Balanceamento de Carga entre Servidores

O balanceamento de carga distribui o tráfego recebido entre vários servidores para que nenhum servidor fique sobrecarregado. Em vez de um único servidor ocupado ficar lento, vários compartilham o trabalho, melhorando o desempenho e a confiabilidade. Um dispositivo ou serviço chamado balanceador de carga fica à frente dos servidores e distribui as solicitações entre eles, fazendo um conjunto de servidores parecer um único serviço rápido.

O balanceamento de carga oferece dois grandes benefícios: escalabilidade e disponibilidade. Adicionar mais servidores atrás do balanceador aumenta a capacidade de lidar com o crescimento e, se um servidor falhar, o balanceador simplesmente para de enviar tráfego para ele, mantendo o atendimento aos usuários. Isso transforma um servidor único e frágil em um conjunto resiliente e expansível.

Um balanceador de carga recebe as solicitações dos clientes em um único IP virtual (VIP) de acesso e encaminha cada uma para um dos servidores de back-end. Os clientes se comunicam apenas com o VIP e não sabem quantos servidores existem por trás dele. O balanceador pode ser um equipamento dedicado ou um software e, muitas vezes, ele próprio é redundante para evitar que se torne um SPOF.

Os balanceadores usam algoritmos para escolher um servidor. O round robin alterna entre os servidores em ordem. O método de menos conexões escolhe o servidor com menos sessões ativas. Os métodos ponderados favorecem servidores mais potentes. Escolher o algoritmo adequado associa o tráfego à capacidade dos servidores, mantendo o conjunto carregado de maneira uniforme e eficiente.

Um balanceador de carga executa constantemente verificações de integridade, testando cada servidor para confirmar que ele está respondendo. Se um servidor falhar na verificação, o balanceador para de enviar solicitações para ele até que se recupere. É isso que também torna o balanceamento de carga uma ferramenta de alta disponibilidade: os servidores com falha são removidos automaticamente da rotação, para que os usuários nunca acessem um servidor inativo.

Algumas aplicações precisam que as solicitações de um usuário continuem indo para o mesmo servidor, por exemplo, para preservar um carrinho de compras mantido na memória desse servidor. A persistência de sessão (ou "sessões persistentes") associa um cliente a um servidor durante toda a sessão. Sem isso, um usuário alternando entre servidores poderia perder o estado no meio de uma tarefa.

Os balanceadores operam em diferentes camadas. Um balanceador de Camada 4 distribui com base no IP e na porta TCP/UDP: é rápido, mas não conhece o conteúdo. Um balanceador de Camada 7 lê dados da aplicação, como URLs HTTP, permitindo um roteamento inteligente, por exemplo, enviando /images para um conjunto e /api para outro. A Camada 7 é mais poderosa, mas realiza mais trabalho por solicitação.

Os balanceadores de carga frequentemente realizam a descarga de SSL/TLS (terminação): eles cuidam da criptografia para os clientes, descriptografando o tráfego para que os servidores de back-end não precisem fazê-lo. Isso libera a CPU do servidor para a aplicação e centraliza o gerenciamento de certificados no balanceador. Esse é um motivo comum para as organizações colocarem um balanceador inteligente de Camada 7 na frente dos servidores web.

Se todo o tráfego passar por um único balanceador de carga, esse balanceador se tornará um ponto único de falha. Por isso, os balanceadores são implantados em pares, no modo ativo-ativo ou ativo-passivo, com alternância entre eles em caso de falha. A ferramenta que fornece disponibilidade também precisa estar altamente disponível. Um par de balanceadores redundantes mantém todo o acesso frontal resiliente.

Os provedores de nuvem oferecem balanceamento de carga como um serviço gerenciado que aumenta ou reduz sua escala automaticamente conforme a demanda. Combinada a grupos de servidores com escalabilidade automática, a nuvem pode adicionar e remover servidores atrás do balanceador com base na carga e, depois, distribuir o tráfego entre os servidores em execução. Esse modelo elástico é um dos principais motivos pelos quais as aplicações em nuvem lidam bem com tráfego enorme e variável.

O balanceamento de carga e a redundância trabalham juntos para proporcionar desempenho e alta disponibilidade. A redundância fornece capacidade e componentes sobressalentes; o balanceamento de carga usa essa capacidade ativamente, distribuindo o trabalho e desviando o tráfego de falhas em tempo real. Juntos, eles permitem que um serviço permaneça rápido sob carga intensa e continue funcionando quando servidores individuais falham, um fundamento do design resiliente.

Teste seus conhecimentos sobre balanceamento de carga.

Você aprendeu sobre balanceamento de carga. Pontos principais:

• Ele distribui o tráfego entre servidores para proporcionar escalabilidade e disponibilidade.
• Os clientes acessam um IP virtual; o balanceador escolhe um servidor de back-end.
• Os algoritmos incluem round robin, menos conexões e ponderação.
• As verificações de integridade removem servidores com falha; a persistência mantém as sessões associadas.
• Camada 4 versus Camada 7; os próprios balanceadores são redundantes.