Скоростта на свързване никога не е била толкова важна. Какъвто и да е размерът на вашата организация, имате нужда от бърза и стабилна работа на мрежата. Всеки проблем може да означава загуба на продажби и неудовлетвореност на клиентите. Тук идва балансирането на натоварването (Load balancing). Помага ви да имате по-добро разпространение и устойчива мрежа.
Балансирането на натоварването съществува от дълго време. Първоначално то беше поставяно между крайните устройства и сървърите на приложения, но се разви и вече не е просто метод за разпространение. Има балансьори на натоварване (load balancers) с различни цели – за приложения, между сървъри или много маршрути към един. Устройството за балансиране на натоварването може да има много допълнителни функции като проверки на състоянието на трафика, допълнителна сигурност и по-добра наличност.
Ако си мислите: „Как, така, за първи път чувам за това? Какво е балансиране на натоварването? Трябва ли наистина да го обмисля?”. Може би вашият бизнес все още не е достигнал това ниво. Бъдете готови за този голям момент! Нека изследваме заедно спецификата на балансиране на натоварването!
Какво е балансиране на натоварването (Load balancing)?
Балансирането на натоварването или DNS load balancing разпределя мрежовия или трафика на приложенията между множество сървъри, за да се гарантира, че нито един сървър не се претоварва с твърде много DNS заявки. Правейки това, DNS балансирането на натоварването подобрява цялостната производителност, надеждността и достъпността на приложенията и уеб сайтовете.
Научете повече за DNS.
Как работи балансирането на натоварването?
DNS балансирането на натоварването може да се постигне по различни начини, въз основа на типа балансьор на натоварването (load balancer), който прилагате. Най-общо казано, балансьорите на натоварването управляват входящи клиентски заявки в реално време и ги насочват към най-подходящите бекенд сървъри. За да избегне претоварването на който и да е отделен сървър, инструментът за балансиране на натоварването разпределя DNS заявките между множество налични сървъри, независимо дали в облачни центрове за данни, сървърни ферми или локални.
Нека изясним, че подходящият бекенд е „здравия“. Балансиращите натоварването могат да наблюдават пула от налични бекенд сървъри, така че препращат трафик само към здравите сървъри. Тези проверки включват свързване към бекенд сървъри чрез конкретен порт и протокол, за да се гарантира, че комуникацията е възможна. Ако бекенд сървърът не отговори, това означава, че не може да отговори на DNS заявки, така че се отхвърля.
Когато сървърът получи заявка, той я обработва и изпраща отговора обратно през механизма за балансиране на натоварването. След това балансьорът на натоварването установява връзката между сървъра и клиента чрез проверка на техните IP адреси, което им позволява да комуникират и да изпълняват задачи по време на сесията.
По време на периоди с висок трафик балансьорът на натоварването може да активира допълнителни сървъри, за да се справи с повишеното търсене. И обратно, по време на нисък трафик, той може да намали броя на активните сървъри. Балансиращите натоварване също улесняват мрежовото кеширане, като насочват трафика към кеш сървъри, които временно съхраняват предишни потребителски заявки.
Какъв тип трафик могат да управляват балансьорите на натоварването?
- HTTP
Това стандартно HTTP балансиране на натоварването насочва DNS заявките, използвайки стандартни HTTP протоколи. Инструментът за балансиране на натоварването актуализира хедъри като X-Forwarded-Port, X-Forwarded-Proto и X-Forwarded-For, за да предостави на бекенд сървърите информация за оригиналната DNS заявка.
- HTTPS
HTTPS балансирането на натоварването работи подобно на HTTP, но включва криптиране. Криптирането може да се управлява по два начина: преминаване през SSL (SSL passthrough), което поддържа криптиране от клиента към бекенда, или прекратяване на SSL (SSL termination), при което балансиращият натоварване дешифрира трафика, преди да го изпрати некриптиран към бекенда.
- TCP
Не всички приложения използват HTTP или HTTPS. Някои използват TCP трафик и той също може да бъде балансиран. Например трафикът, насочен към клъстер от база данни, може да бъде разпределен между множество сървъри.
- UDP
Понастоящем някои програми за балансиране на натоварването са започнали да поддържат основни интернет протоколи, които използват UDP, като Syslog и DNS, което позволява на тези протоколи също да се възползват от балансирането на натоварването.
Ползи от балансирането на натоварването
- Повишена сигурност
Балансьорите на натоварване могат да добавят допълнителен слой сигурност, като скрият IP адресите на бекенд сървъра, защитавайки ги от директни атаки. Те могат също така да наложат SSL/TLS криптиране и да управляват сертификати за сигурност. Могат да са от полза и срещу DDoS атаки.
- Мащабируемост
Балансирането на натоварването позволяват хоризонтално мащабиране чрез разпределяне на трафика между множество сървъри. Когато търсенето се увеличава, могат да се добавят допълнителни сървъри, за да се справят с натоварването, като се гарантира, че приложението може да се мащабира ефективно.
- Намалено забавяне и подобрена производителност
Балансирането на натоварването разпределя входящия трафик между множество сървъри, като гарантира, че нито един сървър не се претоварва. Това подобрява времето за реакция и намалява латентността, осигурявайки по-добро потребителско изживяване.
- Висока наличност и надеждност
Чрез балансиране на натоварването между няколко сървъра, балансьорите на натоварването помагат на приложенията да останат достъпни дори ако един или повече сървъри се повредят. Те могат да открият нездравите сървъри и да пренасочат трафика към здрави, свеждайки до минимум времето за престой.
- Ефективно използване на ресурсите
Чрез равномерното разпределение на трафика, балансьорите на натоварването осигуряват оптимално използване на сървърните ресурси. Те не позволяват сървърите да се превърнат в пречка тип bottleneck или да бъдат недостатъчно използвани.
- Устойчивост на сесията
Балансирането на натоварването поддържа постоянство на сесията, като гарантира, че сесията на потребителя е насочена към един и същ сървър по време на тяхното взаимодействие. Това е от решаващо значение за приложения, където трябва да се поддържат потребителски сесии. Помислете за електронните магазини, които изискват всички заявки от един клиент да бъдат насочени към един и същ сървър по време на сесия, от момента, в който този потребител добави артикули в количката за пазаруване, докато завърши покупката. Устойчивостта на сесията осигурява непрекъсната връзка между клиента и сървъра. Без нея, данните ще трябва да се синхронизират между множество сървъри, потенциално причинявайки забавяния и намалявайки ефективността.
- Толерантност към грешки
Load balancing механизма допринася за толерантността към грешки, като пренасочват трафика от повредени сървъри към здрави. Това гарантира непрекъсната работа и помага да се поддържа наличността на услугата по време на отказ на сървъра.
- Управление и анализ на трафика
Балансирането на натоварването предоставя ценна информация за моделите на трафика и производителността на сървъра. Тези данни могат да се използват за оптимизиране на разпределението на ресурсите, откриване на аномалии и планиране на бъдещ растеж.
- Опростена поддръжка
С load balancing механизъм, отделните сървъри могат да бъдат изключени за поддръжка, без да се засяга цялостната наличност на приложението. Трафикът просто се пренасочва към други сървъри, което позволява безпроблемни актуализации и поддръжка.
- Географско разпространение
Балансьорите на натоварването могат да насочват трафика към сървъри, разположени в различни географски региони, като намаляват забавянето за потребителите, като ги насочват към най-близкия сървър. Това подобрява производителността и потребителското изживяване за глобални приложения.
- Ефективност на разходите
Чрез оптимизиране на използването на ресурси и позволяване на ефективно мащабиране, балансьорите на натоварването могат да намалят необходимостта от свръхпровизиране, което води до спестяване на разходи за инфраструктура.
Сега вече е ясно! DNS балансирането на натоварването е критичен компонент за гарантирането, че съвременните приложения са бързи, надеждни и мащабируеми, подобрявайки оперативната ефективност и потребителското изживяване.
Алгоритми за балансиране на натоварването
Алгоритмите за балансиране на натоварването определят как входящият трафик се разпределя между множество сървъри, за да се осигури оптимално използване на ресурсите, да се увеличи пропускателната способност и да се минимизира времето за отговор. Има някои често използвани алгоритми за балансиране на натоварването:
- Раунд Робин (Round Robin)
Този алгоритъм за балансиране на натоварването разпределя заявките последователно между всички налични сървъри. Следва кръгов ред за разпространение на DNS заявки. Ако имате три сървъра, Раунд Робин (Round Robin) ще изпрати първата заявка към сървър A, втората заявка към сървър B, третата заявка към сървър C, четвъртата заявка към сървър A и т.н. Това е просто и ефективно решение за среди, където сървърите имат сходни възможности и натоварването е относително равномерно.
- Претеглен Раунд Робин (Weighted Round Robin)
Подобно на Раунд Робин, но този вид работи, като слага тегло на всеки сървър въз основа на неговия капацитет. Сървърите с по-високи тегла получават повече заявки. Администраторът, който знае капацитета на всеки сървър, задава теглото на балансиране на натоварването, за да работи съответно. Това е полезен избор, когато сървърите имат различна мощност на обработка и общ капацитет.
- Най-малко връзки (Least connections)
Този алгоритъм насочва трафика към сървъра с най-малко активни връзки. Алгоритъм отчита различните натоварвания на сървърите. Идеален за среди, където натоварването може да варира значително с течение на времето, като гарантира, че нито един сървър не се превръща в слаба точка.
- Претеглен, най-малко връзки (Weighted least connections)
Работи като алгоритъм за най-малко връзки, но взема предвид втория фактор, теглото на сървъра, за да разпредели връзките по-ефективно. Този метод за балансиране на натоварването е полезен избор в разнородни среди, където сървърите имат различни възможности, благодарение на това, че отчита както активните връзки, така и сървърния капацитет.
- IP Хеш (IP Hash)
Използва IP адреса на клиента, за да определи кой сървър ще обработи заявката. Един и същи IP адрес винаги ще бъде насочен към един и същ сървър. Този алгоритъм е от съществено значение за фирми, изискващи постоянство на сесията. Той гарантира постоянство на сесията, без да се нуждае от бисквитки или други механизми за проследяване.
- Най-малко време за отговор (Least response time)
Това е алгоритъм за балансиране на натоварването, който изпраща трафик към сървъра с най-ниско време за реакция и най-малък брой активни връзки. Той дава приоритет на по-бързо работещите сървъри. Това е решение за подобряване на цялостната реакция и производителност на приложението.
- Най-малка честотна лента (Least bandwidth)
Този алгоритъм за балансиране на натоварването насочва трафика към сървъра, който в момента обслужва най-малкото количество трафик по отношение на честотната лента. Изборът за сценарии, при които потреблението на честотна лента е критичен фактор.
- Базиран на ресурси (Resource-based)
Той разпределя трафика, като взема предвид различни ресурси на сървъра, като използване на процесора и паметта.
Идеален за среди с различни натоварвания на ресурси и приложения, които изискват много ресурси.
- Случаен (Random)
Този алгоритъм за балансиране на натоварването разпределя произволно трафика между всички налични сървъри. Прост и ефективен при специфични сценарии, но не се използва често поради липсата на ефективност при разпределение на натоварването.
- Адаптивно балансиране на натоварването (Adaptive load balancing)
Той динамично коригира разпределението на трафика въз основа на анализ в реално време на производителността на сървъра и моделите на трафика. Подходящ за силно динамични среди, където трафикът и производителността на сървъра могат да варират често.
- Географско балансиране на натоварването (Geographic load balancing)
Алгоритъмът насочва трафика въз основа на географското местоположение на клиента и сървърите.
Полезно за глобални приложения за намаляване на забавянето чрез насочване на потребителите към най-близкия сървър.
- Базиран на съдържанието (Content-based)
Той разпределя трафик въз основа на съдържанието на заявката, като URL адрес, бисквитки или данни от приложението.
Това е от полза за приложения, които обслужват различни видове съдържание, което може да има различни изисквания за обработка.
Всеки алгоритъм има своите силни страни и отговаря на конкретни сценарии. Изборът на правилния алгоритъм за балансиране на натоварването зависи от естеството на трафика, сървърната инфраструктура и специфичните изисквания на вашия онлайн бизнес или приложение.
Видове балансьори на натоварване
Трябва да анализирате бизнес нуждите си, за да изберете правилния метод за балансиране на натоварването. Искате наличност 100% от времето, нали?
- Физически балансьор на натоварването
Физическото или хардуерното балансиране на натоварването е действително физическо устройство, предназначено да управлява работни натоварвания. Това е по-скъпият вариант, защото ще трябва да закупите както хардуера, така и софтуера за него. Все пак това е много често срещан балансьор на натоварването. Намира се точно след защитната стена и преди сървъра/ите. В него могат да бъдат включени защитната стена, кеш сървърът, SSL ускорителите, всичко-в-едно рутер и ADC.
- Виртуален балансьор на натоварването
Виртуални или софтуерни балансьори на натоварване работят на виртуална машина. Софтуерът управлява трафика. Той е по-евтин и може да работи на различен хардуер. Проблемът с него е, че актуализациите могат да означават престой.
- Облачно базиран балансьор на натоварването
Облачните платформи предоставят такъв балансьор на натоварването. Той има голямо разнообразие от функции като управление на прекъсванията, преход при срив, диагностика на мрежови проблеми и разпределение на трафика. Той е бърз и драстично намалява натоварването на приложенията. Сигурен е. Може да спре различни видове DDoS атаки. Можете да изберете различни цени в зависимост от вашите нужди и лесно да надстроите, ако имате нужда от повече.
Базиран в облака балансьор на натоварване може да има GEO DNS. Той проверява IP адресите на клиентите и ги пренасочва към най-близкия сървър. Можете да създадете цял CDN с него и да осигурите отлична скорост и надеждност.
Какви видове онлайн бизнеси могат да се възползват от балансирането на натоварването?
Всички! Наистина, всеки уеб сайт с голям трафик, платформи за електронна търговия, онлайн търговци на дребно, доставчици на облачни услуги, индустрия за игри, големи предприятия, мрежи за доставка на съдържание (CDN), здравеопазване и телекомуникации, доставчици на интернет услуги (ISP), държавни и образователни институции.
Всички съвременни приложения с ежедневна нужда да управляват милиони едновременни сесии и да доставят подходящите видео клипове, изображения, текст и други данни на всеки потребител бързо и надеждно, могат да се възползват от балансирането на натоварването.
Заключение
Сега знаете какво е балансиране на натоварването! И да, трябва да обмислите внедряването на тази технология. Да кажем, че load balancing механизма е задължителен за всеки среден и голям бизнес. 100% непрекъсната работа и допълнителна защита ще ви дадат конкурентно предимство пред останалите. Балансирането на натоварването е най-лесният начин да забравите за престоя и бавното зареждане на уеб сайта.
Вярваме, че вашият трафик, точно както и успехът ви, скоро ще нарасне изключително много! Така че балансирането на натоварването ще бъде от съществено значение!