Load balancing là gì? Tìm hiểu chi tiết về cân bằng tải từ A-Z

Trong thời đại công nghệ số, việc sử dụng các ứng dụng trực tuyến ngày càng phổ biến hơn bao giờ hết. Để đảm bảo cho ứng dụng trực tuyến hoạt động đúng cách và người dùng có thể tương tác với ứng dụng một cách nhanh chóng và hiệu quả nhất, load balancing đã xuất hiện và trở thành một trong những yếu tố cốt lõi không thể thiếu trong kiến trúc của các ứng dụng trực tuyến. Vậy load balancing là gì? Quy trình hoạt động của load balancing như thế nào? Bài viết này sẽ giải đáp tất cả các thắc mắc liên quan đến vấn đề này.

1. Load Balancing là gì?

Load Balancing (cân bằng tải) là một kỹ thuật phân phối lưu lượng truy cập mạng hoặc khối lượng công việc giữa nhiều máy chủ hoặc thiết bị khác nhau. Bằng cách này, các máy chủ có thể chia sẻ tải công việc và tránh quá tải, từ đó cải thiện hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống.

Cân bằng tải là một kỹ thuật quan trọng giúp cải thiện hiệu suất, độ tin cậy và khả năng mở rộng của các hệ thống và ứng dụng. Cân bằng tải có thể được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau, bao gồm phân phối lưu lượng truy cập web, phân phối khối lượng công việc ứng dụng, và cung cấp dịch vụ web.

2. Lợi ích của Load Balancing là gì?

Cân bằng tải cung cấp một số lợi ích quan trọng cho các doanh nghiệp, bao gồm:

• Tăng hiệu suất: Cân bằng tải giúp cải thiện hiệu suất của các ứng dụng web và dịch vụ khác bằng cách phân phối lưu lượng mạng trên nhiều máy chủ. Điều này giúp ngăn chặn một máy chủ bị quá tải, dẫn đến chậm trễ và thời gian phản hồi kém.
• Tăng độ tin cậy: Cân bằng tải giúp cải thiện độ tin cậy của các ứng dụng web và dịch vụ khác bằng cách loại bỏ điểm lỗi duy nhất. Nếu một máy chủ trong cụm bị hỏng, cân bằng tải sẽ chuyển hướng lưu lượng mạng đến các máy chủ còn hoạt động. Điều này giúp đảm bảo rằng các ứng dụng và dịch vụ vẫn có thể truy cập được ngay cả khi có lỗi máy chủ.
• Tăng khả năng mở rộng: Cân bằng tải giúp tăng khả năng mở rộng của các ứng dụng web và dịch vụ khác bằng cách cho phép bạn dễ dàng thêm hoặc xóa máy chủ khỏi cụm. Điều này giúp bạn đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của người dùng mà không cần phải nâng cấp phần cứng hoặc cấu hình ứng dụng.
• Tăng bảo mật: Cân bằng tải có thể giúp cải thiện bảo mật của các ứng dụng web và dịch vụ khác bằng cách cung cấp một lớp bảo vệ bổ sung chống lại các cuộc tấn công DDoS.

3. Cách thức hoạt động của Load Balancing

Cân bằng tải hoạt động dựa trên nguyên tắc nhận yêu cầu từ phía người dùng và định tuyến yêu cầu đó đến một máy chủ cụ thể trong cụm máy chủ. Quá trình này được thực hiện bởi một thiết bị hoặc phần mềm cân bằng tải.

Có hai cấp độ cân bằng tải chính:

• Cân bằng tải cấp độ 4 (L4): Phân phối lưu lượng dựa trên thông tin lớp 4 của giao thức mạng, chẳng hạn như địa chỉ IP và cổng. Cân bằng tải L4 thường được sử dụng cho các ứng dụng dựa trên TCP và UDP.
• Cân bằng tải cấp độ 7 (L7): Phân phối lưu lượng dựa trên thông tin lớp 7 của giao thức mạng, chẳng hạn như URL, phương thức HTTP và tên người dùng. Cân bằng tải L7 thường được sử dụng cho các ứng dụng dựa trên HTTP.

4. Các loại Load Balancing

4.1. Layer 4 Load Balancing

Trong cân bằng tải L4, thiết bị cân bằng tải sẽ phân tích các thông tin lớp 4 của gói tin, chẳng hạn như địa chỉ IP nguồn và đích, cổng nguồn và đích, và các thông tin khác. Sau đó, thiết bị cân bằng tải sẽ sử dụng các thông tin này để định tuyến gói tin đến một máy chủ cụ thể.

Có nhiều phương pháp cân bằng tải L4 khác nhau, chẳng hạn như:

• Round Robin: Định tuyến gói tin đến máy chủ tiếp theo trong danh sách máy chủ.
• Weighted Round Robin: Định tuyến gói tin đến máy chủ dựa trên trọng số của máy chủ đó.
• Least Connection: Định tuyến gói tin đến máy chủ có ít kết nối nhất.
• Source IP Hash: Định tuyến gói tin đến máy chủ dựa trên địa chỉ IP nguồn của gói tin.

4.2. Layer 7 Load Balancing

Trong cân bằng tải L7, thiết bị cân bằng tải sẽ phân tích các thông tin lớp 7 của gói tin, chẳng hạn như URL, phương thức HTTP và tên người dùng. Sau đó, thiết bị cân bằng tải sẽ sử dụng các thông tin này để định tuyến gói tin đến một máy chủ cụ thể.

Có nhiều phương pháp cân bằng tải L7 khác nhau, chẳng hạn như:

• URL Hash: Định tuyến gói tin đến máy chủ dựa trên URL của yêu cầu.
• HTTP Method Hash: Định tuyến gói tin đến máy chủ dựa trên phương thức HTTP của yêu cầu.
• Session Based: Định tuyến gói tin đến máy chủ dựa trên phiên của người dùng.

5. Các thuật toán trong Load Balancing là gì?

• Round Robin

Thuật toán này sẽ lần lượt chọn các máy chủ trong pool một cách tuần tự để phục vụ request. Ví dụ: nếu có 4 máy chủ trong pool, round robin sẽ lần lượt chọn server 1, server 2, server 3, server 4, sau đó lại quay trở lại server 1.

• Least Connections

Thuật toán này sẽ chọn máy chủ có số kết nối hiện tại ít nhất để phục vụ request. Điều này giúp giảm thiểu tải cho những máy chủ bị tải cao và tăng hiệu suất cho những máy chủ có số kết nối ít hơn.

• IP Hash

Thuật toán này sẽ sử dụng địa chỉ IP của client để tạo ra một giá trị hash duy nhất, và sau đó chọn máy chủ có giá trị hash gần nhất để phục vụ request từ client đó.

6. Một số phần mềm Load Balancing phổ biến hiện nay

• HAProxy

HAProxy là phần mềm load balancing mã nguồn mở được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng trực tuyến. Nó hỗ trợ cả Layer 4 và Layer 7 load balancing, có thể xử lý hàng trăm nghìn request mỗi giây và cung cấp khả năng chịu lỗi cao.

• NGINX

NGINX là một web server và reverse proxy server nhưng cũng có thể được sử dụng để thực hiện load balancing. Nó hỗ trợ cả Layer 4 và Layer 7 load balancing, và có thể xử lý hàng triệu request mỗi giây.

• F5 BIG-IP Load Balancer

F5 BIG-IP Load Balancer là một phần mềm load balancing cao cấp, hỗ trợ nhiều thuật toán load balancing và cung cấp tính năng dự phòng cao.

7. Load Balancer với tính dự phòng

Load Balancer với tính dự phòng là một giải pháp cân bằng tải có khả năng tự động chuyển đổi sang các máy chủ dự phòng trong trường hợp một hoặc nhiều máy chủ chính bị lỗi. Điều này giúp đảm bảo khả năng phục vụ liên tục cho các ứng dụng và dịch vụ quan trọng. Giải pháp này giúp doanh nghiệp giảm thiểu rủi ro gián đoạn kinh doanh do lỗi hệ thống.

Lời kết

Với sự bùng nổ của các ứng dụng trực tuyến, load balancing là một yếu tố cốt lõi không thể thiếu. Với khả năng phân phối tải đồng đều cho nhiều máy chủ, load balancing giúp cho các ứng dụng có thể hoạt động ổn định và hiệu quả nhất. Tuy nhiên, để lựa chọn được phần mềm load balancing phù hợp, người dùng cần phải tính toán kỹ lưỡng và đưa ra quyết định đúng đắn.