Для создания надежной и безопасной работы приложений сейчас используется децентрализованная система из нескольких хостов. Чтобы настроить их корректную работу, исключить сбои и перегруз, стоит узнать о том, что такое аппаратный балансировщик сетевой нагрузки (load balancer) и трафика серверов, как это работает, обязательно ли устройство или можно воспользоваться приложением. Рассмотрим все основные нюансы, которые помогут разобраться и выбрать нужный вариант для оптимизации трафика. Кроме основных функций, они могут выполнять и дополнительные — например, защищать от хакерских атак, в основе которых лежит перегрузка веб-серверов для получения доступа к данным. За счет распределительной системы будет обеспечиваться стабильность и даже миллионы одновременных запросов не смогут положить хосты. Поэтому данная методика защиты сайтов и приложений от несанкционированного доступа актуальна и востребована.

Общее представление

При большом количестве запросов на сервер создаются аномальные условия, при которых устройство может выходить из строя и требовать ремонтных работ. Все это нарушает работоспособность системы, делает ее недоступной для пользователей. Load balancer — это автоматизированный компонент, который позволяет равномерно распределять запросы между кластерами, что значительно уменьшает негативное воздействие повышенной нагрузки на одно из устройств.

Таким образом, данная методика позволяет создать между пользователями и веб-серверами «посредника», который будет обрабатывать часть информации и передавать ее так, чтобы избежать перегрузки на отдельных кластерах.

Преимущества

Рассматриваемый процесс крайне важен для поддержания оптимального информационного потока между пользовательскими устройствами, которые обеспечивают доступ к сайту и серверными узлами. Есть несколько основных важных особенностей, которые делают посредников незаменимыми:

• Надежность — обеспечение высокого UX даже при высоком трафике.

• Доступность — автоматизированная система постоянно делает проверки между хостами, чтобы вовремя распознавать отсутствие обработки информации и перенаправить новые запросы на другие узлы.

• Удаление неработоспособных частей из цепи, пока они будут оставаться недоступными.

• Безопасность — защищает от DDoS-атак путем перекладывания атакующего трафика на облачного провайдера, а не корпоративный сайт.

• Аналитика — система анализирует и находит слабые места связи.

Разберем некоторые из этих принципов работы подробнее, чтобы понимать, зачем нужна автоматизация распределения запросов.

Доступность

При сбоях приложение или сайт могут долгое время оставаться недоступными для пользователей. Это сказывается на их эффективности, а также ранжировании поисковыми роботами. Выполнение network load balancing позволяет вовремя определить, какие из узлов перестали обрабатывать запросы и перенаправить информационные потоки на другие хосты, с которыми все нормально.

Такую функцию удобно использовать не только для определения проблем, но и:

• для проведения модернизации отдельных серверов без отключения всех;

• автоматически восстанавливать аварийные площадки, загружать резервные файлы;

• предупреждать нежелательный простой и отток трафика.

Можно обеспечить стабильную связь между пользователями и хост-машинами.

Масштабирование

Сетевые запросы можно направлять интеллектуально, т.к. load balancer дает возможность:

• добавлять мощность в систему;

• прогнозирует трафик, который будет на том или ином хост-устройстве, чтобы можно было удалять или добавлять их в систему;

• предотвращает потерю или, наоборот, сверхмощный информационный поток на одном участке цепи.

Поэтому можно выполнять изменение объема без остановки работы сайта или приложения.

Безопасность

Часто злоумышленники выполняют DDoS-атаки на хосты, наполняют миллионами параллельных запросов, чтобы хосты не справлялись с обработкой информации. В таком случае они выдают ошибку недоступности, что приводит к возможности утечки данных, и приводит к тому, что пользователи не могут получить доступ к приложению. Для восстановления потребуется потратить немало времени и ресурсов. Вместо этого можно установить балансировщик нагрузки, который:

• будет отслеживать и блокировать вредоносный контент;

• перераспределять информационные волны, предупреждая перегрузку в системе;

• можно задать маршрутизацию через брандмауэры, что позволит повысить степень защищенности.

Производительность

С учетом того, что теперь потоки будут оптимально распределены, не будут работать одна или несколько хост-машин, то их эффективность при обработке входящих данных будут максимально высокими. Кроме этого:

• будет определение запроса на ближайший географически хост, что минимизирует задержку при обработке данных;

• вычислительные ресурсы, как физические, так и виртуальные, будут легче справляться с систематизированными, чем с хаотичным поступлением сигналов.

Равномерность и принцип очередности помогут ускорить ответ сайта, что положительно скажется на его эффективности и ранжировании.

Что такое алгоритмы балансировки нагрузки

Алгоритмические процессы предполагают строгий набор правил, по которым будут выполняться задачи. Направлены будут на то, чтобы при server load balancing были определены лучшие хост-устройства для обработки определенных пользовательских запросов. Различают две категории:

• статические;

• динамические.

Разберем подробнее, как работает каждый из них. Чем отличаются принципы функционирования, где будет применение более актуальным.

Статическая

Главное преимущество — это отсутствие привязки к состоянию сервера. Строгие алгоритмы направлены на то, чтобы распределить нагрузку максимально равномерно.

Метод круговой системы

Balancers to the Round Robin — имеет множество преимуществ:

• не зависит от нагрузки;

• подходит для локальной и глобальной балансировки;

• не требует связи между хостами;

• имеют низкую стоимость реализации.

В общих чертах правило кругового цикла выглядит как передача задач последовательно каждому из хост-устройств. В DNS-серверах хранится пара «имя хост-машины — IP-адрес», он присваивается каждому устройству в домене. У одного имени может быть несколько ай-пи. Благодаря круговой цикличности не первый в списке забирает всю нагрузку, а каждый запрос будет распределяться поочередно каждому из перечня, пока не вернется снова к браузеру.

Есть и недостатки данной методики. Алгоритм не учитывает загруженность, выдавая очередно, один из хостов может выполнять свои задачи на 90%, а другой загружен на 10-15%, а в порядке очереди каждый получит запрос.

Взвешенный циклический метод

Здесь основным распределяющим устройством снова будет сервер, хранящий в памяти пару «имя хост-машины — IP-адрес». Однако на нем же можно распределить вес для каждого устройства. Большое количество входящего трафика будет направляться именно на те хосты, где указан наибольший приоритет.

Метод хеширования IP

IP-Hash основывается на ай-пи пользователя, именно исходя из него будут производиться математические вычисления и определение, куда именно, на какой хост направить обрабатывать запрос. Получается, что каждому отдельному клиенту, который задает поиск с одного адреса, каждый раз будет задан маршрут к конкретному серверу.

Динамическая

В этом варианте алгоритма уже происходит оценка нагрузки и производительности хост-машин. Перед тем как распределить трафик будут даны пробные запросы, и если балансировщик выявит проблемы или высокую загруженность, то перенаправит на более эффективные устройства.

Метод наименьшего подключения

Математически все хосты должны иметь одинаковую вычислительную мощность. После проверки load balancer направит запрос пользователя на то устройство, которое имеет меньше всего активных соединений в конкретный момент времени, соответственно, имеет слабую загруженность и выше продуктивность.

Метод наименьшего количества подключений

Часть хостов большего объема может обрабатывать много подключившихся адресов, поэтому активных задач у одних будет больше, а у других — меньше. Соответственно, те которые менее загружены могут продуктивнее обработать входящие запросы. Поэтому балансировщик именно на те, в которых емкости меньше, и переадресует трафик.

Метод наименьшего времени отклика

В данном случае load balancer будет анализировать, сколько нужно времени для ответа каждого из хостов, он перераспределит трафик так, чтобы его приняло хост-устройство, способное быстрее всего обработать входящие данные.

Метод на основе ресурсов

На каждую хост-машину устанавливается специальное ПО-агент, который будет постоянно мониторить мощность и используемую память. Установленный балансировщик будет считывать эти данные перед тем, как направить трафик, если ресурсов достаточно, то именно туда будет определен запрос. Если нет — на более свободное устройство.

Как работает сервис

В крупных компаниях для обработки нужд приложений создаются фермы. Это серверные, где расположено несколько устройств. Их может быть два или сотня. Соответственно, необходимо обеспечить работой их все, избегая ситуации, когда один перегружен, а другие простаивают. Именно в этом заключается главный функционал балансировщика. Он перенаправляет трафик на те хосты, которые для этого подходят наилучшим образом.

Типы балансировки нагрузки

Есть несколько основных категорий, на которые можно разделить устройства-посредники. Главным критерием будет проверка клиентского запроса и алгоритмы перенаправления, в зависимости от того, что именно было проверено.

Приложений

Большинство современных утилит имеет сложную структуру. Каждый раздел которой хранится на отдельном сервере, обеспечивающем стабильную работу. В данном случае необходимы балансировщики, чтобы просматривать HTTP или SSL, и в соответствии с заданными запросами пользователя, перенаправлять на определенные хосты.

Сетевой нагрузки

Такие типы устройств будут проверять IP и сетевые данные, чтобы выбрать оптимальную хост-машину для обработки информации. Они могут использовать как статические, так и динамические методы, которые рассматривались выше. Согласно заданным алгоритмам, по результату анализа трафика отправлять запросы на IP-адрес хоста.

Глобальная на сервер

Есть очень объемные проекты, которые работают по всему миру. Для поддержания их функционала серверные фермы располагаются в каждой стране, зоне или отдельном регионе. Балансировщики нагрузки также должны располагаться соответственно, чтобы перенаправлять поступающие запросы на ближайшие географически расположенные сервера. Если же они не работают, сбоят или находятся на техническом обслуживании — на другие региональные или зональные фермы.

DNS

Система доменных имен будет выступать в качестве балансира, то есть определять трафик и распределять его на другие сервера. Данная методика может быть динамической с проверкой доступности хостов. Если ответ был отрицательным, то входящие запросы будут отодвинуты на другую хост-машину, которая в рабочем состоянии.

Технологии

Перейдем к процессу реализации данной системы. Для начала нужно разобраться, какие именно технические средства могут быть для этого использованы. В качестве load balancer могут использоваться как отдельные устройства, так и определенное программное обеспечение, установленное на хосте.

Аппаратные

Это устройства, которые выполняют все те же функции, описанные выше. При этом они вполне материальные, их можно хранить, создавать виртуальные центры для управления несколькими аппаратами. Некоторые считают их устаревшими, предпочитая облачные ресурсы, для которых не нужно перенастраивать железо или искать место для размещения. Кроме этого, имеют еще один минус — чисто физический, могут механически повреждаться или выходить из строя.

Программные

Здесь все просто — нужно только установить ПО, управлять им можно будет как и отдельным централизованным и ресурсом. Качественные автоматизированные системы можно заказать у специалистов Клеверенс, которые предложат решения для конкретных бизнес-задач.

Сравнение

Виртуальные с облачным хранилищем считаются сейчас более актуальными по многим причинам:

• аппараты, как и все другие материальные ресурсы могут ломаться;

• в железе есть ограниченный ресурс, если потребуется еще, когда трафик превысит предполагаемый порог мощности — нужно будет докупать дополнительное оборудование;

• на первоначальное внедрение потребуются немалые капиталовложения на покупку всего необходимого для подключения;

• до тех пор, пока будет происходить покупка и установка новых балансировщиков, пользователи ощутят на себе недоработки и перегрузки серверов, что будет влиять на стабильность оказываемых услуг, потерю репутации и прибыли.

Поэтому лучшие пользоваться виртуальным программным обеспечением, которое не доставит проблем, на его монтаж и настройку с помощью NGINX или аналогичных инструментов потребуется несколько часов. Так же как и на расширение ресурса в случае необходимости.

Подведем итоги

Теперь вы знаете, что такое балансировка нагрузки сети, как работает эта система, как происходит распределение трафика между серверами. В связи с рассмотренной информацией становится понятно, что «balancers of chaos and order», как приводят в пример аналогию, действительно помогает сбалансировать хаос и порядок, защитив проект от дестабилизации большим количеством запросов. Поэтому его использование актуально как для бэкэнда онлайн-магазинов, так и для более объемных утилит.

Вопрос-ответ

Сколько балансировщиков можно создать?

В каждом проекте может быть до 50 таких узлов. Однако на практике требуется гораздо меньше. На небольшие сервисы можно использовать несколько для оптимизации работы.

Какие проблемы решает балансировка нагрузки?

Применение этого метода позволяет сделать сайты и приложения доступными для пользователя, предотвратить случаи, когда из-за поломки хоста или его модернизации долгое время нет возможности пользоваться сервисом. Кроме этого, он помогает повысить защиту от хакерских атак, упростить задачу с повышением скорости ответа, что нужно для ранжирования, сделать онлайн утилиты более производительными и быстрыми.

Что такое обратный прокси-сервер?

Это промежуточный узел между приложением и пользователем, который сканирует весь входящий трафик и отсеивает неавторизованные варианты соединения, позволяя повысить уровень безопасности данных и предотвратить несанкционированный доступ.