toán của mình để xác định phiên bản ứng dụng nào trên máy chủ nên nhận kết nối.

Các Loại Cân Bằng Tải

Cân bằng tải có bốn loại chính, tùy thuộc vào cách nó định hướng lưu lượng yêu cầu của khách hàng.

Cân Bằng Tải Ứng Dụng

Nhiều cụm máy chủ với nhiều máy chủ dành cho một ứng dụng duy nhất là phần của các ứng dụng hiện đại phức tạp. Để định tuyến lại lưu lượng, bộ cân bằng tải ứng dụng sẽ xem xét nội dung của yêu cầu, chẳng hạn như tiêu đề HTTP hoặc ID phiên SSL.

Cân Bằng Tải Mạng

Để chuyển hướng lưu lượng một cách chính xác, bộ cân bằng tải mạng sẽ tra cứu địa chỉ IP và các thông tin mạng khác. Chúng có khả năng xác định nguồn gốc của lưu lượng ứng dụng và cung cấp nhiều máy chủ với các địa chỉ IP tĩnh. Bộ cân bằng tải mạng sử dụng cả phương pháp cân bằng tải tĩnh và động để phân bổ tải cho máy chủ.

Cân Bằng Tải Máy Chủ Toàn Cầu

Quá trình cân bằng tải máy chủ toàn cầu liên quan đến nhiều máy chủ nằm ở các địa điểm khác nhau trên thế giới. Nếu một doanh nghiệp có máy chủ ở nhiều trung tâm dữ liệu tại các quốc gia khác nhau và với các nhà cung cấp đám mây bên thứ ba trên toàn cầu, các bộ cân bằng tải cục bộ sẽ kiểm soát tải ứng dụng trong một khu vực. Chúng cố gắng chuyển hướng lưu lượng đến máy chủ gần hơn với vị trí của khách hàng. Nếu một máy chủ bị lỗi, chúng có thể chỉ định lại lưu lượng đến các máy chủ nằm ngoài khu vực địa lý của khách hàng.

Cân Bằng Tải DNS

Khi bạn sử dụng cân bằng tải DNS, bạn thiết lập tên miền của mình để phân phối các yêu cầu mạng qua nhiều tài nguyên khác nhau trong tên miền đó. Một trang web, máy chủ email, máy chủ in, hoặc bất kỳ dịch vụ dựa trên internet nào cũng có thể được liên kết với một tên miền. Việc cân bằng tải DNS giúp duy trì tính sẵn sàng của ứng dụng và phân phối lưu lượng mạng giữa một tập hợp tài nguyên toàn cầu.

Kết Luận

Việc chọn thuật toán và loại cân bằng tải phụ thuộc vào yêu cầu của ứng dụng doanh nghiệp của bạn. Tối ưu hóa hiệu suất trang web và đảm bảo trải nghiệm người dùng liền mạch là điều quan trọng trong thời hiện đại.

Bằng cách phân phối hiệu quả lưu lượng mạng giữa nhiều máy chủ, bạn có thể tăng cường sự tương tác và nâng cao nhận thức về thương hiệu của mình. Việc sử dụng bộ cân bằng tải phần cứng và phần mềm, kết hợp với các thuật toán cân bằng tải khác nhau, giúp cải thiện hiệu suất ứng dụng, tăng cường bảo mật chống lại các mối đe dọa mạng, tạo điều kiện cho việc mở rộng và giảm thiểu thời gian ngừng hoạt động.

FAQ