Что такое балансировка нагрузки? Как работает балансировка нагрузки

При передаче контента через Интернет задействованы различные процессы, о которых большинство пользователей не подозревают. Контент, к которому вы получаете доступ, поступает с сервера, который требует большой обработки, чтобы доставить вам нужный контент. Вот тут-то и пригодится балансировка нагрузки!

Когда веб-сайт начинает получать больше трафика, чем обычно, он имеет тенденцию замедляться, что может нарушить работу пользователей. Чтобы поддерживать веб-сайт в рабочем состоянии, веб-разработчики используют методы балансировки нагрузки. В этой статье мы рассмотрим различные типы и преимущества балансировки нагрузки, а также то, как она работает для поддержания взаимодействия вашего сайта с пользователями.

Что такое балансировка нагрузки?

Процесс эффективного распределения входящего сетевого трафика между набором внутренних серверов, также называемых фермой серверов или серверным пулом, называется балансировкой нагрузки. Этот метод используется для ускорения работы каждого конечного пользователя за счет сокращения времени отклика, увеличения пропускной способности и в целом увеличения скорости вашего веб-сайта.

В связи с постоянно растущим использованием технологий современные веб-сайты внедряют эту технологию, поскольку им ежедневно приходится иметь дело с большими объемами трафика. Чтобы гарантировать, что все серверы ресурсов используются одинаково, балансировщик нагрузки – это устройство, расположенное между пользователем и группой серверов.

Типы балансировщиков нагрузки

Использование каждого типа балансировщика нагрузки зависит от потребностей сети. Существуют следующие два типа балансировщиков нагрузки:

Аппаратные балансировщики нагрузки

Аппаратный балансировщик нагрузки – это аппаратное устройство, которое может безопасно обрабатывать и перенаправлять огромные объемы данных на сотни различных серверов. Они хранятся в центрах обработки данных, и вы можете использовать виртуализацию для создания нескольких цифровых или виртуальных балансировщиков нагрузки, которыми вы можете управлять централизованно.

Программные балансировщики нагрузки

Приложения, которые обрабатывают все аспекты балансировки нагрузки, известны как программные балансировщики нагрузки. Они используют сетевые виртуальные машины или серверы white box для запуска в качестве контроллера доставки приложений. К ним можно получить доступ как к полностью управляемой сторонней службе или установить на любой выделенный хостинг-сервер. Виртуальная балансировка нагрузки обеспечивает высокую гибкость и позволяет пользователям увеличивать или уменьшать масштаб по мере необходимости в зависимости от сетевой активности.

Преимущества балансировки нагрузки

Балансировка нагрузки отвечает за направление и контроль интернет-трафика между посетителями и серверами приложений. Это помогает улучшить общее взаимодействие с веб-сайтом. Некоторые ключевые преимущества балансировки нагрузки на сетевой трафик заключаются в следующем:

Производительность

Балансировщики нагрузки повышают производительность приложений за счет ускорения времени отклика приложений и сокращения задержек в сети. Они равномерно распределяют нагрузку между серверами для повышения производительности вашего приложения.

Кроме того, с помощью этого метода вы можете сократить задержку и перенаправлять запросы клиентов на сервер, который ближе к ним географически. Наконец, проверка эффективности и надежности как физических, так и виртуальных вычислительных ресурсов становится возможной с использованием балансировщиков нагрузки.

Безопасность

Ваши интернет-приложения получат дополнительный уровень защиты благодаря встроенным возможностям балансировщиков нагрузки в области безопасности. Когда злоумышленник перегружает сервер приложений миллионами одновременных запросов, что приводит к сбою сервера, он может использовать их как полезное оружие для противодействия распределенным атакам типа “отказ в обслуживании”.

Более того, балансировщики нагрузки могут отслеживать трафик и удалять вредоносную информацию. Они могут автоматически перенаправлять трафик атаки на множество внутренних серверов, чтобы уменьшить эффект. Что еще более удивительно, так это то, что трафик направляется через набор сетевых брандмауэров для дальнейшей защиты.

Масштабируемость

Веб-сайты или приложения масштабируются за счет направления сетевого трафика между несколькими серверами с помощью балансировщика нагрузки. Ваше приложение может обрабатывать тысячи запросов одновременно, в то время как балансировка нагрузки предотвращает возникновение узких мест трафика на любом сервере.

Он также помогает в прогнозном анализе, так что вы можете добавлять или удалять различные серверы в соответствии с потребностями трафика вашего приложения. Более того, вы получаете резервирование для своей системы, что облегчает масштабирование.

Улучшено время безотказной работы

Сбой сервера или техническое обслуживание увеличивает время простоя приложения, делая вашу программу недоступной для пользователей. Перенаправляя клиентский трафик на доступные серверы и автоматически выявляя проблемы с сервером, балансировщики нагрузки повышают отказоустойчивость ваших систем.

С помощью балансировки нагрузки вы можете перенаправлять сетевой трафик на другой высокопроизводительный выделенный сервер, пока один из них проходит техническое обслуживание или модернизацию. Таким образом, вы поддерживаете работоспособность своего веб-сайта без каких-либо простоев. Это также помогает с автоматическим аварийным восстановлением, позволяющим легко создавать резервные копии сайтов.

Алгоритмы балансировки нагрузки

Набор рекомендаций, которые использует балансировщик нагрузки для выбора оптимального сервера для каждого типа клиентского запроса, представляет собой алгоритм балансировки нагрузки. Существует два основных типа алгоритмов балансировки нагрузки.

Статическая балансировка нагрузки

Этот тип алгоритма балансировки нагрузки следует фиксированным правилам и не зависит от текущего состояния сервера. Вот некоторые примеры статической балансировки нагрузки:

• Метод циклического анализа: IP-адреса на серверах указывают клиентам, куда отправлять запросы. IP-адрес представляет собой длинное число, которое трудно запомнить. Вместо использования специализированного оборудования или программного обеспечения для балансировки нагрузки, метод циклического перебора использует авторитетный сервер имен. Сервер имен возвращает IP-адреса каждого сервера в ферме серверов либо циклически, либо поэтапно.
• Взвешенный циклический метод: При этом типе балансировки нагрузки вы можете выделить каждому серверу разный вес в зависимости от их емкости или приоритета. Сервер имен будет отправлять больше трафика приложений на любой сервер с более высоким весом, чем на другие.
• Метод IP-хеширования: В этом методе балансировщик нагрузки выполняет математическое вычисление, известное как хеширование, для IP-адреса клиента. После вычисления IP-адрес клиента преобразуется в число для сопоставления на отдельных серверах.

Динамическая балансировка нагрузки

Этот тип балансировки нагрузки зависит от текущего состояния сервера. Фактически, он проверяет текущее состояние серверов перед распределением трафика. Вот некоторые примеры динамической балансировки нагрузки:

• Метод наименьшего соединения: Канал связи между клиентом и сервером называется соединением. Когда сервер получает какие-либо запросы от клиента, он устанавливает активное соединение между ними. В этом методе балансировщик нагрузки проверяет сервер с наименьшим количеством активных подключений и отправляет трафик на эти серверы, гарантируя, что все подключения требуют одинаковой вычислительной мощности для всех серверов.
• Взвешенный метод наименьшего подключения: Некоторые серверы могут управлять более активными подключениями, чем другие, с помощью взвешенных методов наименьшего подключения. В результате вы можете присвоить каждому серверу разный вес или пропускную способность. Затем балансировщик нагрузки направляет входящие клиентские запросы на сервер с наименьшим количеством подключений в зависимости от пропускной способности.
• Метод наименьшего времени отклика: Количество времени, необходимое серверу для обработки входящих запросов и предоставления ответа, называется временем отклика. Оптимальный сервер – это сервер, использующий метод наименьшего времени отклика, который сочетает время отклика сервера и количество активных подключений. Балансировщики нагрузки используют этот метод, чтобы гарантировать более быстрое обслуживание для всех пользователей.
• Метод, основанный на ресурсах: Балансировщики нагрузки используют подход, основанный на ресурсах, для распределения трафика путем анализа загрузки сервера в любой момент времени. На каждом сервере есть специализированное программное обеспечение, называемое агентом, которое отслеживает, сколько памяти и вычислительной мощности используется машиной. Затем балансировщик нагрузки распределяет трафик на этот сервер после проверки агентом наличия достаточного количества свободных ресурсов.

Как работает балансировщик нагрузки?

В большинстве случаев предприятия управляют своими приложениями на нескольких серверах. Ферма серверов – это конфигурация серверов, подобная этой. Запрос пользователя сначала направляется через балансировщик нагрузки к приложению. Затем каждый запрос передается балансировщиком нагрузки на единственный сервер в ферме серверов, который способен эффективно его обработать.

Балансировщик нагрузки действует как обратный прокси. Он предоставляет виртуальный IP-адрес на VPS для представления приложения клиенту. После того, как клиент устанавливает соединение с виртуальным IP, балансировщик нагрузки использует свои алгоритмы, чтобы определить, какой экземпляр приложения на сервере должен получить соединение. Затем балансировщик нагрузки отслеживает соединение, пока оно не будет запущено.

Типы балансировки нагрузки

Балансировка нагрузки подразделяется на четыре основные категории, в зависимости от того, как она перенаправляет трафик клиентских запросов.

Балансировка нагрузки приложения

Многие серверные фермы с большим количеством серверов, предназначенных для выполнения одной прикладной функции, являются частью сложных современных приложений. Чтобы перенаправить трафик, балансировщики нагрузки приложений проверяют содержимое запроса, такое как заголовки HTTP или идентификаторы сеанса SSL.

Балансировка сетевой нагрузки

Для правильного перенаправления трафика сетевые балансировщики нагрузки просматривают IP-адреса и другую сетевую информацию. Они способны определять источник трафика приложений и предоставлять многим серверам статические IP-адреса. Сетевые балансировщики нагрузки используют методы статической и динамической балансировки нагрузки для балансировки нагрузки на сервер.

Глобальная балансировка нагрузки на сервер

В процессе глобальной балансировки нагрузки на сервер задействовано несколько географически распределенных серверов. Если компания располагает серверами в нескольких центрах обработки данных по всему миру и у сторонних облачных провайдеров, локальные балансировщики нагрузки будут контролировать загрузку приложений внутри зоны. Они пытаются перенаправить трафик на сервер назначения, который находится ближе к местоположению клиента. В случае сбоя сервера они могут перенаправлять трафик только на серверы за пределами географической зоны клиента.

Балансировка нагрузки DNS

Вы настраиваете свое доменное имя для распределения сетевых запросов по нескольким ресурсам вашего домена при использовании балансировки нагрузки DNS. Веб-сайт, почтовый сервер, сервер печати или любая другая интернет-служба могут быть связаны с доменом. Поддержание доступности приложений и распределение сетевого трафика между глобально распределенным пулом ресурсов – два преимущества балансировки нагрузки DNS.

Заключение

Выбор алгоритма и типа балансировки нагрузки зависит от требований вашего бизнес-приложения. Оптимизация производительности веб-сайта и обеспечение бесперебойного взаимодействия с пользователем имеют решающее значение в наше время.

Эффективно распределяя сетевой трафик между несколькими серверами, вы можете добиться большей вовлеченности и повысить узнаваемость своего бренда. Использование аппаратных и программных балансировщиков нагрузки в сочетании с различными алгоритмами балансировки нагрузки повышает производительность приложений, повышает защищенность от киберугроз, облегчает масштабируемость и минимизирует время простоя.

FAQ