Що таке мережевий балансувальник навантаження та як він працює

Як працює балансувальник навантаження? Найпростіше уявити його у вигляді регулювальника на перехресті: він приймає потік запитів від користувачів і в реальному часі вирішує, на який сервер відправити кожен з них, щоб ніхто не застряг у пробці і не чекав відповіді довше потрібного. Саме такий принцип розподілу мережного трафіку між кількома серверами дозволяє сервісам залишатися швидкими та доступними навіть за різких сплесків навантаження.

• Для чого потрібне балансування навантаження в мережі
• Переваги використання мережних балансувальників навантаження
• Які типи мережевих балансувальників навантаження програм існують?
• Тренди та перспективи ринку балансувальників трафіку
• Найважливіше про те, як працює балансувальник навантаження
• Часті питання про балансувальник навантаження

Для чого потрібне балансування навантаження в мережі

Рівномірний розподіл навантаження між серверами — скоріше підсумковий результат, ніж кінцева мета балансування навантаження у мережі. Основне завдання мережного балансувальника полягає в тому, щоб збільшити доступність та швидкість роботи веб-сервісів та застосунків для кінцевих користувачів.

Є кілька підходів до роботи мережного балансувальника навантаження. Основні види балансувальників навантаження:

• Метод найменшого з’єднання (Least Connection Method). Трафік буде скерований на сервер із найменшою кількістю активних підключень.
• Метод найменшого часу відповіді (Least Response Time Method). Трафік буде скерований на машину з найменшою кількістю активних підключень та найменшим середнім часом відповіді (враховуються обидва параметри).
• Метод циклічного перебору (Round Robin Method). Трафік буде скерований на перший доступний сервер (вибирається випадковим чином), після чого ця машина переміщається в кінець черги — наступного разу мережний балансувальник звернеться до неї тільки після перебору інших серверів. Цей метод підходить для пулу серверів зі схожими/однаковими конфігураціями та невеликою кількістю активних підключень.
• IP Hash. Сервер, на який буде скероване навантаження, визначає IP-адреса клієнта.
• Метод зваженого циклічного перебору (Weighted Round Robin). Кожному серверу надається вага залежно від його потужності, і більш продуктивні машини отримують більше запитів. 
• Виважений метод найменшого з’єднання (Weighted Least Connection). Враховує поточне навантаження та потужність сервера одночасно.

Щоб вибрати алгоритм балансування навантаження для конкретного пулу серверів, орієнтуються з їхньої характеристики та особливості трафіку. Якщо машини та запити до них схожі, достатньо Round Robin. А якщо один сервер потужніший за інших або навантаження скаче нерівномірно, краще брати виважені варіанти або Least Response Time. В іншому кожен алгоритм вирішує те саме завдання: як швидше і надійніше вирішити, куди відправити наступний запит.

Переваги використання мережних балансувальників навантаження

Сьогодні без мережевого балансувальника навантаження складно побудувати IT-інфраструктуру, збалансовану за продуктивністю, доступністю та вартістю. Використання мережного балансувальника відкриває декілька ключових можливостей:

• підвищення відмовостійкості — щоб уникнути єдиної точки відмови через перерозподіл навантаження між декількома компонентами системи;
• раціональне використання доступних обчислювальних ресурсів — віртуальні машини не будуть перевантажені запитами або, навпаки, працюватимуть у чверть сили;
• резервування — якщо один сервер вийде з ладу, мережевий балансувальник оперативно скерує трафік на робочий, запобігши таким чином незапланованому простою;
• швидке прийняття рішення про масштабування — коли поточний сервер або кластер серверів не зможе справлятися з кількістю запитів, мережний балансувальник дозволить оперативно додати новий сервер і почне використовувати його при перерозподілі навантаження;
• захист від DDoS-атак — завдяки спеціальним алгоритмам, які використовуються для оцінки трафіку, можна в десятки разів скоротити ризики кібератак.

Під час еволюції мережеві балансувальники отримали додаткові функції. Сьогодні вони можуть прискорювати й забезпечувати більше безпеки застосункам, запускати створення нових віртуальних машин, щоб впоратися з навантаженням, робити прогнозну аналітику, відстежувати роботу застосунків і виконувати багато інших завдань.

COO Colobridge GmbH, Андрій Михайленко^

«У типового гіперскейлера балансування мережного навантаження доступне у вигляді окремого сервісу або навіть двох — наприклад, один займається балансуванням трафіку від інтернету до віртуальних машин, інший використовується тільки для трафіку всередині віртуальної мережі (так зване внутрішнє балансування навантаження). У Colobridge використовується апаратний FWaaS («фаєрвол як сервіс»). Завдяки цьому сучасні інструменти мережевого балансування стають доступними в рамках відносно недорогого пакета послуг. При цьому можна балансувати внутрішній мережевий трафік між серверами на основі різних графіків балансування (статичного, кругового або зваженого), а балансування навантаження SSL/TLS включає захист від атак зі зниженням версії протоколу».

Які типи мережевих балансувальників навантаження програм існують?

За принципом роботи виділяють два типи мережевих балансувальників навантаження: програмні та апаратні.

Апаратні забезпечують збільшену (порівняно з програмними аналогами) пропускну здатність та вищий рівень безпеки. З іншого боку, для їх налаштування та обслуговування потрібні досвідчені IT-фахівці, це рішення неможливо масштабувати, а коштує воно досить дорого.

Програмні (або програмно-визначені) доступніші, гнучкіші та легко масштабовані, до того ж можуть працювати практично на всіх стандартних пристроях. Оптимальні для балансування навантаження у хмарі, до того ж оплачувати їх можна за моделлю pay-as-you-go, тобто за фактом споживання ресурсів лише тоді, коли дійсно є необхідність у балансуванні трафіку.

Ключові відмінності між апаратними та програмними балансувальниками трафіку в таблиці:

Критерій	Апаратні балансувальники навантаження	Програмні балансувальники навантаження
Пропускна здатність	Вища	Нижча (але достатня для більшості завдань)
Рівень безпеки	Вищий «з коробки»	Залежить від налаштування та рішення
Масштабованість	Практично неможлива	Легко масштабуються
Гнучкість налаштування	Обмежена	Висока
Вимоги до обслуговування	Потрібні досвідчені ІТ-фахівці	Простіші в налаштуванні та підтримці
Вартість	Висока (капітальні витрати)	Нижча, часто pay-as-you-go
Підходить для хмари	Рідко	Так, оптимальні для хмарної інфраструктури

Тренди та перспективи ринку балансувальників трафіку

За даними Mordor Intelligence, ринок балансувальників навантаження зросте до $13,79 млрд до 2030 року при середньорічному темпі зростання (CAGR) 14,22%. Найактивніше при цьому розвивається сегмент хмарного балансування — через те, що бізнес переходить від апаратних рішень до хмарних і програмних. Загалом головним драйвером ринку залишається зростання обсягу інтернет-трафіку та ще глибше проникнення хмарних обчислень. Останнім часом до цих двох факторів додалися технології 5G, IoT та edge computing, які потребують ефективнішого управління трафіком.

Окремо варто зазначити, що для бізнесу дедалі важливішими стають не лише швидкість і відмовостійкість, які забезпечує балансувальник трафіку, а й гнучкість масштабування. Тому на практиці частіше обирають такі алгоритми балансування та рішення, які можна швидше вбудувати в хмарну інфраструктуру і простіше адаптувати під змінне навантаження.

Найважливіше про те, як працює балансувальник навантаження

• Балансувальник навантаження розподіляє трафік між серверами і не дає одному вузлу перевантажуватися.
• Основне завдання — підвищити швидкість, доступність і стійкість сервісу.
• Для простих схем використовують Round Robin, для складних — зважені алгоритми та Least Response Time.
• Балансування трафіку допомагає витримувати пікові навантаження без просідань.
• Програмний балансувальник навантаження обирають за гнучкість, а апаратний — за продуктивність і захист.
• Зараз ринок дедалі більше переходить у хмарні рішення.

Дізнайтеся у технічних експертів Colobridge, як побудувати оптимальну за продуктивністю, вартістю та безпекою IT-інфраструктуру з урахуванням специфіки вашого бізнесу. Ми розповімо про особливості використання балансувальника мережного навантаження у вашій інфраструктурі, а також запропонуємо послуги міграції з іншого майданчика та подальшого адміністрування.

Часті питання про балансувальник навантаження