Równoważenie obciążenia między serwerami

Równoważenie obciążenia rozdziela przychodzący ruch między wiele serwerów, aby żaden pojedynczy serwer nie został przeciążony. Zamiast spowalniać z powodu jednego obciążonego serwera, kilka serwerów wspólnie wykonuje pracę, zwiększając wydajność i niezawodność. Urządzenie lub usługa zwana load balancerem znajduje się przed serwerami i rozdziela między nie żądania, sprawiając, że pula serwerów wygląda jak jedna szybka usługa.

Równoważenie obciążenia zapewnia dwie główne korzyści: skalowalność i dostępność. Dodanie kolejnych serwerów za modułem równoważącym zwiększa wydajność potrzebną do obsługi wzrostu ruchu, a jeśli jeden serwer ulegnie awarii, moduł po prostu przestaje kierować do niego ruch, dzięki czemu użytkownicy nadal są obsługiwani. W ten sposób pojedynczy, podatny na awarie serwer zmienia się w odporną i łatwo rozbudowywaną pulę.

Moduł równoważący obciążenie odbiera żądania klientów pod jednym front-endowym wirtualnym adresem IP (VIP) i przekazuje każde z nich do jednego z serwerów back-endowych. Klienci komunikują się wyłącznie z adresem VIP i nie wiedzą, ile serwerów znajduje się za nim. Moduł równoważący może być dedykowanym urządzeniem sprzętowym lub oprogramowaniem. Często sam jest również redundantny, aby nie stać się pojedynczym punktem awarii (SPOF).

Moduły równoważące używają algorytmów do wyboru serwera. Round robin kolejno kieruje ruch do serwerów. Metoda least connections wybiera serwer z najmniejszą liczbą aktywnych sesji. Metody weighted faworyzują wydajniejsze serwery. Wybór właściwego algorytmu pozwala dopasować ruch do wydajności serwerów, utrzymując równomierne i efektywne obciążenie puli.

Moduł równoważący stale wykonuje kontrole stanu, sprawdzając każdy serwer, aby potwierdzić, że odpowiada. Jeśli serwer nie przejdzie kontroli, moduł przestaje kierować do niego żądania, dopóki serwer nie odzyska sprawności. Dzięki temu równoważenie obciążenia jest również narzędziem zapewniania wysokiej dostępności: uszkodzone serwery są automatycznie usuwane z rotacji, więc użytkownicy nigdy nie trafiają na niedziałający serwer.

Niektóre aplikacje wymagają, aby żądania użytkownika nadal trafiały do tego samego serwera, na przykład w celu zachowania koszyka zakupowego przechowywanego w pamięci tego serwera. Trwałość sesji (lub „sticky sessions”) wiąże klienta z jednym serwerem na czas trwania sesji. Bez tego użytkownik przełączający się między serwerami może utracić stan w trakcie wykonywania zadania.

Moduły równoważące działają na różnych warstwach. Moduł warstwy 4 rozdziela ruch na podstawie adresu IP oraz portu TCP/UDP — działa szybko, ale nie zna treści komunikacji. Moduł warstwy 7 odczytuje dane aplikacyjne, takie jak adresy URL HTTP, co umożliwia inteligentne kierowanie ruchem, na przykład wysyłanie żądań /images do jednej puli, a żądań /api do innej. Warstwa 7 oferuje większe możliwości, ale wymaga więcej pracy przy każdym żądaniu.

Moduły równoważące często realizują odciążanie SSL/TLS (terminowanie): obsługują szyfrowanie po stronie klientów i odszyfrowują ruch, dzięki czemu serwery back-endowe nie muszą tego robić. Zwalnia to zasoby procesora serwerów na potrzeby aplikacji i centralizuje zarządzanie certyfikatami na module równoważącym. Jest to częsty powód umieszczania inteligentnego modułu równoważącego warstwy 7 przed serwerami WWW.

Jeśli cały ruch przepływa przez jeden moduł równoważący, staje się on pojedynczym punktem awarii. Dlatego moduły równoważące wdraża się w parach, w trybie active-active lub active-passive, z przełączaniem awaryjnym między nimi. Narzędzie zapewniające dostępność samo musi być wysoce dostępne. Redundantna para modułów równoważących zwiększa odporność całego front-endu.

Dostawcy chmury oferują równoważenie obciążenia jako zarządzaną usługę, która automatycznie skaluje się wraz z zapotrzebowaniem. W połączeniu z automatycznie skalowanymi grupami serwerów chmura może dodawać i usuwać serwery za modułem równoważącym zależnie od obciążenia, a następnie rozdzielać ruch między aktualnie działające serwery. Ten elastyczny model jest jednym z głównych powodów, dla których aplikacje chmurowe sprawnie obsługują bardzo duży i zmienny ruch.

Równoważenie obciążenia i redundancja współdziałają, zapewniając wydajność i wysoką dostępność. Redundancja zapewnia zapasową wydajność i dodatkowe komponenty, a równoważenie obciążenia aktywnie wykorzystuje te zasoby, rozdzielając pracę i kierując ruch z pominięciem awarii w czasie rzeczywistym. Razem pozwalają utrzymać szybkość usługi przy dużym obciążeniu oraz jej działanie w przypadku awarii pojedynczych serwerów — to podstawa projektowania odpornych systemów.

Sprawdź swoją wiedzę na temat równoważenia obciążenia.

Poznałeś(-aś) równoważenie obciążenia. Najważniejsze punkty:

• Rozdziela ruch między serwery, zapewniając skalowalność i dostępność.
• Klienci łączą się z wirtualnym adresem IP, a moduł równoważący wybiera serwer back-endowy.
• Algorytmy obejmują round robin, least connections i weighted.
• Kontrole stanu usuwają uszkodzone serwery, a trwałość sesji utrzymuje sesje przy konkretnym serwerze.
• Warstwa 4 różni się od warstwy 7, a same moduły równoważące są redundantne.